JPH035074B2 - - Google Patents

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JPH035074B2
JPH035074B2 JP61011647A JP1164786A JPH035074B2 JP H035074 B2 JPH035074 B2 JP H035074B2 JP 61011647 A JP61011647 A JP 61011647A JP 1164786 A JP1164786 A JP 1164786A JP H035074 B2 JPH035074 B2 JP H035074B2
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JP
Japan
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substrate
insulating layer
thermal conductivity
oxidized
crystalline silicon
Prior art date
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JP61011647A
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JPS62169489A (ja
Inventor
Yoshihisa Oowada
Kenji Yamamoto
Takehisa Nakayama
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
Original Assignee
Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
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Publication date
Application filed by Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd filed Critical Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
Priority to JP1164786A priority Critical patent/JPS62169489A/ja
Priority to EP19860115233 priority patent/EP0221531A3/en
Priority to EP94112466A priority patent/EP0635871A2/en
Priority to US06/927,211 priority patent/US4783368A/en
Publication of JPS62169489A publication Critical patent/JPS62169489A/ja
Publication of JPH035074B2 publication Critical patent/JPH035074B2/ja
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Description

【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野] 本発明は熱伝導性絶縁基板に関する。 [従来の技術・発明が解決しようとする問題点] IC、LSIなどの発展によつて電子回路の小型
化、高集積化、高出力化が進むとともに、半導体
素子の実装密度も高密度化している。このような
半導体素子の高集積化、高出力化、高密度化にと
もない、チツプ当りの素子数は年々増大してお
り、チツプ当りの発熱量も増大している。この発
熱量の増大は、半導体素子の信頼性に大きな影響
を及ぼすため、熱伝導性の良好なパツケージ材料
に対する要望が強くなつてきている。またハイブ
リツドICでは、発熱部品が同一パツケージ内に
同居する様になり、高密度化実装をさらにすすめ
るためには、熱伝導性の良好な絶縁基板が必要と
なつている。 さらに、実際に素子を搭載することを考える
と、熱膨脹係数が素子および他のパツケージ構成
材料や回路基板の熱膨脹係数に近似しており、チ
ツプを直接ボンデイングしうることが好ましい。 前記両者を満足する基板として、Al+Al2O3
(アルミナ)、結晶性SiC、BeOなど製のセラミツ
ク基板や、金属基板をセラミツクで被覆したホウ
ロウ性の基板などが考えられているが、ホウロウ
性の基板をのぞきいずれも高価格で、その上
BeO製基板には毒性があり、結晶性SiC製基板に
は焼結助剤としてBeOを用いており、高周波で
の誘電率が1MHzで約40と大きいという問題があ
り、Al+Al2O3製基板には線膨脹係数が大きく、
Al2O3の絶縁性が不足するのでこれを補うために
エポキシコートが必要で、その結果、熱伝導性、
耐熱性が不充分であるという問題があり、安価な
ホウロウ製の基板のはあいには線膨脹係数が大き
く、ホウロウの熱伝導性もよくないなどの欠点を
有している。 本発明は、素子あるいは他のパツケージ構成材
料や回路基板の熱膨脹係数に近似した線膨脹率を
有し、熱伝導性および耐熱性が良好で厚膜回路を
作製することができ、表面が平滑な絶縁基板であ
つて、前記従来からの基板が有する欠点を有さな
い絶縁基板をうることを目的とするものである。 [問題点を解決するための手段] 本発明は、チツ化または酸化した結晶シリコン
基板表面に、熱伝導率の大きい絶縁層を被覆した
基板を用いると、上記問題を解決しうることを見
出したことによりなされたものであり、チツ化ま
たは酸化した結晶シリコン基板表面の少なくとも
一部を熱伝導率の大きい絶縁層で被覆した熱伝導
性絶縁基板に関する。 [実施例] 本発明に用いる結晶シリコン基板としては、た
とえば単結晶シリコンまたは多結晶シリコン製の
約100W/m・℃以上の熱伝導率を有する基板で
あつて、10〜200mmφまたは10〜200mm□で厚さ
0.1〜5mmのごとき形状を有する基板があげられ
る。 基板に使用する結晶シリコンは金属級のもので
もよく、p型あるいはn型にドープしていてもよ
い。また基板にスルーホールなどを形成するので
あれば、チツ化または酸化する前に形成しておく
のがスルーホール部の絶縁性をよくするなどの点
から好ましい。 本発明においては、前記基板をチツ化または酸
化した基板が用いられ、この基板の表面の少なく
とも一部が熱伝導率の大きい絶縁層で被覆されて
いる。 結晶シリコン基板のチツ化または酸化は、均質
で緻密な絶縁化とそのあと被覆する絶縁層との接
着性を強固にするために行なわれるものであり、
該基板の表面から少なくとも0.1μmの厚さまでチ
ツ化または酸化されているのが好ましく、0.5μm
の厚さまでチツ化または酸化されているのがさら
に好ましい、なおチツ化または酸化されている層
の厚さは5μm以下であることが、チツ化または
酸化層の内部応力歪やそれによるクラツクを防止
するという点から好ましい。 結晶シリコン基板をチツ化または酸化する方法
としては、チツ素ガスまたは酸素ガスの存在下、
通常のDC放電法、たとえばKHz〜MHz程度の高
周波を使用するPF放電法またはマイクロ波プラ
ズマ放電法などにより形成すればよいが、結晶シ
リコン基板を負の電位にバイアスしてプラズマ処
理するのが反応性が高く、密着強度も大きいとい
う点から好ましい。 前記表面の少なくとも一部を被覆するとは、少
なくとも必要な部分は被覆するという意味で、基
板表面の被覆される割合にはとくに限定はなく、
基板表面全体であつてもよく、ごく一部であつて
もよい。 熱伝導率の大きい、好ましくは50W/m・℃以
上、さらに好ましくは100W/m・℃以上の熱伝
導率を有する絶縁基板を形成する絶縁材料として
は、たとえばシリコン、ゲルマニウムおよび炭素
の少なくとも1種を主成分、すなわち30atm%以
上含む材料があげられ、この材料には水素または
ハロゲン族元素が、好ましくは0.1〜30atm%含
まれていてもよい。他の材料であつてもかまわな
いのはもちろんのことである。 前記のごとき材料の具体例としては、ダイヤモ
ンド、ダイヤモンド状炭素、シリコンカーバイ
ト、ゲルマニウムカーバイドなどの硬質カーボン
材料(特願昭60−83137号、同60−179025号、同
60−209620号各明細書などに記載の材料)、シリ
コンカーバイド、シリコンナイトライド、シリコ
ンゲルマニウム、シリコンゲルマニウムカーバイ
ド、シリコンカーバイドナイトライド、シリコン
オキサイド、シリコンナイトライドオキサイド、
シリコンカーバイドオキサイドなどのシリコンな
どを含む非単結晶質材料(特開昭60−82669号公
報、同60−119784号公報および特願昭59−187036
号明細書などに記載の材料)、c−BN、h−
BN、AlN、BPなどがあげられる。前記材料の
1種以上を用いて、好ましくは膜厚0.5〜10μm、
さらに好ましくは1〜10μmの絶縁層が形成され
る。2種以上の材料を用いて絶縁層を形成するば
あいには、複合した絶縁層にしてもよい。 絶縁層を形成する材料がダイヤモンド状炭素の
ばあいには、シリコンまたはゲルマニウム原子の
いずれか1種または両者を9atm%以下の範囲で
含むものが、内部応力が小さく、付着力が大き
く、よりダイヤモンドに近い物理的特性を有する
ため好ましく、0.1〜4atm%の範囲で含むものが
さらに好ましい。なお、膜中のシリコン量あるい
はゲルマニウム量が9atm%をこえると熱伝導率
が低下する傾向にある。 微量のSi、Geのこのような効果に関しては、
現在詳細は不明であるが、おそらくSi、Geのsp3
軌道がダイヤモンドの核生成に有効に働くものと
考えられる。 絶縁層を形成する材料が非晶質シリコンカーバ
イドのばあいには、水素原子およびハロゲン族元
素のうちの少なくとも1種を30atm%以下の範囲
で含むものが熱伝導率が大きいという点から好ま
しく、0.1〜10atm%の範囲で含むものがさらに
好ましい。 前記のごとき絶縁層は、通常10-6(Ω・cm)-1
下、好ましくは10-8(Ω・cm)-1以下、さらに好ま
しくは10-9(Ω・cm)-1以下の電気伝導度と50V/
μm以上、さらに好ましくは100V/μm以上の
耐電圧を有するのが、絶縁性基板に用いるのに好
ましい。 つぎに本発明の熱伝導性絶縁基板の製法につい
て説明する。 チツ化または酸化した結晶シリコン基板表面に
絶縁層を形成する方法にはとくに限定はなく、前
記のごとき材料からなる絶縁層が形成されるかぎ
りいかなる方法も適応しうるが、前述の出願済の
公報や明細書に記載の方法が好適に採用されう
る。 このような方法の具体例としては、ダイヤモン
ド、ダイヤモンド状炭素、シリコンカーバイド、
非晶質シリコンカーバイド、六方晶BN、立法晶
BNなどからなる絶縁層を形成するばあいに適応
されうるDC放電プラズマCVD法、RF放電プラ
ズマCVD法、DC放電・RF放電両者混合のプラ
ズマCVD法、電界に直行する磁界をもつたDC放
電・RF放電両者混合のプラズマCVD法などがあ
げられる。ダイヤモンド、ダイヤモンド状炭素、
シリコンカーバイド、非晶質シリコンカーバイ
ド、などからなる絶縁層を形成する際に、基板上
で電界と直行する磁界をもつDC放電・RF放電両
者混合のプラズマCVD法を適応すると、より結
晶性で熱伝導性に優れた膜が高速で作製されるな
どのから好ましい。 基板上で電界と直行する磁界をもつDC放電・
RF放電両者混合のプラズマCVD法により光熱伝
動性絶縁基板を製造する際の具体的な方法として
は、たとえば第1図に示すように、RF投入電極
2側にチツ化または酸化した結晶シリコン基板を
セツトし、この電極に高周波チヨークコイル3を
とおして負のDC電圧、好ましくは−150〜−
600VのDC電圧を印加し、RFパワー、好ましく
は100〜400W(140〜560mW/cm2)のパワーを印
加し、好ましくは0.1〜20Torrの反応圧力、200
〜350℃の基板温度で、基板表面と平行に磁界B、
好ましくは100〜1000ガウスの磁界Bをかけなが
ら絶縁層を形成するごとき方法があげられる。な
お4はガス導入口である。 上記方法の他、イオンプレーテイング法、クラ
スタービーム法、熱CVD法、イオン化蒸着法な
ども採用しうる。 このようにして製造された本発明の基板は、熱
伝導率がほぼ単結晶シリコン並(120W/m・℃
程度)、表面ビツカース硬度が500以上、好ましく
は1500以上、さらに好ましくは2000以上、絶縁層
の種類により異なるが電気伝導度が1×10-6
(Ω・cm)-1以下、好ましくは1×10-8(Ω・cm)-1
以下、1MHzでの誘電率が20以下(シリコンカー
バイドのばあいには15以下)、1KHzでの誘電損失
が0.02以下のごとき特性を有するものである。 また、線膨脹係数は絶縁層を形成する基板とし
て結晶シリコン基板を用いているのでLSIやICチ
ツプとほぼ同じで、チツプを直接ボンデイングす
ることができ、800℃の加熱にたえるので高温処
理を必要とする厚膜回路用ハイブリツドIC基板
などのIC基板や多層基板材料に適する。また配
線用に銅などをメツキしたり、蒸着したりスパツ
ターしたりするのも容易である。さらに酸、アル
カリに対して非常に安定であり、絶縁層の密着性
がよく、スルーホールの信頼性も高い。 以下、本発明の基板を実施例に基づいて説明す
る。 実施例1〜8および比較例1 0.5mmtの単結晶Si基板に0.5mmφのスルーホー
ルをあけ、トリミング、研磨したのちプラズマ
CVD装置に入れた。基板はRF電極側に取付け、
基板に−100VのDC電圧を印加し、0.1TorrのO2
ガスを導入し、室温で0.1W/cm2の13.56MHzのRF
でプラズマ酸化した。酸化層の厚さはSIMSによ
り測定した。 ついで基板を200℃に上げ、ガスをSiH4とCH4
に変え、DC電圧を−50Vにして0.5Torr、RFパ
ワー0.1W/cm2でEg=2.5eVのa−SiCを堆積させ
た。 えられた基板の熱伝導度をレーザーフラツシユ
法で測定した。電導率はa−SiC上にAl電極を平
行につけた面方向と、Si裏面とa−SiCの厚さ方
向で測定した。 耐熱性の評価は500℃に3回上げてa−SiC膜
の変化を観察した。 結果を第1表に示す。なお第1表の○は良、×
は不良を示す。
【表】 [発明の効果] 結晶シリコン基板をチツ化または酸化した上に
熱伝導率の大きい絶縁層を設けた本発明の基板
は、絶縁層が極めて高く、熱伝導率はSiとほぼ同
じで、その上繰返しの加熱によつても有害な剥離
を生じないなどの特徴があり、線膨脹係数は
LSI、ICなどのSiチツプと同じであるから直接ボ
ンデングできるという特徴がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の基板を製造するのに用いるプ
ラズマCVD装置に関する説明図である。 (図面の主要符号)、1:チツ化または酸化し
た結晶シリコン基板。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 チツ化または酸化した結晶シリコン基板表面
    の少なくとも一部を熱伝導率の大きい絶縁層で被
    覆した熱伝導性絶縁基板。 2 チツ化または酸化した結晶シリコン基板が、
    結晶シリコン基板にスルーホールを設けたのちチ
    ツ化または酸化したものである特許請求の範囲第
    1項記載の基板。 3 結晶シリコン基板が単結晶シリコン基板また
    は多結晶シリコン基板である特許請求の範囲第1
    項記載の基板。 4 チツ化または酸化が結晶シリコン基板の表面
    から少なくとも0.1μmの厚さまで生じている特許
    請求の範囲第1項記載の基板。 5 チツ化または酸化が結晶シリコン基板の表面
    から少なくとも0.5μmの厚さまで生じている特許
    請求の範囲第1項記載の基板。 6 熱伝導率の大きい絶縁層の厚さが0.5〜10μm
    である特許請求の範囲第1項記載の基板。 7 熱伝導率の大きい絶縁層の厚さが1〜10μm
    である特許請求の範囲第1項記載の基板。 8 熱伝導率の大きい絶縁層の電気伝導度が10-6
    (Ω・cm)-1以下である特許請求の範囲第1項記載
    の基板。 9 熱伝導率の大きい絶縁層の電気伝導度が10-8
    (Ω・cm)-1以下である特許請求の範囲第1項記載
    の基板。 10 熱伝導率の大きい絶縁層が、シリコン、ゲ
    ルマニウムおよび炭素の少なくとも1種を主成分
    とし、水素またはハロゲン族元素を含んでいても
    よい材料からなる特許請求の範囲第1項記載の基
    板。
JP1164786A 1985-11-06 1986-01-22 熱伝導性絶縁基板 Granted JPS62169489A (ja)

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JP1164786A JPS62169489A (ja) 1986-01-22 1986-01-22 熱伝導性絶縁基板
EP19860115233 EP0221531A3 (en) 1985-11-06 1986-11-04 High heat conductive insulated substrate and method of manufacturing the same
EP94112466A EP0635871A2 (en) 1985-11-06 1986-11-04 High heat conductive insulated substrate and method of manufacturing the same
US06/927,211 US4783368A (en) 1985-11-06 1986-11-05 High heat conductive insulated substrate and method of manufacturing the same

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JPS62169489A JPS62169489A (ja) 1987-07-25
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JPS61172355A (ja) * 1985-01-25 1986-08-04 Matsushita Electric Works Ltd 高熱伝導性絶縁基板

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JPS62169489A (ja) 1987-07-25

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