JPH05251601A

JPH05251601A - 半導体基板の製造方法

Info

Publication number: JPH05251601A
Application number: JP4048427A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Sekimura; 雅之関村; Tadashi Sakai; 忠司酒井
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1992-03-05
Filing date: 1992-03-05
Publication date: 1993-09-28

Abstract

(57)【要約】【目的】集積回路の冷却効率が従来に比して大幅に向上
できる半導体基板の好適な製造方法を提供することにあ
る。【構成】シリコン基板１，３に冷却媒体の流路となる溝
２または穴を形成する工程と、複数枚のシリコン基板
１，３を貼り合せて一体化する工程と、シリコン基板
１，３に冷却媒体の流入口および流出口を形成する工程
とを具備してなるものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体基板の製造方法に
係り、特に内部に冷却媒体の流路を具備した半導体基板
の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、集積回路の集積度の高密度化、大
容量化による発熱量の増大は著しいものがあり、空冷や
液冷式のもの等、種々の方式によって冷却されるように
なってきている。

【０００３】図６０はこのような集積回路の冷却構造を
示し、内部の溝ａ′に冷却媒体が流れるシリコンのヒー
ト・シンクｂ′に、発熱量の大きい集積回路チップｃ′
が載置されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述した従
来構造においては、空冷法と比較して冷却効率は高いも
のの、集積回路に対する冷却が間接的であるため、集積
度の高密度化、大容量化により増大する発熱に対して
は、必ずしも十分な対応ができなくなっている。

【０００５】本発明は、上記問題に鑑みてなされたもの
で、集積回路の冷却効率が従来に比して大幅に向上でき
る半導体基板の好適な製造方法を提供することを目的と
する。

【０００６】

【課題を解決するための手段および作用】本発明に係る
半導体基板の製造方法は、シリコン基板に冷却媒体の流
路となる溝または穴を形成する工程と、複数枚のシリコ
ン基板を貼り合せて一体化する工程と、シリコン基板に
冷却媒体の流入口および流出口を形成する工程を具備し
てなることを特徴する。

【０００７】すなわち、本発明の方法によって製造され
る半導体基板によると、基板内部に冷却媒体を流すこと
ができるので、冷却すべき集積回路がクーラと一体化さ
れた構成となり、直接的な冷却作用によって従来に比し
て著しく高い冷却効率を得ることができる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。

【０００９】〔第１実施例〕図１〜図６は第１実施例を
示している。図１は本発明に係る半導体基板の構成を示
したものである。１は流路となる溝２が形成されたシリ
コン（１１０）基板、３はカバーとなるシリコン基板で
あり、２枚の基板が貼り合され一体化されて半導体基板
４となっている。

【００１０】図２のフロー・チャートを参照して製作プ
ロセスの一例を示す。冷却媒体が流れる流路となる溝を
シリコン（１１０）基板に形成するため、先ず、シリコ
ン（１１０）基板を酸化する（ａ）。次に両面露光装置
などを用いてウェハ両面に位置合せ用マークを形成する
（ｂ）。一旦酸化膜を剥離して（ｃ）、もう１度酸化を
行いエッチングのマスク層を形成する（ｄ）。次に、シ
リコン酸化膜に冷却媒体が流れる溝のパターニングを行
う（ｅ）。溝の幅、形状、全体の大きさなどは後で形成
する集積回路の大きさなどに応じて変えることができ
る。パターニング後に異方性エッチングを施し、流路と
なる溝を形成する（ｆ）。

【００１１】ここで図３および図４に溝２を形成したウ
ェハの例を示す。溝形成には＜１１０＞方向をエッチン
グするので、他方向より＜１１０＞方向のエッチ・レー
トが大きい異方性エッチャントを選んだ方が溝幅の広が
りが少ない溝の形成が行える。例えば水酸化カリウム
（ＫＯＨ）水溶液は＜１１０＞方向のエッチ・レートが
＜１００＞方向よりも大きいエッチャントである。しか
し、ＫＯＨ水溶液はシリコン酸化膜を比較的容易に溶か
すので、酸化膜は充分な厚さにする必要がある。

【００１２】一方、カバーとなるシリコン基板３には図
２に示すように、先ず酸化を行い（ａ１）、必要に応じ
てウェハ片面または両面に位置合せ用マークを形成する
（ｂ１）。最後に溝を形成したウェハに対し、必要な前
処理を施すとともに必要に応じて位置合せを行って直接
接着技術で貼り合わせ一体化することにより半導体基板
を完成させる（ｇ）。直接接着技術は、例えば応用物理
学会誌、第５６巻第３号（１９８７）ｐｐ．３７３〜３
７６に開示されているシリコン・ウェハを貼り合せる技
術等が適用できるが、貼り合せの方法はこの方法に限ら
ない。

【００１３】貼り合せた基板には、ウェハ径の縮小など
の形状加工や研磨などを施す（ｈ）。この貼り合せウェ
ハは、内部に流路が形成されているが、外見は通常のウ
ェハと全く変わりはなく、通常の半導体プロセスを行う
ことができる。貼り合せウェハの所定の位置に目的とす
る集積回路を形成する（ｉ）。回路形成後は、裏面にパ
ターニング、異方性エッチングを行って流入、流出口５
ａ，５ｂの形成を行う（ｊ）。

【００１４】図５〜図７に流入、流出口５ａ，５ｂを形
成した１チップ相当の構造を示す。異方性エッチングの
際には、集積回路は表面に保護膜を形成して保護する
か、図８のようにＯリング６およびウェハホルダー７を
設けて、表面にエッチヤントが触れないようにする必要
がある。ウェハから切り出したチップ８は例えば図９お
よび図１０に示すように、冷却媒体９が流れる基板１０
に固定する。基板１０には冷却媒体の流入口１１ａ，流
出口１１ｂとしての穴が開けてあり、マイクロ・クーラ
ーへの冷却媒体の流入、流出はこれらの穴を通して行わ
れ、冷却すべき集積回路１２とクーラーとが一体化され
た構造となる。従来例と異なり、冷却する集積回路とク
ーラーとの間に介在物がないので、本実施例の基板を用
いれば集積回路を直接冷却する構造となり、高い効率で
冷却することができる。

【００１５】このプロセス例では、シリコン酸化膜を異
方性エッチャントのマスクとして用いており、酸化シリ
コン膜形成のために最初に酸化を行っているが、酸化シ
リコン膜の形成は酸化に限らずＣＶＤなどで形成しても
良い。また、マスク材料はシリコンナイトライドのよう
な他の材料でも良く、その形成方法は自由に選択でき
る。シリコンナイトライドはＫＯＨ水溶液に溶け難いの
でマスク層が薄くてもよいという利点がある。

【００１６】また、シリコン酸化膜の形成や剥離は必要
に応じて自由に行うことができる。貼り合せる２枚の基
板を酸化して基板表面をシリコン酸化膜で覆った後に貼
り合せた場合には、冷却媒体とシリコン基板とを完全に
電気的に分離することができる。

【００１７】本実施例ではシリコン（１１０）基板に流
路となる溝を形成したが、（１１０）基板でなく（１０
０）基板を用いてもよい。しかし、この場合は異方性エ
ッチングの特性から断面は図１１に示すように、溝１４
が基板１３に対して傾斜状になるので、冷却媒体が流れ
る断面積が小さくなる。

【００１８】また、貼り合せる２枚のウェハには、それ
ぞれ位置合せマークを形成したが、この工程は省略でき
る。しかし、冷却媒体の流入、流出口は基板裏面からエ
ッチングで形成するので、溝を形成した基板の裏側に位
置合せマークが無い場合には、適切な位置に冷却媒体の
流入、流出口の形成のためのパターニングは難しいもの
となる。また、カバーとなる基板の場合には、貼り合せ
の後に厚み調整の研磨を行う場合もあるので、貼り合せ
後に、溝を形成した基板の裏側の位置合せマークに合せ
て、位置合せマークを形成してもよい。

【００１９】さらに、流入、流出口は溝に直行する方向
に形成したが、この場合において、単純なストライプ状
の流入、流出口のパターニングを行うが（１１０）基板
の異方性エッチングの特性のため意図通りに行えないと
きは、パターニングの形状を種々変化させればよい。ま
た、流入、流出口の形成には加工寸法精度の点で劣る
が、異方性ではなく等方性のエッチャントを用いること
もできる。

【００２０】また、カバーとなるシリコン基板は、必ず
しも溝を形成する（１１０）基板と同じ面方位の基板で
ある必要はなく、自由に面方位を選択できる。

【００２１】さらに上記実施例では、溝を形成した基板
の裏面に流入、流出口を形成しているが、カバーとなる
シリコン基板側に形成することもできる。その場合、集
積回路の形成は流入、流出口を形成することを考慮する
と、溝を形成した基板側が望ましい。また、集積回路を
形成するのは、流入、流出口の形成に支障がなければど
ちらの面でも良く、配線取り出しなどにも問題がなけれ
ば両面にも形成できる。

【００２２】〔第２実施例〕本実施例はシリコン基板を
構成の主材としたマイクロ・クーラーの製造方法につい
てのものである。

【００２３】まず、図３０によって改良対象となるマイ
クロ・クーラーの構造を説明する。このマイクロ・クー
ラーは、異方性エッチングで流路となる溝を形成したシ
リコン（１１０）基板ｄ′と、カバーとなるガラス基板
ｅ′とを貼り合せ、一体化した構造とされている。シリ
コン基板ｄ′とガラス基板ｅ′との貼り合せには静電接
合が用いられている。そして、シリコン基板ｄ′の端面
の一方から他方に水などの冷却媒体ｆ′を流し、シリコ
ン基板ｄ′上に取り付けた図示しないＩＣなどの発熱体
の冷却を行うようになっている。

【００２４】ところで、上記構造のマイクロ・クーラー
には種々の問題があった。先ず、シリコン基板ｄ′とガ
ラス基板ｅ′とを貼り合せる静電接合は通常３００〜５
００℃の高温で行うが、シリコンとガラスとは熱膨張率
が異なるため、シリコンとガラスとを貼り合せた基板に
は反りが生じる。その反りのため、冷却する発熱体をク
ーラーに密着させて取付けられず、十分な冷却効率が得
られないという問題があった。また、静電接合時には高
電圧を印加するが、貼り合せるシリコン基板に集積回路
が形成されている場合には、高電圧の印加によって回路
が破壊され易いという問題もあった。

【００２５】本実施例は、上記問題を解決するためにな
されたもので、基板に熱膨張率の違いによる反り発生な
どの問題がないマイクロ・クーラーを提供するものであ
る。

【００２６】本実施例に係るマイクロ・クーラーは概述
して、貼り合せ後に流路が形成されるような形状加工
（例えば溝など）が施された複数枚のシリコン基板を備
え、これらを貼り合せて一体化することにより、内部に
冷却媒体の流路を有し、冷却媒体の流入、流出口を具備
する構造となっている。そして、その製造方法は、シリ
コン基板に流路となる溝や穴などを形成する工程と、複
数枚のシリコン基板を貼り合せて一体化する工程と、冷
却媒体の流入、流出口を形成する工程とを具備してな
る。

【００２７】本実施例に係るマイクロ・クーラーでは、
使用される構造材がシリコン基板のみで、熱膨張率の異
なる材料は使われていない。したがって、基板には材料
の熱膨張率の違いが原因となる反りは発生しない。

【００２８】図１２〜１８を参照して本実施例を詳細に
説明する。図１２は本実施例に係るマイクロ・クーラー
の構成を示したものである。この図では構造がわかりや
すいように上下逆に示してある。２１は流路となる溝２
２が形成されたシリコン（１１０）基板、２３は冷却媒
体の流入、流出口２４ａ，２４ｂが形成されたシリコン
（１００）基板であり、２枚の基板が貼り合され一体化
されてマイクロ・クーラー・チップ２５ａができあがっ
ている。

【００２９】図１３のフロー・チャート、および図１
４，１５のウェハ断面図とを参照して製作プロセスの一
例を示す。冷却媒体が流れる流路となる溝をシリコン
（１１０）基板に形成するには、先ず、シリコン（１１
０）基板２１を酸化してエッチングのマスク層２７を形
成する（図１３のａ２，図１４（ａ））。次に、マスク
層２７であるシリコン酸化膜に冷却媒体が流れる溝２２
ａのパターニングを行う（図１３のｂ２，図１４
（ｂ））。パターニング後に異方性エッチングを施し流
路となる溝２２を形成する（図１３のｃ２，図１４
（ｃ））。溝形成には＜１１０＞方向をエッチングする
ので、他方向より＜１１０＞方向のエッチ・レートが大
きい異方性エッチャントを選んだ方が溝幅の広がりが少
なく溝の形成が行える。例えば水酸化カリウム（ＫＯ
Ｈ）水溶液は＜１１０＞方向のエッチ・レートが＜１０
０＞方向よりも大きいエッチャントである。しかし、Ｋ
ＯＨ水溶液はシリコン酸化膜を比較的容易に溶かすの
で、酸化膜は充分な厚さにする必要がある。溝を形成し
たウェハは所定の大きさにダイシングする。

【００３０】冷却媒体の流入、流出口を有するシリコン
（１００）基板２３についても、先ず同様に基板を酸化
し（図１３のｅ２，図１５（ａ））、シリコン酸化膜２
７に冷却媒体の流入、流出口のパターニングを行う（図
１３のｆ２，図１５（ｂ））。次に、異方性エッチング
を施して流入、流出口２４ａ，２４ｂを形成する（図１
３のｇ２，図１５（ｃ）、なお、図１５（ｃ）は酸化膜
剥離後の図である）。溝２２を形成したウェハと、流
入、流出口２４ａ，２４ｂを形成したウェハとは酸化膜
剥離（図１３のｇ２，ｈ２）の後、必要な前処理を施
し、直接接着技術で貼り合せて一体化する（図１３のｉ
２）。貼り合せのプロセス時には１０００℃を超える高
温熱処理を行うが、シリコン対シリコンの貼り合せであ
るので、ガラスとシリコンとの静電接合時に熱膨張率の
違いから生じたようなウェハの反りはない。貼り合せた
ウェハを所定の大きさにダイシングし（図１３のｊ
２）、マイクロ・クーラー・チップを完成させる。な
お、使用時においては、図１２に示すように、冷却媒体
２６は流出口２４ａから入り、内部の流路を通って流出
口２４ｂから流れ出す。

【００３１】このプロセス例でも、前記第１実施例と同
様に、シリコン酸化膜を異方性エッチャントのマスクと
して用いており、酸化シリコン膜形成のために最初に酸
化を行っているが、酸化シリコン膜の形成は酸化に限ら
ずＣＶＤなどで形成しても良い。また、マスク材料はシ
リコンナイトライドのような他の材料でも良く、その形
成方法は自由に選択できる。シリコンナイトライドはＫ
ＯＨ水溶液に溶け難いのでマスク層が薄くてもよいとい
う利点があること前記の通りである。

【００３２】本実施例でもシリコン（１１０）基板に流
路となる溝を形成したが、（１１０）基板でなく（１０
０）基板を用いてもよい。しかし、この場合は異方性エ
ッチングの特性から、図１６に示すように溝２２が基板
２８に対して傾斜状になるので、冷却媒体が流れる断面
積が小さくなる。

【００３３】また、シリコン（１００）基板に流入、流
出口を形成しているが、（１００）基板でなく（１１
０）基板を用いてもよい。この場合の断面形状は図１７
（ａ）のように基板９に対して流入、流出口２４ａ，２
４ｂが直交形状となる。

【００３４】流入、流出口形成のためのパターニングは
図１５（ｃ）の場合、片側面（この図では上側面）にし
か行っていない。しかし、両側にパターニングを施し両
側から異方性エッチングを行ってもよい。その場合、流
入、流出口の断面はエッチング状態により図１７（ｂ）
または同図（ｃ）のようになる。両側からエッチングを
行うとエッチング時間を半分に短縮できるメリットがあ
る。また、寸法制御の点で不利であるが、エッチングに
異方性でなく等方性のエッチャントを用いてもよい。異
方性エッチングの特性上、異方性エッチャントを用いて
（１１１）基板に流入、流出口を形成することは難し
い。しかし、等方性エッチングの場合は基板の面方位に
関係なくエッチングが行えるので、等方性エッチャント
を用いてエッチングを行う場合はシリコン（１１１）基
板も使えるという利点がある。

【００３５】上記プロセスでは、流入、流出口の形成は
貼り合せの前に行っているが、図１８に示すように、貼
り合せの後に流入、流出口を形成してもよい。一連の製
作プロセスで１０００℃を超える高温処理を行うのは貼
り合せ時の高温熱処理だけである。

【００３６】従って、貼り合せウェハは流入、流出口の
形成までは通常のウェハと同様に扱えるので、流入、流
出口成形前にシリコン基板に集積回路などの形成も行う
ことができる。静電接合では貼り合せるシリコン基板に
集積回路が形成されている場合に高電圧の印加で回路が
破壊され易いという問題があったが、本実施例によれ
ば、貼り合せの後に回路形成ができるので回路破壊の問
題は生じない。また、シリコン基板を貼り合せる方法に
は高電圧をウェハに印加しながら貼り合せを行う方法も
あるが、同様に貼り合せの後に回路形成ができるので、
この高電圧を印加しながら貼り合せる方法を採用するこ
ともできる。集積回路は貼り合せた基板上に形成するば
かりでなく、この貼り合せ基板上に更にシリコンをエピ
タキシャル成長させ、その上に形成することもできる。

【００３７】なお、上記プロセスでは酸化膜の形成、剥
離は必要に応じて行うことができる。酸化を行い、シリ
コン基板表面をシリコン酸化膜で覆った後に貼り合せた
場合には、冷却媒体とシリコン基板を電気的に分離する
ことができる。

【００３８】また、上記プロセス例ではウェハのダイシ
ングは最後に行っているが、ウェハを貼り合せる前で
も、プロセスの最初でもよく、ダイシング時期は適宜決
めることができる。

【００３９】上記プロセスでは貼り合せを行うので位置
合せ用パターンの形成も行うが、ここでは省略してあ
る。実際には適宜行う必要がある。

【００４０】本実施例の応用例を図１９および図２０に
示す。基板３０に、マイクロ・クーラー・チップ２５ｂ
が固定されている。この基板３０には冷却媒体の流入、
流出口３１ａ，３１ｂが開けてあり、マイクロ・クーラ
ーへの冷却媒体２６の流入、流出はこの穴を通して行わ
れる。発熱量の大きなＬＳＩチップ３２がマイクロ・ク
ーラーの上に取り付けられているが、このクーラーでチ
ップを高効率で冷却することができる。

【００４１】〔第３実施例〕図２１〜２３を参照して第
３実施例を説明する。図２１，２２は本実施例に係るマ
イクロ・クーラーの構成図および断面図である。シリコ
ン（１１０）基板３３には流路となる溝２２の他に冷却
媒体の流入、流出口２４ｃ，２４ｄも形成されている。
このシリコン基板３３に、特に溝形状加工などが施され
ていないカバーとなるシリコン基板３４が、シリコン直
接接着技術で貼り合され、一体化されてマイクロ・クー
ラー・チップ２５ｃができあがっている。

【００４２】図２３のフロー・チャートを参照して製作
プロセスの一例を示す。先ず、シリコン（１１０）基板
３３を酸化してエッチングのマスク層を形成する（ａ
３）。次に、シリコン酸化膜に冷却媒体が流れる溝のパ
ターニングを行う（ｂ３）。パターニング後に異方性エ
ッチングを施し流路となる溝を形成する（ｃ３）。いっ
たん酸化膜を剥離（省略可能）し改めて酸化を行ってか
ら（ｄ３）、基板の反対面のシリコン酸化膜に冷却媒体
の流入、流出口のパターニングを行う（ｅ３）。次に、
異方性エッチングを施して流入、流出口を形成する（ｆ
３）。溝形成の工程と流入、流出口形成の工程とは順序
を逆にしてもよい。溝と流入、流出口とを形成したウェ
ハは、酸化膜を剥離し、必要な前処理を施してカバーと
なるもう一枚のシリコン基板と直接接着技術を用いて貼
り合せして一体化する（ｇ３）。貼り合せたウェハを所
定の大きさにダイシングし、マイクロ・クーラー・チッ
プを完成させる（ｈ３）。

【００４３】本実施例では、シリコン（１１０）基板３
３に流路となる溝２２を形成しているが、第２実施例の
場合と同様に、（１１０）基板でなく（１００）基板を
用いてもよい。

【００４４】カバーとなるシリコン基板３４は溝を形成
するシリコン基板３３と同じ面方位を持つ必要はなく、
面方位は自由に選択できる。

【００４５】なお、上記プロセス例では溝の形成の異方
性エッチング後に改めて酸化を行い流入、流出口のパタ
ーニング、異方性エッチングを行っているが、図２４に
示すように、溝のパターニング時に同時に裏面に流入、
流出口のパターニングを行えば１回の異方性エッチング
で溝と流入、流出口の形成ができる（ｉ３）。このプロ
セスを行えば、酸化と異方性エッチングが１回で済むの
で製作時間を大幅に短縮できる。

【００４６】また、上記プロセスでは、流入、流出口の
形成は貼り合せの前に行っているが、図２５に示すよう
に、貼り合せの後に流入、流出口パターニング（ｅ
３）、異方性エッチング（ｆ３）を行い流入、流出口を
形成してもよい。この場合、第２実施例で示したと同様
に、貼り合せウェハには流入、流出口の形成前に集積回
路の形成ができる。

【００４７】重複するので記載はしないが、この第３の
実施例の場合にも、シリコン酸化膜の形成方法やマスク
材料の選択、酸化膜の形成、剥離、ダイシングの時期、
位置合せ用パターンの形成などについては第２実施例の
場合と同様のことがいえる。

【００４８】第３実施例の応用例を図２６および図２７
に示す。この例では、先ず溝２２を形成したシリコン基
板と、カバーとなるシリコン基板とを貼り合せてマイク
ロ・クーラー・チップ２５ｃをつくる。次にカバーとな
るシリコン基板上に集積回路３５を形成し、最後に流
入、流出口２４ｅ，２４ｆを形成する。このチップ２５
ｃは、冷却媒体２６が流れる基板３０に固定する。すな
わち、この基板３０には冷却媒体の流入、流出口３１
ａ，３１ｂとしての穴が開けてあり、マイクロ・クーラ
ーへの冷却媒体の流入、流出はこの穴を通して行われ
る。冷却すべき集積回路３５とクーラーとが一体化さ
れ、これらの間に介在するものがなく、直接冷却する構
造なので高い効率で冷却することができる。

【００４９】〔第４実施例〕図２８，２９を参照して第
４実施例を説明する。図２８，２９は本実施例に係るマ
イクロ・クーラーの構成を示している。前記第２および
第３実施例では２枚のシリコン基板を貼り合せたが、本
実施例では３枚のシリコン基板を貼り合せている。すな
わち、本実施例のマイクロ・クーラー２５ｄは、異方性
エッチングで流路となるスリット３６が形成されたシリ
コン（１１０）基板３７と、冷却媒体の流入、流出口２
４ｅ，２４ｆが形成されたシリコン（１００）基板３８
と、カバーとなるシリコン基板３９からなり、スリット
３６が形成された基板３７を間に挾んで貼り合せてあ
る。

【００５０】製作プロセスは前記第２，第３実施例と略
同様であるので、説明を省略する。なお、本実施例で
は、３枚のシリコン基板を貼り合せているが、さらに多
数枚のシリコン基板を貼り合せてマイクロ・クーラーを
製作することもできる。

【００５１】以上第２〜第４実施例によれば、使用され
る構造材はシリコン基板のみで熱膨張率の異なる材料は
使われていないので、基板に材料の熱膨張率の違いから
生じる反りの無いマイクロ・クーラーが得られる。ま
た、従来技術では構成材料としてはシリコンとこれより
も熱伝導性が劣るガラスとが使用されていたが、本実施
例によれば、全てシリコンで構成されているので熱伝導
が良くなり、冷却効率も向上する。流入、流出口を貼り
合せの後に行えば、クーラーを構成するシリコン基板上
に集積回路を形成することも可能となる。そして、この
クーラーと冷却すべき集積回路とが一体化された構造を
採用することにより、集積回路をより高い効率で冷却す
ることが可能となる。

【００５２】〔第５実施例〕この実施例は内部に冷却媒
体の流路を具備し、冷却媒体を流して冷却を行う冷却機
構付き集積回路の製造についてのものである。

【００５３】本実施例により改良すべき点を含む技術を
図４９〜図５２を参照して説明する。これらの図は冷却
媒体の流路が形成された半導体チップｇ′の構造を示し
ている。流路となる溝ｈ′が形成されたシリコン基板
ｉ′に、カバーとなる基板ｊ′が貼り合わされ、一体化
されている。シリコン基板ｉ′上には集積回路ｋ′が形
成されている。この半導体チップｇ′は図５０に示すよ
うに、冷却媒体ｌ′の流入、流出用パイプｍ１′，ｍ
２′が取り付けられたパッケージｎ′にマウントされて
いる。ボンディングの後に図示したように流入、流出用
パイプｍ１′，ｍ２′と半導体チップｇ′の間に冷却媒
体が流れる空間ｌ′を残して樹脂ｏ′でモールドされ
る。このような構造では、冷却媒体が半導体チップｇ′
とモールド樹脂ｏ′との界面に入り込んで、回路がショ
ートしたり、パッケージの外に漏れ出し易い。また、樹
脂をモールドする際に、シリコン基板ｉ′の溝ｈ′に樹
脂が流れ込み、流路が埋まってしまい易い。更に流入、
流出用パイプｍ１′，ｍ２′とチップｇ′との間に冷却
媒体が流れる空間を作らなければならないが、リードピ
ンｐ′にボンディングされるワイヤｑ′が障害となり、
この空間を確保してモールドするのは容易ではない。

【００５４】本実施例は、上記の事情に鑑み、冷却媒体
の漏れを防止するとともに、組立てが容易に行えるよう
にするものである。

【００５５】本実施例に係る冷却機構付き集積回路は概
述すると、内部に冷却媒体の流路および流入、流出口を
具備する半導体チップを、この半導体チップの流入、流
出口と一致する位置に冷却媒体の流入、流出口が形成さ
れたパッケージに、流入、流出口同士を合せて周辺に形
成した金属層を接合することにより固定し、これにより
冷却媒体が半導体チップとパッケージの内部流路のみを
流れるようにして、冷却媒体の漏れ防止を図るととも
に、組立てを容易に行なえるようにしている。

【００５６】本実施例を図３１〜４８により詳細に説明
する。図３１および図３２は、それぞれ本実施例による
冷却機構付き集積回路の平面及び断面構造を示してい
る。内部に流路を有する半導体チップ４１が、冷却媒体
を流すための流入、流出用パイプ４２ａ，４２ｂを取付
けたパッケージ４３に、マウントされている。なお、４
４はリードピン、４５はボンディングパッド、４６はボ
ンディングワイヤを示す。半導体チップ４１は図３３〜
図３５に示すように、流路となる溝４７が形成されたシ
リコン（１１０）基板４８に、カバーとなるシリコン基
板４９を貼り合せて一体化したものである。カバーとな
るシリコン基板４９上には集積回路５０が形成されてい
る。一方、基板４８の裏側には溝４７の端部につながる
ように、流入、流出口５１ａ，５１ｂが形成され、更に
流入、流出口５１ａ，５１ｂの周辺にはパッケージ４３
に固定するために半田などの金属層５２が形成されてい
る。図３６〜３８はパッケージ４３の構造を示し、ＤＩ
Ｐ構造であるが、裏面に冷却媒体を流し込むための流
入、流出用パイプ４２ａ，４２ｂが取付けられ、半導体
チップ４１の流入、流出口５１ａ，５１ｂと一致する位
置に半導体チップに冷却媒体を流すための流入、流出口
５３ａ，５３ｂが形成されている。この流入、流出口５
３ａ，５３ｂの周辺に半導体チップ４１を固定するため
の金属層５４が形成されている。半導体チップ４１やパ
ッケージ４３に形成される金属層５２，５４の構成例を
図３９に示す。ベース基板５５上にまずＴｉ層５６、Ｃ
ｕ層５７が形成され更にメッキで半田層５８が形成され
ている。なお、半導体チップ４１およびパッケージ４３
の双方にこのような金属層５２，５４を形成する必要は
なく、一方にだけ形成し、他方には半田がのりやすい金
属層を形成してもよい。流入、流出口５１ａ，５１ｂ，
５３ａ，５３ｂの位置合せをして加熱などにより両金属
層を接合する。これにより半導体チップ４１はパッケー
ジ４３に固定され、流路もつながる。半導体チップ４１
とパッケージ４３との位置合せは、例えば図４０および
図４１に示すように、スペーサー５９を取り付けたり、
パッケージ４３に凹状の加工を施し落とし込みにすれば
簡単に行える。集積回路５０の信号はワイヤ・ボンディ
ングで取り出される。

【００５７】従来技術では冷却媒体がチップをモールド
する樹脂の間を流れているため、冷却媒体が樹脂とチッ
プの界面に入り込んで回路がショートしたり、パッケー
ジの外に漏れ出したりする心配があったが、本実施例で
は冷却媒体がチップ４１及びパッケージ４３の内部流路
のみを流れ、かつチップ４１とパッケージ４３は金属層
で強固に固定されているので、他の部分に漏れる心配が
ない。従って、信頼性が向上する。

【００５８】また、従来技術では冷却媒体がチップに触
れないようにするためにチップを樹脂モールドしてい
る。しかし、本実施例では冷却媒体がチップ４１及びパ
ッケージ４３の内部流路のみを流れるので、冷却媒体か
らチップ４１を保護するための樹脂モールドは不要であ
る。従って、この意味でのモールドは省略することがで
きる。

【００５９】また、樹脂モールドを行う場合でも、従来
技術ではシリコン基板の溝に樹脂が流れ込み流路が埋ま
ってしまい易いという問題があったが、本実施例では流
路の接続の後にモールドを行うので、その心配は全くな
い。さらに従来技術では流入、流出パイプとチップとの
間に冷却媒体が流れる空間を残してモールドする必要が
あり、更にボンディングされているワイヤが邪魔になっ
てモールド作業が難しかったが、本実施例では樹脂で完
全に埋込むことができるのでモールド作業も簡単にな
る。このように冷却媒体の漏れの心配がなくなる上に組
立て作業は簡単になる。

【００６０】この冷却機構付き集積回路は、例えば集積
回路間をつなぐ配線と冷却媒体の流路が形成されている
基板に取り付けられる。リードピンを差し込む部分をソ
ケットにし、冷却媒体を流すための流入、流出パイプを
Ｏリングで固定するような方式にすれば抜き差しが簡単
で交換が自由なものにできる。流入、流出用パイプは勿
論半田付けをして基板に固定するものでもよい。

【００６１】なお、図３６〜４１に示したパッケージ４
３では、半導体チップ４１に冷却媒体を流すための流
入、流出口の直下に冷却媒体を流し込むための流入、流
出用パイプを取付けたが、図４２に示すように、パッケ
ージ内に屈曲した流路を形成し、その先に流入、流出用
パイプ４２ａ，４２ｂを取付けた構造としてもよい。

【００６２】また、図４３に示すように流入、流出用パ
イプ４２ａ，４２ｂをパッケージの端面に取付けた構造
にすることもできる。

【００６３】さらに、上記実施例の半導体チップ４１で
は、カバーとなるシリコン基板４９上に集積回路５０を
形成し、流路が形成されたシリコン基板４８側に流入、
流出口５１ａ，５１ｂを形成したが、流路が形成された
シリコン基板４８側に集積回路を形成し、カバーとなる
シリコン基板４９側に流入、流出口を形成してもよい。
また、集積回路と流入、流出口をシリコン基板の同一面
に形成してもよい。この場合、図４４および図４５に示
すように、半導体チップ４１の電気的接続をフリップチ
ップ・ボンディングで行う構成とし、半導体チップ４１
とパッケージ４３との金属層を加熱して接合するように
すれば、半導体チップ４１の電気的接続と固定、および
冷却媒体の流路の接続が１工程で行える。

【００６４】また、上記実施例の半導体チップ４１で
は、冷却媒体の流入、流出口５１ａ，５１ｂをチップの
下面に形成したが、従来技術で示したチップと同様に、
流入、流出口をチップの端面に形成してもよい。

【００６５】なお、図４６に示すように、半導体チップ
４１の端面にその半導体チップ４１を固定するための金
属層６０を設けてもよい。この金属層６０はメッキで比
較的容易に形成できる。半導体チップ４１は、流路にな
る溝が形成されたシリコン（１１０）基板とカバーとな
るシリコン基板が貼り合され一体化された基板から切り
出されるため、切り出された端面は凸凹で荒れている。
メッキが荒れた面に付き易いことを利用し、端面以外の
面を滑らかにしておけば端面のみに選択的にメッキでき
る。但し、そのままでは切り出された流路に平行な端面
にもメッキされてしまうので、メッキをチップの切り出
しの途中に行うなどの工夫をすれば、切り出された流路
に平行な端面へのメッキは避けられる。具体的には、最
初に流入、流出口の端面だけを切ってメッキを行い、そ
の後に流路に平行な端面を切り出すという工程で行えば
よい。勿論、他の面をマスキングしてメッキを行っても
よい。この半導体チップ４１は図４７および図４８に示
すようなパッケージ４３にマウントされる。流入、流出
口５３ａ，５３ｂはパッケージの端面に形成され、その
周辺に半導体チップ４１を固定するための金属層５２が
形成されている。冷却媒体の流入、流出用パイプ４２
ａ，４２ｂも端面に取り付けられている。半導体チップ
４１とパッケージ４３との金属層５２の接合により、半
導体チップ４１はパッケージ４３に固定され、流路もつ
ながる。

【００６６】以上説明したように、第５実施例による
と、内部に冷却媒体の流路を有し流入、流出口を具備す
る半導体チップが流入、流出口を合せてパッケージにマ
ウント、固定される。従って、冷却媒体は半導体チップ
とパッケージの内部だけを流れるので冷却媒体の漏れも
なく、信頼性が向上する。また素子のモールド工程が容
易になり、素子組立の作業も簡略化される。

【００６７】〔第６実施例〕本実施例は半導体集積回路
形成技術、特に、高集積度にともなう発熱を冷却するた
めの回路形成用基板の作成技術についてのものである。

【００６８】半導体集積回路の集積度、処理速度の増加
にともなって、集積回路を形成した基板の冷却技術が重
要になってきている。特に、スーパーコンピューターな
ど処理速度集積度ともに高い機器においては様々な冷却
方法が提案されている。その、ひとつとして、次のよう
な試みがある。即ち、回路を形成したシリコン基板の裏
面に異方性エッチング技術を用いて高アスペクト比の連
通溝束を形成し、これに出入口用の開口部を形成したガ
ラス板を静電接着して、内部に冷却媒体を流し、基板を
冷却するものである。このように半導体回路を形成する
基板自体に直接媒体を流して冷却を行う方式を今、冷却
チャネル基板方式と呼ぶことにする。冷却チャネル基板
方式は、Ｓｉ自体の熱電導が良いため、発熱する回路部
分からもっとも効率よく熱を奪うことができ、しかも冷
却時の効率の目安となるシリコンと冷却媒体との界面で
のシリコンの代表寸法が異方性エッチングによってμｍ
オーダーと極めて小さくできるメリットがある。実際に
この方式で数百Ｗ／ｃｍ²以上という高消費電力密度を
達成することができる。

【００６９】上記の先駆的な研究は実際に半導体回路を
形成して使おうとするといくつかの問題がある。もっと
も大きな問題は異方性エッチングによって形成した溝束
に蓋をするためのガラスの接着に静電接着が必要であ
り、このために、回路形成済み基板に数百Ｖオーダー、
４００℃以上の高電圧・高温処理が必要になってしまう
点である。また、素子形成に引き続く異方性エッチング
による溝束形成、ガラスとの接着と工程が長く、複雑に
なってしまう。これに対して、異方性エッチングやガラ
ス接着を半導体回路形成前に行っておくことができれば
良いが、そのようなことは実際上は不可能である。なぜ
ならば、異方性エッチングで形成された溝束面は極めて
機械的に弱いため、プロセス中に発塵源となったり、内
部に侵入した薬液は容易には抜けず、洗浄や乾燥などの
基本的な操作が極めて困難になるためである。また、ガ
ラスを更に接着したとすると、静電接着が可能なガラス
は内部にアルカリイオンが不可欠であるため、通常の半
導体プロセスには全く入れることができないものとなっ
てしまう。

【００７０】本実施例は、以上のような問題点に鑑み、
より一般的に冷却チャネル基板方式による高効率冷却手
法を利用できるように、通常の半導体回路形成プロセス
に整合する、新しい冷却チャネル形成用基板とそれを用
いた冷却チャネル内蔵半導体回路素子の作成方法を提供
するものである。

【００７１】本実施例の基本はＳｉ，ＧａＡｓなど半導
体回路を形成する半導体材料を主たる構成要素として、
プロセスで受け入れ難いアルカリイオンを多量に含むア
ルカリ含有ガラスを用いない構成で、内部に外と連通し
ていない溝の束を有する半導体基板を基板チャネル冷却
方式の回路形成用として用いようとするものである。例
えばＳｉだけからなる基板内部に溝束が形成されてお
り、それが、回路形成前の基板の段階では外部と連通し
ていない状態で提供される。これは外見からは通常のＳ
ｉ基板と同様であり、一般的な半導体プロセスで基板表
面に半導体回路が形成される。この後に、内部溝束と外
部を連通する連絡孔をエッチング等によって形成する。
しかる後にこの連通孔を通じて内部に液体または気体を
流し、回路の冷却を行おうとするものである。

【００７２】具体的にこのような構造の基板を実現する
最も好ましい方法として、Ｓｉにあらかじめ公知の異方
性エッチングによって高アスペクト比の外部溝束を形成
し、これを他のＳｉ基板と直接接着して蓋をする事によ
って、内部に溝を閉じこめることができる。

【００７３】この際に、微細溝束を表面に有するウェハ
の接着を確実にするために、溝束内の乾燥を確実にする
溝側壁形状を少なくとも一方はオーバーハングのない形
にすることが有効である。また、溝内部に閉じこめられ
た気体の膨張により、基板が剥離する可能性もあるた
め、この接着操作を真空中で行うことも有効である。

【００７４】さらに、内部に閉じこめられた溝束の位置
が基板外部から確認できるように、基板表面の適当な位
置にマーカーを入れておくと実際のプロセス上有効であ
る。このマーカーの形成方法としては溝束形成時に両面
位置合わせを行って、何らかの凹凸パターンを表面に残
すことも良い。これを第１のマーカーとしてそれをもと
にして、最終的に蓋をした側の基板表面にも第２のマー
カーを転写しておくことが望ましい。このパターン自体
は必ずしも同じものである必要はなく、例えば、第１の
マーカーは半導体回路形成領域の外枠を示し、対２のマ
ーカーは回路形成後に、流体の出入口を形成すべき位置
を示すものであるなどのほうが望ましい。

【００７５】また、回路形成後に複数のチップに分割使
用される場合には、その分割予定線に沿って溝束を形成
せず、分割断面から媒体が洩れることのないようにする
ことも有効である。ただし、気体の冷媒を還流させるの
でなく、吹き付けて、強制冷却する場合にはチップ側壁
に溝束が開口している形状も有効である。

【００７６】更に、冷却チャネルの内部と半導体回路を
形成する領域の基板層との間を絶縁することによって、
形成された回路と冷却系が電気的に分離される。これに
よって、導電性の流体を冷媒として用いても外部との不
要な短絡などを生じなくなる。

【００７７】あらかじめ外部と連通させておかない溝束
をもたせ、しかも基板自体に一般的な半導体プロセスに
おいて問題となる不純物を排除することで、取扱い上は
全く普通の半導体基板として考えることができ、一般的
なプロセスで半導体回路形成ができる。そしてその後に
出入口形成の最小限の工程で、冷却チャネルを有する半
導体回路チップを得ることができる。

【００７８】この具体的な方法として直接接着を用いる
ことによって、不純物の混入がなく、熱応力等の問題も
極めて小さいため、もともとのバルク結晶半導体基板と
同様のグレードの基板を得ることができる。

【００７９】さらに、マーカーや、分割領域用の貼りし
ろを設けることによって、実際の製造上のプロセスが非
常に容易となる。

【００８０】また、チャネル内と回路形成領域の間を絶
縁することによって、回路と冷却系が電気的に分離で
き、冷媒の選択幅が広がるとともに、回路取扱い、設計
等が容易になる。

【００８１】以下、本実施例を図５３および図５４によ
って詳細に説明する。

【００８２】図５３は、最終的に複数のチップに分割し
て使用される回路形成用基板７０の例を示している。す
なわち、溝束形成用基板７１と蓋体半導体基板７２とが
接着部界面７３を介して接合されている。溝束形成用基
板７１には、接着界面７３側に多数の溝（溝束）７４が
形成されている。なお、７５はマーカーを示す。

【００８３】この基板７０と、この基板７０を用いた回
路作成の工程を図５４（ａ）〜（ｈ）によって説明す
る。なお、説明簡単化のため、１枚の基板上にひとつの
半導体回路を形成する場合の断面を使用して、工程順に
説明する。なお、回路ごとの基板分割領域等は省略して
いる。

【００８４】まず、図５４（ａ）に示すように、通常の
（１１０）の面方位を持つ５インチＳｉウェハ７１ａの
溝束形成面と反対側にあらかじめ、マーカー７５を形成
する。本実施例では全面に一旦酸化膜を形成し、これを
マーカー位置だけ、パターニング除去により形成する。
この後に再度酸化を行って、今度は溝エッチング用のマ
スクパターンを形成する。このようにすることで、以後
何回全面酸化を繰り返しても、マーカー位置の表面Ｓｉ
には段差がついているため、パターンを見失うことはな
い。もちろんこれ以外に、溝束７４と同時に適当なパタ
ーンで表面にもエッチング溝を形成しても良い。この際
にはエッチングが自動的に停止するようにパターンの寸
法を考慮することが望ましい。さらに、このマーカー７
５無しでも赤外透視型のアライナ等を用いれば、直接内
部の溝パターンを見て位置合せすることも可能である。

【００８５】続いて、公知の異方性エッチング記述を用
いて幅５０μｍ、ピッチ１００μｍ深さ２００μｍの溝
束７４を鏡面研磨面７６側から形成する。このエッチン
グにはＫＯＨを用いてもよいが、アルカリ等の汚染の危
険性やマスク材料のエッチングされ易さの問題から、ヒ
ドラジン＋水系やエチレンジアミン＋ピロカテコール＋
水系、あるいは水酸化テトラメチルアンモニウムなどの
有機アルカリエッチャントを用いた方が好ましい。これ
らのエッチャントの場合にはＳｉの熱酸化膜がマスクと
して使用でき、汚染の問題もない。

【００８６】このようにして溝束７４を表面に形成した
後に、Ｓｉ熱酸化膜マスクを除去し、別に用意した同じ
径の（１００）面方位を有するＳｉウェハ７２ａと直接
接着する。この直接接着工程には公知技術が採用できる
が、本実施例におけるような微細な溝束が表面に形成さ
れた状態でも確実な接着ができるかどうかはこれまで不
明であった。これに対して本実施例では溝内の水分の乾
燥を充分に行うことで問題なく接着が可能なことを見出
した。具体的には各々の独立した溝の側壁の少なくとも
一方がウェハの表面に対して９０度以下の傾斜角を有し
ており、通常のリンサードライ工程の水振り切りにおい
て、溝内部に水が滞留しない形状としたことが有効であ
った。また、接触させる工程は大気雰囲気下で行った
が、これを減圧下で行えば、より確実である。

【００８７】このようにして形成した接着ウェハは図５
４（ｂ）のようにベベル部７７の未接着領域等を含むた
め、図５４（ｃ）のように、まず外形加工を行い、未接
着部分を除去する。続いて図５４（ｄ）に示すように蓋
体基板７２の厚み調整および外面へのマーカー７８の転
写を行い、その後図５４（ｅ）のように溝束形成側基板
７１の厚み調整、全体のベベル７７の形成、表面ミラー
研磨を行って、冷却チャネル内蔵回路形成用基板７０を
完成させる。

【００８８】この基板７０は半導体工程上、普通の単結
晶Ｓｉ基板と変わりなく取り扱うことができ、この基板
上への半導体回路の形成も通常のウェハ上への形成と同
様に行うことができる。但し、回路形成後の冷却媒体の
出入口形成工程をより容易にするためには、図５４
（ｆ）に示すように半導体回路７９および半導体回路電
極８０の形成終了後に、基板７０の裏面に異方性エッチ
ングマスクとなる熱酸化膜８１を残しておくことが望ま
しい。本実施例では全面に熱酸化膜８１を残し、これに
図５４（ｇ）のようにそのまま、出入口部エッチング用
のマスクパターン８３を施している。この酸化膜８１が
なくても、ヒドラジンなどのエッチャントを用いれば、
金属薄膜もマスクとして用いることが可能であることか
ら、一旦完成した回路形成済み基板に蒸着などで裏面に
金属膜を形成し、これをパターニングしてマスクに用い
ることも可能である。図では裏面のパターン８３は出口
あるいは入口の一方の領域の断面形状を示しており、紙
面の奥あるいは手前に図示していない反対の口が同様に
形成されている。このパターン８３は出入口それぞれの
溝に接する側が全ての溝束７４を横断するように形成す
る。実際のエッチング時には形成済み回路がダメージを
受けないように、適当な保護膜８２を回路側表面に形成
することが望ましい。

【００８９】本実施例では半導体回路７９のパッシベー
ション膜８１にＳｉＮ膜、電極８０の表面積に金を用
い、ヒドラジン＋水系エッチャントを用いるこによっ
て、保護無しでエッチングすることができた。以上の工
程により、図５４（ｈ）に示すように内部冷却チャンネ
ルとしての溝束７４と、媒体の出入口８４とが一体に形
成された半導体回路形成チップが得られた。

【００９０】以下、応用例を説明する。

【００９１】図５５は接着前に溝束７４を形成するウェ
ハのオリエンテーションフラット（以下オリフラと略
す）８５を、あらかじめ溝束の（１１１）側壁に対して
垂直になる方位に形成した実施例である。通常の高アス
ペクト比の溝が形成できる（１１０）ウェハのオリフラ
は〈１１０〉方位に形成されており、溝のマスクパター
ンを形成する際には、オリフラに対して中途半端な角度
をつけて、転写しなければならない。これを、あらかじ
め上述の方位に形成しておけば、容易に溝パターンの位
置合せがウェハに対して可能になる。更に、接着の際に
一般的に蓋体として用いられる（１００）ウェハはオリ
フラが＜１１０＞方向に形成されており、この方位を溝
に対して直角に接着してやることが出入口の加工からは
望ましい。そのために、ウェハの並進方向の位置ずれは
かまわないが、回転方向の位置は確実に合わせる必要が
ある。このためにも、溝側のウェハのオリフラ８５が溝
束７４に対して直角な方向に形成されていれば、オリフ
ラ同士を合せるだけで、極めて容易に相互の位置合せが
可能になる。

【００９２】図５６は２枚以上のシリコン基板を積層接
着して溝束形成用基板７１とする場合の作成工程例を示
したものである。一般に、ＭＯＳ回路などを形成する際
には界面準位の少なさから基板には（１００）等の面が
良く用いられる。この（１００）基板の裏面に溝束を形
成しても良いが、冷却効率の高い薄い側壁を有する高ア
スペクト比の溝はこの面では困難である。そこで、本実
施例では溝を形成した（１１０）ウェハ上に（１００）
ウェハを積層した３層構造の基板を作成する。その作成
工程はいろいろな方法が考えられるが、本実施例におい
てはまず、図５６（ａ）に示すように（１００）基板８
６と（１１０）基板８７を接着し、図５６（ｂ），
（ｃ）に示すように厚み調整をすることにより、２層基
板とし（図５６（ｄ））、それに図５６（ｅ）のように
溝束７４およびチャンネル位置検出用マーカー７５を形
成して溝束形成用基板７１とし、後は前述の実施例と同
様に蓋体基板と接着する。

【００９３】図５７および図５８は接着する基板の界面
を絶縁膜で覆った実施例を示す。図５７は全体図、図５
８は要部拡大図である。本実施例では溝束７４を形成し
た接着前の溝束形成用基板７１の溝形成側の全表面を熱
酸化膜８８とＣＶＤＳｉＮ膜８９とで被覆する。この後
に蓋体基板７２との接着を行い、基板７０を作成する。
このようにすることによって、溝内部と回路形成用半導
体層とが電気的に絶縁分離される。これによって、たと
え、冷却媒体に導電性のある液体を用いたとしてもある
いは外部との接続に導電性のパイプ等を用いても、形成
された回路と冷却系は電気的に分離することができる。
この絶縁膜は半導体回路を蓋体基板のうえに設けるので
あれば、そちらの基板表面に形成すれば良い。また、一
方で、回路や素子の内容によっては基板半導体のバック
コンタクトやアースが必要になる場合もある。この場合
には絶縁膜無しの通常基板を用いれば良いし、更に電流
等を大きくとるなど低抵抗化が必要な場合には、回路形
成側基板の接着面側に高濃度の不純物拡散を行うか、回
路を形成しない側の基板に低抵抗のものを用いることが
できる。

【００９４】この絶縁性付与と、導電性付与は同時に組
合せて用いることもできる。例えば図５７および図５８
の構成において、溝表面に絶縁用の膜８８，８９を形成
する前に所望の不純物拡散を行っておけば、回路形成用
半導体層とチャネル内は絶縁されていながら、回路形成
半導体層内の底の横方向の導電性は充分高くすることが
できる。この層からの配線引き出しを、表面からの選択
的な不純物拡散による抵抗層などでとれば、良好なバッ
クコンタクトが実現できる。

【００９５】図５９は半導体回路形成用の領域の絶縁を
多層積層構造により作成した実施例を示している。この
例では図５６の作成工程において、あらかじめ、半導体
回路作成用基板か、溝束作成用基板の接着面の少なくと
も一方を熱酸化膜９０で覆っておき、後は同様に作成を
行う。ただし、図５６（ｅ）では溝束７４を接着界面ま
でエッチングしているように示したが、本実施例の場合
には溝は接着界面に達しないように形成した方が望まし
い。これは酸化膜が冷媒に直接触れるとその絶縁性能が
劣化し易いためで、ある程度Ｓｉを残しておくことによ
って、この問題を解消できるためである。本実施例の基
板では、半導体回路形成層９１を任意の厚みに調整でき
るため、素子間の絶縁も行い易く、冷却チャネル内蔵Ｓ
ＯＩが容易に実現できる。

【００９６】以上の実施例によれば、非常に高効率の冷
却性能を有する微細なＳｉ溝束流路（チャネル）を付加
した半導体回路を、これまでのＳｉ集積回路作成プロセ
スを乱すことなく、整合性良く作成することができる。
即ち、あらかじめ内部に閉じこめ作成されたチャネルを
有する基板を用いることによって、通常の半導体回路作
成時と全く同様な基板取扱いが可能で、最小限の後工程
で出入口を含む冷却チャネルを付加することができる。
しかも、結晶方位や積層の数、種類に制限がほとんどな
いため、必要に応じた基板構成をフレキシブルに実現す
ることができる。とくに、回路形成層とチャネル内を導
通させる、絶縁させる、基板のバックコンタクト抵抗を
調整する、などの操作が可能である。

【００９７】

【発明の効果】上記説明したように、本発明の方法によ
って製造される半導体基板を用いれば、冷却すべき集積
回路とクーラーが一体化された素子を形成でき、集積回
路を直接冷却することができるので、より高い冷却効率
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を説明するもので、半導体
基板の構造図。

【図２】半導体基板製作のフロー・チャート。

【図３】溝を形成するウェハの構造図。

【図４】図３のＡ−Ａ線断面図。

【図５】流入、流出口を形成したウェハの構造図。

【図６】図５のＢ−Ｂ線断面図。

【図７】図５のＣ₁−Ｃ₁線断面図。

【図８】エッチング用治具の断面図。

【図９】第１実施例の応用例を示す説明図。

【図１０】図９のＣ₂−Ｃ₂線断面図。

【図１１】溝を形成した（１００）ウェハの断面図。

【図１２】本発明の第２実施例によるマイクロ・クーラ
ーを示す構成図。

【図１３】マイクロ・クーラー・チップ製作のフロー・
チャート。

【図１４】（ａ），（ｂ），（ｃ）は溝を形成するウェ
ハの断面図（図１のＤ−Ｄ線断面図）。

【図１５】（ａ），（ｂ），（ｃ）は流入、流出口を形
成するウェハの断面図（図１のＥ−Ｅ線断面図）。

【図１６】溝を形成した（１００）ウェハの断面図。

【図１７】（ａ），（ｂ），（ｃ）は流入、流出口の断
面形状を示す図。

【図１８】マイクロ・クーラー・チップ製作のフロー・
チャート。

【図１９】前記実施例の応用例を示す説明図。

【図２０】Ｆ−Ｆの断面図。

【図２１】本発明の第３実施例によるマイクロ・クーラ
ーを示す構成図。

【図２２】（ａ），（ｂ），（ｃ）は溝と流入、流出口
を形成した（１１０）ウェハを示すもので、図２１のＧ
−Ｇ線、Ｈ−Ｈ線、Ｉ−Ｉ線断面図。

【図２３】マイクロ・クーラー・チップ製作のフロー・
チャート。

【図２４】マイクロ・クーラー・チップ製作のフロー・
チャート。

【図２５】マイクロ・クーラー・チップ製作のフロー・
チャート。

【図２６】前記実施例の応用例を示す説明図。

【図２７】図２６のＪ−Ｊ線断面図。

【図２８】本発明の第４実施例によるマイクロ・クーラ
ーを示す構成図。

【図２９】スリットを形成したウェハの断面図。

【図３０】改良すべきマイクロ・クーラーを示す構造
図。

【図３１】本発明の第５実施例による冷却機構付き集積
回路を示す平面図。

【図３２】図３１のＫ−Ｋ線断面図。

【図３３】流路を有する半導体チップの構造の説明図。

【図３４】（ａ）は図３３のＬ−Ｌ線断面図、（ｂ）は
同Ｍ−Ｍ線断面図、（ｃ）は同Ｎ−Ｎ線断面図。

【図３５】溝加工を施した基板を裏面からみた図。

【図３６】パッケージの構造を示す平面図。

【図３７】図３６のＯ−Ｏ線断面図。

【図３８】図３６のＰ−Ｐ線断面図。

【図３９】金属層の構造断面図。

【図４０】位置合せ用構造の説明図（断面図）。

【図４１】図４０の変形例を示す図。

【図４２】パッケージの変形例を示す図。

【図４３】図４２のさらに別の変形例を示す図。

【図４４】前記実施例の冷却機構付き集積回路を示し、
集積回路と流入、流出口が同一面に形成されたチップの
平面図。

【図４５】パッケージの平面図。

【図４６】半導体チップの外観図。

【図４７】パッケージの構造を示す平面図。

【図４８】図４７のＱ−Ｑ線断面図。

【図４９】半導体チップの外観図。

【図５０】改良すべき冷却機構付き集積回路の平面図。

【図５１】同５０のＲ−Ｒ線断面図。

【図５２】図５０のＳ−Ｓ線断面図。

【図５３】本発明の第６実施例による冷却チャネル内蔵
基板の斜断面図。

【図５４】（ａ）〜（ｈ）は冷却チャネル内蔵基板及び
それを用いた冷却チャネル内蔵回路素子の作成工程図。

【図５５】溝を形成する基板のオリフラを、蓋体基板を
正しく接着すべき位置に合せたときの蓋体基板のオリフ
ラに合うように形成した実施例を示す図。

【図５６】（ａ）〜（ｅ）は多層積層基板の実施例を示
す図。

【図５７】接着界面を絶縁した実施例を示す図。

【図５８】図５７の要部拡大図。

【図５９】半導体回路形成層を絶縁層を介して積層した
実施例を示す図。

【図６０】従来技術による集積回路の冷却構造を示す説
明図。

【符号の説明】

１溝が形成されたシリコン（１１０）基板２溝３カバーとなるシリコン基板４本発明の半導体基板５ａ，５ｂ流入、流出口６Ｏリング７ウェハ・ホルダー８ウェハから切り出したチップ９冷却媒体１０冷却媒体が流れる基板１１ａ，１１ｂ冷却媒体が流れる基板に形成された流
入、流出口１２集積回路１３溝を形成したシリコン（１００）基板１４シリコン（１００）基板に形成された溝

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シリコン基板に冷却媒体の流路となる溝ま
たは穴を形成する工程と、複数枚のシリコン基板を貼り
合せて一体化する工程と、シリコン基板に冷却媒体の流
入口および流出口を形成する工程とを具備してなること
を特徴とする半導体基板の製造方法。