JPS62224048A - ダイヤモンド膜製半導体基板の製造方法 - Google Patents
ダイヤモンド膜製半導体基板の製造方法Info
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- JPS62224048A JPS62224048A JP6763186A JP6763186A JPS62224048A JP S62224048 A JPS62224048 A JP S62224048A JP 6763186 A JP6763186 A JP 6763186A JP 6763186 A JP6763186 A JP 6763186A JP S62224048 A JPS62224048 A JP S62224048A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、従来にない高い熱伝導性をもち、電気絶縁性
が高いダイヤモンド膜半導体基板に関するものである。
が高いダイヤモンド膜半導体基板に関するものである。
本発明は、高集積化、高出力化する半導体集積回路にお
ける高密度電流による回路及び回路基板の蓄熱による回
路の破壊を起こさないようにするため、発生した熱を素
早く効率良く基板から放出することを目的に、熱伝導性
の良いダイヤモンド膜を安価にコーティングした基板に
関するものである。又、合成したダイヤモンド膜の密着
性を上げ、熱の伝導性を良くするために、ダイヤモンド
膜の片側に鑞材あるいは金属コーティングを施すことを
特徴としている。
ける高密度電流による回路及び回路基板の蓄熱による回
路の破壊を起こさないようにするため、発生した熱を素
早く効率良く基板から放出することを目的に、熱伝導性
の良いダイヤモンド膜を安価にコーティングした基板に
関するものである。又、合成したダイヤモンド膜の密着
性を上げ、熱の伝導性を良くするために、ダイヤモンド
膜の片側に鑞材あるいは金属コーティングを施すことを
特徴としている。
半導体集積回路素子はメモリ素子の大容量化に代表され
るように、高集積化の傾向にあるため、回路から発生す
る単位面積あたりの熱量が従来に比べ多くなってきた。
るように、高集積化の傾向にあるため、回路から発生す
る単位面積あたりの熱量が従来に比べ多くなってきた。
また、回路基板の軽薄短小化につれ、回路の素子化が進
み大出力、大電流が要求され同様に半導体回路からの熱
発生が問題となっている。
み大出力、大電流が要求され同様に半導体回路からの熱
発生が問題となっている。
従来、熱発生の大きいあるいは熱に弱い半導体の放熱帯
として、一部において、現存する物質の中で熱伝導性が
最も良い天然のダイヤモンド薄片が用いられる。
として、一部において、現存する物質の中で熱伝導性が
最も良い天然のダイヤモンド薄片が用いられる。
この時のダイヤモンド薄片は、ダイヤモンド塊をスライ
ス研磨して千ノブ化するため、半導体本来のコストに比
較して著しく高価となるので、現状ではその使用が限ら
れている。一般的には、ダイヤモンドに比べて熱伝導性
は劣るがコスト面で有利な金属、例えばＣｕ、八ｌやセ
ラミック、例えばＳｉＣ，ＡβＮなどが用いられている
。しかしながら、これら従来材料は表１に示すようにダ
イヤモンドに比べると熱伝導性が悪く放熱量に制限があ
るため、半導体の性能に限界があると同時に金属につい
ては絶縁性がないため素子と基板との絶縁を図るため素
子と基板の間に絶縁体を設ける必要性から構造が複雑と
なり、熱伝導性がさらに１員なわれる欠点があった。
ス研磨して千ノブ化するため、半導体本来のコストに比
較して著しく高価となるので、現状ではその使用が限ら
れている。一般的には、ダイヤモンドに比べて熱伝導性
は劣るがコスト面で有利な金属、例えばＣｕ、八ｌやセ
ラミック、例えばＳｉＣ，ＡβＮなどが用いられている
。しかしながら、これら従来材料は表１に示すようにダ
イヤモンドに比べると熱伝導性が悪く放熱量に制限があ
るため、半導体の性能に限界があると同時に金属につい
ては絶縁性がないため素子と基板との絶縁を図るため素
子と基板の間に絶縁体を設ける必要性から構造が複雑と
なり、熱伝導性がさらに１員なわれる欠点があった。
表 １
〔問題点を解決するための手段〕
本発明はこれらの問題点を解決するために、天然ダイヤ
モンドと同等の熱伝導性を有した人工ダイヤモンド膜の
半導体基板構造を提供すること目的としたものである。
モンドと同等の熱伝導性を有した人工ダイヤモンド膜の
半導体基板構造を提供すること目的としたものである。
人工的にダイヤモンド膜を合成する手段には、直流プラ
ズマ、高周波プラズマ、マイクロ波プラズマ、イオンビ
ーム蒸着、イオン化蒸着法等があるが、いずれの合成法
によっても本発明品の一部を構成する人工ダイヤモンド
膜は作製可能である。
ズマ、高周波プラズマ、マイクロ波プラズマ、イオンビ
ーム蒸着、イオン化蒸着法等があるが、いずれの合成法
によっても本発明品の一部を構成する人工ダイヤモンド
膜は作製可能である。
例えば、第１図に示すように、Ｓｔ基板１上にダイヤモ
ンド膜２をマイクロ波プラズマ法によって合成する。マ
イクロ波プラズマ法によって得られたダイヤモンド膜の
表面は、多結晶組織で形成されているため、凹凸が著し
い。特にダイヤモンドの結晶性が良い程その傾向は顕著
であり、熱伝導率、電気絶縁性も良くなる。それ故、熱
伝導性、電気絶縁性゛が良い゛ト導体基板としてのダイ
ヤモンド膜を得ると、その性能が良い程表面の凹凸が著
しくなるので、素子が発生する熱をダイヤモンド１１２
を通してヒートシンクへ効率よく逃すためにはダイヤモ
ンド膜と素子あるいはヒートシンクとを密着よく接触す
る必要がある。本発明のもう１つの特徴は、ダイヤモン
ド膜と素子あるいはヒートシンクとを密着よく接触する
ために、凹凸の激しい側に金属コーティング、又はこれ
に鑞材を施した面と、滑らかなダイヤモンド面とを有す
るダイヤモンド膜を含むダイヤモンド膜製半導体基板で
ある。
ンド膜２をマイクロ波プラズマ法によって合成する。マ
イクロ波プラズマ法によって得られたダイヤモンド膜の
表面は、多結晶組織で形成されているため、凹凸が著し
い。特にダイヤモンドの結晶性が良い程その傾向は顕著
であり、熱伝導率、電気絶縁性も良くなる。それ故、熱
伝導性、電気絶縁性゛が良い゛ト導体基板としてのダイ
ヤモンド膜を得ると、その性能が良い程表面の凹凸が著
しくなるので、素子が発生する熱をダイヤモンド１１２
を通してヒートシンクへ効率よく逃すためにはダイヤモ
ンド膜と素子あるいはヒートシンクとを密着よく接触す
る必要がある。本発明のもう１つの特徴は、ダイヤモン
ド膜と素子あるいはヒートシンクとを密着よく接触する
ために、凹凸の激しい側に金属コーティング、又はこれ
に鑞材を施した面と、滑らかなダイヤモンド面とを有す
るダイヤモンド膜を含むダイヤモンド膜製半導体基板で
ある。
上述の如く構成することにより、高集積化、高出力化さ
れた半導体素子によって発生ずる熱は、速やかに外部へ
放熱され、半導体素子が蓄熱することなく長期に経って
安定して使用できる。
れた半導体素子によって発生ずる熱は、速やかに外部へ
放熱され、半導体素子が蓄熱することなく長期に経って
安定して使用できる。
以下、本発明のレーザー発光ダイオードの実施例を図面
によって説明する。
によって説明する。
第１図に示すように厚さ３００μのシリコン基板ｌを用
意し、この基板の表面を１ｈｓＯ，＋ｌｌ□０．の混酸
溶液中で十分洗浄し、プラズマＣＶＤにて、Ｃ１１４＋
Ｉ１．の混合ガス中で、シリコン基板に厚さ４μのダイ
ヤモンド膜２を析出させる。前述のように、ダイヤモン
ド膜の合成法はその他の方法を用いたり、基板について
もその他の材質を用いても同様の結果が得られる。得ら
れたダイヤモンド膜の上に、Ａｕあるいは、Ａｕ−５ｎ
あるいは、Ａｕ−Ｓｉの金属３を３μｍ蒸着しく第２図
）ヒートシンク４と接触させる（第３図）。あるいは、
金属コーティングの後、ヒートシンク材との密着性を良
（し、熱の伝達効率を上げるため、銀ろうあるいは二、
ケルろうあるいは金ろうあるいはパラジウムろうあるい
は銅合金ろうのいずれかを施した後ヒートシンクを接触
させる。その後、加熱雰囲気中にて、ダイヤモンド膜、
金属コーティングあるいは鑞材、ヒートシンクを十分密
着よく接合させる。その後、ＨＦ ＋ ＨＮ Ｏ□の混
酸溶液中に３０分浸γａし、シリコン基板を溶解し、ダ
イヤモンド膜面を露出させる（第４図）。シリコン基板
の除去方法は化学的溶解だけでなく、酸素雰囲気プラズ
マエツチングやＡｒエツチングのような物理的エツチン
グ法でも除去することは可能である。
意し、この基板の表面を１ｈｓＯ，＋ｌｌ□０．の混酸
溶液中で十分洗浄し、プラズマＣＶＤにて、Ｃ１１４＋
Ｉ１．の混合ガス中で、シリコン基板に厚さ４μのダイ
ヤモンド膜２を析出させる。前述のように、ダイヤモン
ド膜の合成法はその他の方法を用いたり、基板について
もその他の材質を用いても同様の結果が得られる。得ら
れたダイヤモンド膜の上に、Ａｕあるいは、Ａｕ−５ｎ
あるいは、Ａｕ−Ｓｉの金属３を３μｍ蒸着しく第２図
）ヒートシンク４と接触させる（第３図）。あるいは、
金属コーティングの後、ヒートシンク材との密着性を良
（し、熱の伝達効率を上げるため、銀ろうあるいは二、
ケルろうあるいは金ろうあるいはパラジウムろうあるい
は銅合金ろうのいずれかを施した後ヒートシンクを接触
させる。その後、加熱雰囲気中にて、ダイヤモンド膜、
金属コーティングあるいは鑞材、ヒートシンクを十分密
着よく接合させる。その後、ＨＦ ＋ ＨＮ Ｏ□の混
酸溶液中に３０分浸γａし、シリコン基板を溶解し、ダ
イヤモンド膜面を露出させる（第４図）。シリコン基板
の除去方法は化学的溶解だけでなく、酸素雰囲気プラズ
マエツチングやＡｒエツチングのような物理的エツチン
グ法でも除去することは可能である。
混酸溶液から取り出した後、純水で十分洗浄した後、乾
燥する。
燥する。
得られたダイヤモンドの膜面ば、滑らかな基板と接触し
ていた面のため、熱を伝えるには十分滑らかなダイヤモ
ンド面が得られている。つづいて第５図に示すように、
ＡｕあるいはＡ ｕ −Ｓ ｎあるいはＡｕ−５ｉを０
．３ μｍ金属コーティングしさらに第６図に示すよう
にレーザー発光素子を蒸着膜の上に載せ接合させる。最
後に、素子及び基板を金線で配線し、レーザー発光ダイ
オードが完成する。このように得られたレーザー発光ダ
イオードの基本的性能として、寿命と発光量との関係を
第８図に示す。これより、本発明で得られたレーザー発
光ダイオードは、従来品に比べて寿命が５倍以上あるこ
とがわかる。第７図に、レーザー発光ダイオードの断面
図を示す。
ていた面のため、熱を伝えるには十分滑らかなダイヤモ
ンド面が得られている。つづいて第５図に示すように、
ＡｕあるいはＡ ｕ −Ｓ ｎあるいはＡｕ−５ｉを０
．３ μｍ金属コーティングしさらに第６図に示すよう
にレーザー発光素子を蒸着膜の上に載せ接合させる。最
後に、素子及び基板を金線で配線し、レーザー発光ダイ
オードが完成する。このように得られたレーザー発光ダ
イオードの基本的性能として、寿命と発光量との関係を
第８図に示す。これより、本発明で得られたレーザー発
光ダイオードは、従来品に比べて寿命が５倍以上あるこ
とがわかる。第７図に、レーザー発光ダイオードの断面
図を示す。
第９図に、本発明によるダイヤモンド薄膜製半導体基板
からなるパワーＩＣのパッケージ構造を示す。製造方法
は、前実施例と同様であるが、第５図における金属コー
ティングとしてＰｂ−５ｎを用いることもできる。この
ようにして得られたパワーＩＣは、従来品に比べて構造
が簡単でありコストが安くなり、熱の発生も従来品に比
べて３０％増えても素子の機能は損なわれないため、よ
り高パワーのＩＣを設計することが可能となった。
からなるパワーＩＣのパッケージ構造を示す。製造方法
は、前実施例と同様であるが、第５図における金属コー
ティングとしてＰｂ−５ｎを用いることもできる。この
ようにして得られたパワーＩＣは、従来品に比べて構造
が簡単でありコストが安くなり、熱の発生も従来品に比
べて３０％増えても素子の機能は損なわれないため、よ
り高パワーのＩＣを設計することが可能となった。
その他、マイクロ波発振素子、ハイブリッドＩＣ素子、
高密度化された超ＬＳＩなど、高エネルギーを発生し熱
量を多く出す素子の基板として用いることができること
はいうまでもない。
高密度化された超ＬＳＩなど、高エネルギーを発生し熱
量を多く出す素子の基板として用いることができること
はいうまでもない。
以上の如く本発明によって得られたダイヤモンド膜製半
導体基板によって、高パワー、高エネルギーを発生する
素子が従来に比べて、長期にわたって安定して高性能が
得られるようになった。
導体基板によって、高パワー、高エネルギーを発生する
素子が従来に比べて、長期にわたって安定して高性能が
得られるようになった。
このことより、半導体の高機能化が図れ、低コスト、コ
ンパクト化が可能となった。よって本発明の工業価値は
大きい。
ンパクト化が可能となった。よって本発明の工業価値は
大きい。
第１図乃至第６図は本発明の製造工程を示す説明断面図
、第７図は本発明の実施例、レーザー発光ダイオードの
断面図、第８図はレーザー発光ダイオードの発光特性、
第９図は本発明の実施例、パワーＩＣの断面図である。 １・・・シリコン基板 ２・・・ダイヤモンド膜 ３・・・金属（Ａ ｕ ｓ Ａ ｕ Ｓ ｎ ）４、
・・ヒートシンク ５＝・ＡｕあるいはＡｕ−３ｎ ６・・・レーザー発光ダイオード素子 ７・・・■電極 ８・・・ｐ −ＧａＡｓ層 ９−−− ｎ −ＧａＡｓＪｉ ｌｏ・・・ｅＴ！Ｊ、橿 １１・・・リードフレーム １２・・・パワーＩＣ素子 １３・・・封止ガラス 以上
、第７図は本発明の実施例、レーザー発光ダイオードの
断面図、第８図はレーザー発光ダイオードの発光特性、
第９図は本発明の実施例、パワーＩＣの断面図である。 １・・・シリコン基板 ２・・・ダイヤモンド膜 ３・・・金属（Ａ ｕ ｓ Ａ ｕ Ｓ ｎ ）４、
・・ヒートシンク ５＝・ＡｕあるいはＡｕ−３ｎ ６・・・レーザー発光ダイオード素子 ７・・・■電極 ８・・・ｐ −ＧａＡｓ層 ９−−− ｎ −ＧａＡｓＪｉ ｌｏ・・・ｅＴ！Ｊ、橿 １１・・・リードフレーム １２・・・パワーＩＣ素子 １３・・・封止ガラス 以上
Claims (1)
- Ｓｉ基板又は金属・合金及びセラミックスの平滑な面を
有する基板に成形したダイヤモンド膜とこのダイヤモン
ド膜に金属コーティングを施し、又はこれに鑞材を施し
、前記基板を削除して平滑なダイヤモンド膜面を形成し
てなるダイヤモンド膜製半導体基板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61067631A JPH0754834B2 (ja) | 1986-03-26 | 1986-03-26 | ダイヤモンド膜製半導体基板の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61067631A JPH0754834B2 (ja) | 1986-03-26 | 1986-03-26 | ダイヤモンド膜製半導体基板の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62224048A true JPS62224048A (ja) | 1987-10-02 |
| JPH0754834B2 JPH0754834B2 (ja) | 1995-06-07 |
Family
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|---|---|
| JP (1) | JPH0754834B2 (ja) |
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| JPH0223639A (ja) * | 1988-07-13 | 1990-01-25 | Fujitsu Ltd | 電子装置 |
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| JPS4940482A (ja) * | 1972-08-19 | 1974-04-16 |
-
1986
- 1986-03-26 JP JP61067631A patent/JPH0754834B2/ja not_active Expired - Lifetime
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0754834B2 (ja) | 1995-06-07 |
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