JPH0955452A

JPH0955452A - 電気回路用基板

Info

Publication number: JPH0955452A
Application number: JP20572495A
Authority: JP
Inventors: Toshihiko Abu; 俊彦阿武; Michimasa Shimizu; 道正清水; Kazuhiro Fujii; 一宏藤井
Original assignee: Ube Industries Ltd
Current assignee: Ube Corp
Priority date: 1995-08-11
Filing date: 1995-08-11
Publication date: 1997-02-25

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、ハイブリッドＩＣ用等に好適に使
用することができる反りが小さい電気回路用基板を提供
するものである。【解決手段】半導体または導体からなる薄板１２の第
１の主面が第１のガラス物質１１により被覆されてお
り、前記薄板１２の第１の主面に対向する第２の主面に
接して支持基板１５が第２のガラス物質１４により貼り
合わせられている電気回路用基板。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ハイブリッドＩＣ
等に好適に利用することができる電気回路用基板に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】電気回路用基板としては、従来よりベー
クライト、ガラスエポキシ樹脂などの樹脂系、アルミ
ナ、窒化アルミニウムなどのセラミックス系の薄板が一
般的に利用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】これらの基板のうち、
樹脂系の基板は安価ではあるが、熱伝導率が小さく、熱
膨張係数が大きいので小型化が難しい。また、セラミッ
クス系の基板では、比較的安価なアルミナが最も広く用
いられているが、誘電率が大きいため動作速度が遅く、
高速化に問題が生じている。また、昨今の小型化のニー
ズに答えるために実装密度を高くしようとすると、その
小さい熱伝導のため制限を受ける。その課題を解決する
ために、熱伝導度の大きい窒化アルミニウムが利用され
はじめてはいるものの、高価であるため、コスト高にな
るという問題がある。さらに、最近のハイブリッドＩＣ
技術として、集積回路を実装した、半導体チップを裸の
まま基板に搭載する技術が構築されている。その場合に
は、半導体チップと基板の熱膨張係数に差があると、半
田付けなどの際の加熱工程や使用温度環境により、チッ
プに歪を与え、電気特性を劣化させることがある。

【０００４】

【発明の目的】本発明の目的は、熱伝導性に優れ、誘電
率が小さく、各種素子を形成あるいは搭載する際の応力
歪みによる特性劣化あるいは破損を防止することができ
る電気回路形成に好適な特性の安価な基板を提供するこ
とにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、半導体または
導体からなる薄板の第１の主面が第１のガラス物質によ
り被覆されており、前記薄板の第１の主面に対向する第
２の主面に接して支持基板が第２のガラス物質により貼
り合わせられていることを特徴とする電気回路用基板に
関する。

【０００６】本発明によると、電気回路用基板に要求さ
れる絶縁性を付与し、かつ前記半導体または導体の薄板
を適宜選択することにより、熱伝導性を良好にし、しか
も半導体チップとの熱膨張係数の差を小さくし、電気回
路形成に好適な特性の基板を製造することができる。な
お、電気回路用基板の形状は円板状、矩形板状など特に
限定されない。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明の電気回路用基板の構成に
ついて図１（ａ）を参照しながら説明する。半導体また
は導体からなる薄板１２の第１の主面は第１のガラス物
質層１１で被覆されており、前記第１の主面に対向する
第２の主面には支持基板１５が第２のガラス物質層１４
により貼り合わされている。このような構成とすること
により、従来の技術課題であったガラス物質層１１と半
導体または導体の薄板１２との熱膨張係数の差により発
生する基板の反りを、第２のガラス物質層１４と支持基
板１５とによりバランスさせ、反りを解消するように自
在に設計することができる。さらに、支持基板１５は、
第２のガラス物質層１４の表面を被覆するので第２のガ
ラス物質層１４がデバイスプロセス途中に除去されるこ
とを防止する効果も併せ持っている。

【０００８】前記薄板１２として使用される半導体の材
料としてはシリコンが代表的であるが、Ｇｅ等の単元素
半導体、ＧａＡｓ、ＧａＡｌＡｓ、ＩｎＰに代表される
ＩＩＩ−Ｖ族半導体、ＺｎＳ、ＺｎＳｂ、ＺｎＳｅなど
のＩＩ−ＩＶ族半導体やＳｉＣ等各種化合物半導体であ
っても良い。なかでも、最も広く利用されている半導体
材料である点から、シリコンが最も好ましい。

【０００９】また、前記薄板１２として使用される導体
の材料としては、特に制限されないが、例えばＣｕ、Ａ
ｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｉ、
Ｆｅ、Ｃｏなどの金属単体、あるいはステンレス３０
４、３１０、３１６、ハステロイに代表される各種耐熱
性合金、ステライトに代表される耐磨耗性合金、ジュラ
ルミン、リン青銅、真鍮、炭素鋼などの合金が好適に利
用される。

【００１０】本発明に使用される第１のガラス物質１１
としては、電気絶縁性を有するものであれば特に制限さ
れないが、このガラスを構成する代表的な元素として、
酸素以外に、以下に挙げる元素のうち、少なくとも２種
類が使用される。すなわち、Ｓｉ、Ｌｉ、Ｋ、Ｎａ、Ｃ
ｓ、Ｎ、Ｆ、Ｇｅ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｓ
ｎ、Ｐｂ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｂ、Ｐ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｇ
ａ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔ
ａ、Ｖ、Ｗ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｓｃ、Ｙ及び希
土類元素（Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅ
ｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌ
ｕ）が挙げられる。

【００１１】これらの組み合わせの内、シリコンと酸素
とを主成分とする珪酸塩ガラスは種々の優れた特性を有
する。まず、基本であるシリコンと酸素のみからなるシ
リカガラスは、化学耐久性、耐熱性、耐熱衝撃性、電気
絶縁性など多くの点で優れている。しかしながら、シリ
カガラスは、溶融に極めて高い温度が必要であることが
難点として挙げられる。これに種々の修飾元素を添加し
て作る珪酸塩ガラスは、前記シリカガラスの長所を活か
しつつ溶融温度を下げるとともに、各修飾元素の特徴を
反映させたガラスとなが故に、本発明のガラスとして好
適に用いられる。

【００１２】珪酸塩ガラスに添加する修飾元素のうち種
々の効果により、以下に挙げる元素は好適に用いられ
る。特に、Ｂ、Ｐ、Ｇｅは溶融温度を下げる効果がある
ので好ましい。また、アルカリ金属であるＬｉ、Ｋ、Ｎ
ａ、Ｃｓは融液の粘度を下げる効果があるので好まし
い。Ｍｇ、Ｓｒ、Ｂａのアルカリ土類金属およびＡｌは
前記アルカリ金属元素を添加した場合に低下する化学耐
久性を改善する効果がある。Ｐｂは高い電気絶縁性を付
与する効果がある。Ｎは酸素の一部と置換することによ
りガラスの力学的強度を増加させる効果がある。

【００１３】それらのなかでも、Ｂを含有するホウ珪酸
塩ガラスは前記溶融温度を下げる効果とともに、誘電率
を低くする効果があり、高速動作のデバイス向けに好適
となるので、本発明の基板の電気絶縁性ガラスとして好
適に利用される。

【００１４】第１のガラス物質層１１の厚さは薄すぎる
と完全に接着されない場合があり、また、厚すぎると接
着強度が低下するので０．５μｍ〜５００μｍ、好まし
くは０．５〜１００μｍである。

【００１５】第１のガラス物質層１１はスート堆積法、
ＣＶＤ、液状原料をスピンコートし乾燥あるいは加熱処
理し反応焼結する方法、固体粉末原料を溶媒、界面活性
剤等とともに混練、ペースト状にしたものをスクリーン
印刷し、加熱処理する方法等によって製造することがで
きる。中でもスート堆積法は、真空装置などの高価な設
備も不要で簡便なために低コストであり、さらに導体ま
たは半導体に溝等を形成する場合、溝のすみずみまでガ
ラス物質で充填されるので特に好ましい。

【００１６】ここで、スート堆積法とは、例えばＳｉＣ
ｌ₄の如きケイ素化合物およびＢＣｌ₃の如きホウ素化
合物を主成分とする原料を、酸水素炎中で燃焼させるこ
とで得られるＳｉＯ₂およびＢ₂Ｏ₃を主成分とするす
す状物質を、半導体または導体の薄板の表面に堆積させ
た後、加熱、焼結することによって得られる電気絶縁性
ガラス物質により被覆された電気回路用基板を製造する
方法である。

【００１７】前記スート堆積法に使用されるケイ素化合
物としては、酸水素炎中で燃焼させることによりＳｉＯ
₂を生成する化合物であればよく、一般式ＳｉＲ¹Ｒ²
Ｒ³Ｒ⁴で表される化合物（置換基Ｒ¹、Ｒ²、Ｒ³お
よびＲ⁴は互いに同一でも異なっていてもよく、ハロゲ
ン、水素、アルキル基、アルキルオキシ基から選ばれる
置換基である。）；ジシロキサン、ポリシロキサン等の
ケイ素原子を２個以上含有するシロキサン類；ジシラ
ン、ポリシラン等のケイ素原子を２個以上含有するシラ
ン類等を挙げることができる。この中でも、得られるＳ
ｉＯ₂の質および粒度等の観点から好ましいのは、一般
式ＳｉＲ¹Ｒ²Ｒ³Ｒ⁴で表される化合物であって、置
換基Ｒ¹、Ｒ²、Ｒ³およびＲ⁴（Ｒ¹〜Ｒ⁴は互いに
同一でも異なっていてもよい。）が、塩素、水素、炭素
数１〜３のアルキル基、炭素数１〜３のアルキルオキシ
基から選ばれる置換基の場合である。この中でも特に好
ましいのは、上記の置換基Ｒ¹、Ｒ²、Ｒ³およびＲ⁴
（Ｒ¹〜Ｒ⁴は互いに同一でも異なっていてもよい。）
が、塩素または水素の場合である。これらケイ素化合物
の具体例として、ＳｉＣｌ₄、ＳｉＨ₄、Ｓｉ₂Ｈ₆、
ＳｉＨＣｌ₃、Ｓｉ（ＯＥｔ）₄およびＳｉ（ＯＭｅ）
₄等を挙げることができる。

【００１８】ホウ素化合物としては、三塩化ホウ素、ボ
ラン類（ＢＨ₃、Ｂ₂Ｈ₆）、ＢＨＣｌ₂、Ｂ（ＯＥ
ｔ）₃およびＢ（ＯＭｅ）₃等を挙げることができ、こ
の中でも供給が容易であることから三塩化ホウ素が好ま
しい。

【００１９】なお、すす状物質の焼結温度を低くするた
めに所望により添加されるリン化合物およびゲルマニウ
ム化合物としては、酸水素炎中で燃焼させることにより
リンおよびゲルマニウムの酸化物を生成するような化合
物であれば良く、リン化合物としては、五塩化リン、オ
キシ塩化リン（ＰＯＣｌ₃）、ホスフィン（ＰＨ₃）等
を挙げることができ、また、ゲルマニウム化合物として
は、四塩化ゲルマニウム、ゲルマン（ＧｅＨ₄）等を挙
げることができる。これらの中でも、供給が容易である
ことから好ましいのは五塩化リン、オキシ塩化リン（Ｐ
ＯＣｌ₃）および四塩化ゲルマニウムである。

【００２０】上記原料の酸水素炎中への供給は、上記原
料が気体であればバルブ等で流量を調整しながら、直接
酸水素炎中に、または水素若しくは酸素に混合して酸水
素炎中に供給して行う。上記原料が液体であれば、噴霧
装置によって供給するか、あるいは水素ガス、酸素ガス
またはアルゴンガス若しくは窒素ガス等の不活性ガスを
キャリアとして、原料の蒸気を同伴させることにより、
あるいは原料を加熱することにより原料そのものの蒸気
圧により圧送するなどの方法により供給することができ
る。

【００２１】酸水素炎中に供給された上記原料は火炎加
水分解され、ＳｉＯ₂およびＢ₂Ｏ ₃を主成分とするす
す状物質を生成する。このすす状物質はガラスの超微粒
子であって、粒径は０．０５〜０．２μｍ程度である。
なお、酸水素炎とは、酸素と水素を同時に供給すること
によって得られる燃焼炎である。

【００２２】生成するすす状物質は、半導体または導体
の薄板からなる基板１２の表面に直ちに堆積させられ
る。堆積は、酸水素炎を薄板に直接吹き付けることによ
って行うことが好ましい。

【００２３】次いで、前記すす状物質を加熱処理するこ
とによって焼結させる。焼結は、基板１２に溝を形成し
たような場合に、溝の谷間の部分に空孔が出来るだけ生
じないないようにするために、酸素ガスと不活性ガスと
の混合ガス中で熱処理を行うが、その際、酸素ガスは１
０％以上、好ましくは実質的に酸素ガス中において行う
のが良い。即ち、酸素ガスが９０％以上且つヘリウムガ
スが２％以下が好ましく、その他のガスとしては半導体
基板等に対し反応性がないものが使用される。特に酸素
ガスが９５％以上、さらに好ましくは９９％以上であ
る。焼結時の熱処理温度は８００〜１４００℃である。
すす状物質は焼結されるとガラス化し、基板１１の表面
は電気絶縁性のガラス物質で被覆されることになる。

【００２４】第２のガラス物質層１４は、前記第１のガ
ラス物質層１１を作製する場合のスート堆積法の場合と
同様な方法により形成することができる。第１のガラス
物質層１１と第２のガラス物質層１４との組成はそれぞ
れ独立に、目的に合わせて自由に選択することができる
が、製造設備等のコストを勘案すると同一であることが
好ましい。

【００２５】第２のガラス物質層１４の厚さは薄すぎる
と完全に接着されない場合があり、また、厚すぎると接
着強度が低下するので０．５μｍ〜５００μｍ、好まし
くは０．５〜１００μｍである。

【００２６】支持基板１５の材料の種類は特に限定され
ず、半導体や導体のほか絶縁体も使用することができる
が、通常の半導体プロセスを利用した加工を経て利用さ
れることが多いので、前記薄板１２と同種の材料が好適
に使用される。形状についても特に限定されないが、前
記と同様な理由により、シリコンウェハ形状が好まし
い。

【００２７】図１（ｂ）に示すように、半導体または導
体の薄板１２と第１のガラス物質層１１の間に、絶縁性
を高めたり、機械的強度を増す、歪みを補正するなどの
目的で、１種類以上の別種の材料１３を積層することも
できる。材料１３としては、例えばシリコン、Ｇｅ等の
単元素半導体多結晶体層、あるいはＧａＡｓ、ＧａＡｌ
Ａｓ、ＩｎＰ、ＳｉＣ等の各種化合物半導体の多結晶体
層、アモルファスシリコン、シリコンゲルマニウム等か
らなるアモルファス半導体層を挙げることができ、その
他シリコン、Ｇｅ等の単元素半導体の酸化物を挙げるこ
とができる。

【００２８】また、図１（ｃ）に示すように、半導体ま
たは導体の薄板１２の表面を加工し、凹凸を持たせるこ
ともできる。

【００２９】図１（ｄ）に示すように、第１のガラス物
質層１１を加工し、半導体または導体の薄板１２、ある
いは所望により設けられる別の材料の層１３の表面を露
出させることもできる。

【００３０】電気回路用基板として一般に利用される場
合、素子の発熱をいかに効率よく放散するかが課題であ
り、特にハイブリッドＩＣ用基板として使用するような
場合には、基板の熱伝導率が問題になっている。しかし
ながら、本発明の構造の電気回路用基板においては、前
記ガラス物質層の熱伝導率は約１Ｗ／ｍＫであり、従来
のアルミナ基板の約２０Ｗ／ｍＫに比べると劣るもの
の、ガラス物質層は２μｍ以下程度にまで薄層化可能で
あり、また前記導体が金属の場合にはアルミナと比べて
数桁大きい熱伝導率を持ち、前記導体が半導体材料の場
合にも、シリコンを例にとると、約１５０Ｗ／ｍＫ程度
と十分に大きい値を持つことから、厚み方向に伝導した
熱は、ほとんど熱の良導体である金属あるいは半導体を
流れることになり、全体としてはアルミナ基板以上の十
分に大きな熱伝導率を持っている。

【００３１】

【実施例】本発明について、さらに具体的に以下に示す
が、本発明はこれに限定されるものではない。実施例１図１（ａ）に示す電気回路用基板を以下のようにして作
製した。まず、面方位（１００）面を有する６インチ
径、厚さ６２５μｍのシリコン基板１５の表面に、ガラ
ス物質のシリコンとホウ素の原子比（Ｓｉ／Ｂ）ａが
２．５となるようにガス状のＳｉＣｌ₄（供給量２５０
ｍｌ／ｍｉｎ）およびガス状のＢＣｌ₃（供給量１００
ｍｌ／ｍｉｎ）を水素（供給量８５０ｍｌ／ｍｉｎ）と
酸素（供給量５０００ｍｌ／ｍｉｎ）からなる燃焼炎中
に供給し、分解して得られるすす状物質３を堆積させ
た。すす状物質３の堆積量はこれを焼結させた時に２０
μｍとなるように調節した。別に用意した面方位（１０
０）面を有する６インチ径、厚さ４８０μｍのシリコン
基板１２をすす状物質３の堆積の上に重ね合わせ、続い
て該シリコン基板１２の上に再度前記と同様な方法によ
りすす状物質４を堆積したものを、加熱炉内において酸
素雰囲気中で１２８０℃に昇温し４８時間加熱したとこ
ろ、すす状物質が焼結し、すす状物質３および４はそれ
ぞれ厚さ２０μｍおよび２２μｍまで体積収縮すると同
時にガラス化し、シリコン基板１２と１５とが均一に貼
り合わされ、シリコン基板の表面は絶縁性のガラス層１
１により覆われた。

【００３２】次に、支持基板１５を仕上がりの厚さを考
慮し、５０μｍの厚さとなるように、図２のＡのライン
まで研削、研磨を行った。

【００３３】このようにして被覆された基板の表面を観
察したところ、基板表面のガラス層は透明で、ピンホー
ルは検出できなかった。確認のため、表面にアルミニウ
ムを５００ｎｍ蒸着し、このアルミニウムと前記基板の
裏面との間の電気抵抗を測定し、絶縁性であることを確
認した。

【００３４】出来上がった基板の反りは、ガラス状物質
層を上にして平面上に載置したときに、周囲より中央部
が４０μｍだけ上に対して凸状である程度であった。こ
のため、搬送時のトラブルもなく、回路形成のためのフ
ォトリソグラフィ工程における歩留りも良好であった。

【００３５】第１のガラス物質１１および第２のガラス
物質１４の組成比を求めるために同一条件で作製した試
料を用い、ガラス物質をフッ化水素系の水溶液で溶解
し、ＩＣＰにより定量分析を行ったところ、Ｓｉ／Ｂの
原子比ａは共に２．５であった。

【００３６】実施例２シリコン基板にかえてＰｔ、Ｎｉ、ステンレス３１６お
よびハステロイの４種類の金属の５ｍｍ厚さの薄板とし
た以外は、実施例１と同様の方法により基板を作製した
ところ、実施例１と同様な効果を確認した。

【００３７】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
ると熱伝導性に優れ、誘電率が小さく、半導体など、基
板に搭載する素子の材料との熱膨張係数の差が小さく、
しかも安価な電気回路用基板を提供することができる。
また、大ウェハ径の場合にも反りが小さく、厳格な規格
が要求されるデバイス製造ラインに投入可能であり、さ
らにフォトリソグラフィの精度を上げ、歩留りを向上さ
せることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電気回路用基板の実施態様を示す縦断
面図である。

【図２】本発明の電気回路用基板の製造工程を示す図で
ある。

【符号の説明】

３すす状ガラス物質層４すす状ガラス物質層１１ガラス物質層１２半導体または導体の薄板１４ガラス物質層１５支持基板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体または導体からなる薄板の第１の
主面が第１のガラス物質により被覆されており、前記薄
板の第１の主面に対向する第２の主面に接して支持基板
が第２のガラス物質により貼り合わせられていることを
特徴とする電気回路用基板。