(57)【要約】      （修正有）【課題】高抵抗、高熱伝導率なプリント回路モジュールを提供する。【解決手段】プリント回路６０モジュールは、薄肉ダイ６２Ｔを有するプリント回路基板５８を備える。薄肉ダイ６２Ｔは、プリント回路基板５８に取り付けられ、プリント回路基板５８の上に少なくとも１つの素子層４８と、少なくとも１つの素子層４８の上に埋め込み酸化（ＢＯＸ）層５０と、を備える。ＢＯＸ層５０の上には、ポリマー層７６が備えられる。【選択図】図１３
2020191454.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プリント回路モジュールであって、
プリント回路基板と、
前記プリント回路基板に取り付けられ、前記プリント回路基板の上に少なくとも１つの素子層と、前記少なくとも１つの素子層の上に埋め込み酸化（ＢＯＸ）層と、を備える薄肉ダイと、
前記ＢＯＸ層の上にポリマー層と、
を備え、
前記ポリマーの熱伝導率は２ワット毎メートルケルビン（Ｗ／ｍＫ）よりも高く、電気抵抗率は１０３Ｏｈｍ−ｃｍよりも高い、プリント回路モジュール。
【請求項２】
前記プリント回路基板と前記ポリマー層との間に位置する上部保護層をさらに備える、請求項１に記載の回路基板。
【請求項３】
前記ＢＯＸ層に重ねられた接着層をさらに備える、請求項１に記載のプリント回路モジュール。
【請求項４】
前記接着層は窒化ケイ素によって構成される、請求項３に記載のプリント回路モジュール。
【請求項５】
前記プリント回路モジュールにさらなる剛性を与えるために、前記ポリマー層に重ねられたプラスチック外層をさらに備える、請求項１に記載のプリント回路モジュール。
【請求項６】
前記プラスチック外層はエポキシ樹脂の硬化物である、請求項５に記載のプリント回路モジュール。
【請求項７】
前記ポリマー層の厚さは約１００μｍから５００μｍ程度の範囲である、請求項１に記載のプリント回路モジュール。
【請求項８】
前記薄肉ダイは高周波集積回路（ＲＦＩＣ）である、請求項１に記載のプリント回路モジュール。
【請求項９】
前記ポリマー層の前記熱伝導率は、約１０Ｗ／ｍＫ程度から約５０Ｗ／ｍＫ程度の範囲である、請求項１に記載のプリント回路モジュール。
【請求項１０】
前記ポリマー層の前記熱伝導率は、約５０Ｗ／ｍＫ程度から約６６００Ｗ／ｍＫ程度の範囲である、請求項１に記載のプリント回路モジュール。
【請求項１１】
前記ポリマー層の熱抵抗率は約０．１ｍＫ／Ｗ程度である、請求項１に記載のプリント回路モジュール。
【請求項１２】
前記ポリマー層の前記電気抵抗率は、約１０１２Ｏｈｍ−ｃｍ程度から約１０１６Ｏｈｍ−ｃｍ程度の範囲である、請求項１に記載のプリント回路モジュール。
【請求項１３】
前記ポリマー層の前記電気抵抗率は、約１０３Ｏｈｍ−ｃｍ程度から約１０１２Ｏｈｍ−ｃｍ程度の範囲である、請求項１に記載のプリント回路モジュール。
【請求項１４】
プリント回路モジュールの製造方法であって、
前記プリント回路基板の表側に取り付けられたダイを備えるプリント回路基板を提供す
ることであって、前記ダイは、前記プリント回路モジュールの上に少なくとも１つの素子層と、前記少なくとも１つの素子層の上に埋め込み酸化（ＢＯＸ）層と、前記ＢＯＸ層の上にハンドル層と、を備える、プリント回路基板を提供することと、
第１の保護層を、前記ダイに直接接触するように、前記ハンドル層と前記ＢＯＸ層との間の界面とほぼ平行な平面まで、前記プリント回路基板に重ねることと、
第２の保護層を、前記プリント回路基板の底部側に重ねることと、
前記ＢＯＸ層を露出させた薄肉ダイを提供するために、前記ダイから前記ハンドル層を除去することと、
前記ＢＯＸ層にポリマー層を重ねることであって、前記ポリマー層の熱伝導率は２ワット毎メートルケルビン（Ｗ／ｍＫ）よりも高く、電気抵抗率は１０３Ｏｈｍ−ｃｍよりも高い、前記ＢＯＸ層にポリマー層を重ねることと、
を備える、プリント回路モジュールの製造方法。
【請求項１５】
前記ハンドル層の除去は化学的エッチングによって遂行される、請求項１４に記載のプリント回路モジュールの製造方法。
【請求項１６】
前記化学的エッチングは、エチレンジアミン（ＥＤＡ）と、ピロカテコール（Ｃ６Ｈ４（ＯＨ）２）と、水との組み合わせを用いて実施される、請求項１５に記載のプリント回路モジュールの製造方法。
【請求項１７】
前記ハンドル層の除去は、機械的エッチングと化学的エッチングを組み合わせて遂行される、請求項１４に記載のプリント回路モジュールの製造方法。
【請求項１８】
前記プリント回路モジュールの剛性を高めるために、プラスチック外層を前記ポリマー層に重ねることをさらに備える、請求項１４に記載のプリント回路モジュールの製造方法。
【請求項１９】
前記プラスチック外層はエポキシ樹脂の硬化物である、請求項１８に記載のプリント回路モジュールの製造方法。
【請求項２０】
前記ポリマー層と前記ＢＯＸ層との間の粘着性を高めるために、前記ポリマー層を重ねる前に、接着層を前記ＢＯＸ層に重ねることをさらに備える、請求項１４に記載のプリント回路モジュールの製造方法。
【請求項２１】
前記接着層は窒化ケイ素によって構成される、請求項１４に記載のプリント回路モジュールの製造方法。
【請求項２２】
前記ポリマー層の厚さは約１００μｍから５００μｍ程度の範囲である、請求項１４に記載のプリント回路モジュールの製造方法。
【請求項２３】
前記ダイは高周波集積回路（ＲＦＩＣ）である、請求項１４に記載のプリント回路モジュールの製造方法。
【請求項２４】
前記ポリマー層の前記熱伝導率は、約１０Ｗ／ｍＫ程度から約５０Ｗ／ｍＫ程度の範囲である、請求項１４に記載のプリント回路モジュールの製造方法。
【請求項２５】
前記ポリマー層の前記熱伝導率は、約５０Ｗ／ｍＫ程度から約６６００Ｗ／ｍＫ程度の範囲である、請求項１４に記載のプリント回路モジュールの製造方法。
【請求項２６】
前記ポリマー層の熱抵抗率は約０．１ｍＫ／Ｗ程度である、請求項１４に記載のプリン
ト回路モジュールの製造方法。
【請求項２７】
前記ポリマー層の前記電気抵抗率は、約１０１２Ｏｈｍ−ｃｍ程度から約１０１６Ｏｈｍ−ｃｍ程度の範囲である、請求項１４に記載のプリント回路モジュールの製造方法。
【請求項２８】
前記ポリマー層の前記電気抵抗率は、約１０３Ｏｈｍ−ｃｍ程度から約１０１２Ｏｈｍ−ｃｍ程度の範囲である、請求項１４に記載のプリント回路モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
［開示の分野］
本開示は、半導体素子及びその製造方法に関する。
［背景］
高周波相補性金属酸化膜半導体（ＲＦＣＭＯＳ）シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）ＲＦパワースイッチは、現在市場に出回っているほぼ全ての携帯電話機において必要不可欠な装置である。この装置の製造に用いられる既存のＲＦＣＭＯＳ  ＳＯＩ技術は、ますます複雑化する多投ＲＦスイッチ、同調型ＲＦ静電容量アレイ、及びアンテナＲＦチューナにおいて、優れた性能を提供する。従来のＲＦＣＭＯＳ  ＳＯＩ装置は、抵抗率の範囲が１０００  Ｏｈｍ−ｃｍから５０００  Ｏｈｍ−ｃｍである、高抵抗ＣＭＯＳ基板上に構成される。複数の比較的低電圧の電界効果トランジスタ（ＦＥＴｓ）が、該複数の低電圧ＦＥＴ間で所望の絶縁を維持しながら積層され得るように、ＲＦＣＭＯＳ  ＳＯＩ技術を採用したパワースイッチには高抵抗基板が用いられる。
【０００２】
第３世代（３Ｇ）及び第４世代（４Ｇ）ワイヤレスアプリケーションのための、ＲＦスイッチの応用において、ＲＦ装置の高い線形性、及びＲＦ電力使用時における相対的に非常に低いＲＦ相互変調レベルが極めて重要である。従って、例えばＣＭＯＳ  Ｎ型電界効果トランジスタ（ＮＦＥＴ）装置等のＲＦ装置に固有の非線形性は、軽減されなければならない。非線形性の別の発生源は、埋め込み酸化（ＢＯＸ）誘電体領域に接合された高抵抗シリコンハンドルウェハ領域であると考えられる。こうした非線形性を軽減させるために提案された解決法の１つとして、シリコン／酸化膜界面の担体寿命を低下させる、シリコン／酸化膜トラップリッチ界面が用いられる。ＢＯＸ誘電体領域に接合された高抵抗ハンドル領域に起因する非線形性を軽減するために提案された別の解決法には、ＢＯＸ誘電体領域に接合された高抵抗ハンドル領域に起因する非線形性を軽減させる一連の工程と加熱処理とを含む、高調波抑制処理技術が含まれる。しかしながら、上述の提案された解決法は全て、ＣＭＯＳ  ＳＯＩ技術を著しく複雑に、且つ高コストにする。そこで、ＣＭＯＳ  ＳＯＩを基にした半導体素子、及び、ＢＯＸ誘電体領域に接合された高抵抗シリコンハンドル領域に起因する非線形性を発生させないＣＭＯＳ  ＳＯＩ素子の製造方法が必要とされる。
【０００３】
［概要］
プリント回路モジュール、及びその製造方法を開示する。プリント回路モジュールはプリント回路基板を備え、プリント回路基板には薄肉ダイが取り付けられる。薄肉ダイは、プリント回路基板の上に少なくとも１つの素子層と、該少なくとも１つの素子層の上に埋め込み酸化（ＢＯＸ）層とを備える。ＢＯＸ層の上にはポリマー層が備えられ、該ポリマーの熱伝導率は２ワット毎メートルケルビン（Ｗ／ｍＫ）よりも高く、電気抵抗率は１０３Ｏｈｍ−ｃｍよりも高い。
【０００４】
例示的な方法の１つには、表側にダイが取り付けられたプリント回路基板を提供することが含まれ、該ダイは、該プリント回路基板の上に少なくとも１つの素子層と、該少なくとも１つの素子層の上にＢＯＸ層と、該ＢＯＸ層の上にハンドル層とを備える。続く手順には、ウェハハンドルを除去して該ＢＯＸ層を露出させることが含まれる。これに続く手順には、熱伝導率が２ワット毎メートルケルビン（Ｗ／ｍＫ）よりも高く、電気抵抗率が１０３Ｏｈｍ−ｃｍよりも高いポリマー基板を該ＢＯＸ層の上に重ねることが含まれる。
【０００５】
当業者は、添付の図面と共に以下に記す詳細な説明を読めば、本開示の範囲と本開示の
さらなる局面とを理解するであろう。
本明細書及び特許請求の範囲に援用され、その一部を構成する添付の図面は、本開示の種々の局面を説明するものであり、本明細書と共に、本開示の原理を説明する役割を果たす。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、比較的低抵抗のシリコンウェハハンドルに接合された、関連技術の半導体積層構造の断面図である。
【図２】図２は、それに続く処理工程の最中に半導体積層構造を担持するための一時的担持体マウントを有する、上記関連技術の半導体積層構造の断面図である。
【図３】図３は、比較的低抵抗のシリコンウェハハンドルが除去された後の、上記関連技術の半導体積層構造の断面図である。
【図４】図４は、本開示の半導体素子を得るために、埋め込み酸化（ＢＯＸ）層にポリマー基板が重ねられた後の、上記関連技術の半導体積層構造の断面図である。
【図５】図５は、半導体積層構造のＢＯＸ層にポリマー基板が重ねられた、上記関連技術の半導体素子を製造する工程の工程図である。
【図６】図６は、半導体素子が通電された定常状態に達した後の、ポリマー基板を有する半導体素子内における熱流路を示す、上記関連技術の半導体素子の断面図である。
【図７】図７は、本開示の半導体素子のポリマー基板を形成するための使用に適した例示的なポリマー材料の、熱的仕様、機械的仕様、電気的仕様、及び物理的仕様を一覧にした仕様表である。
【図８】図８は、はんだバンプ、又は、銅（Ｃｕ）柱を有するＲＦシリコン・オン・インシュレータ（ＲＦＳＯＩ）ウェハの断面図である。
【図９】図９は、図８のＲＦＳＯＩウェハの上面図である。
【図１０】図１０は、図８及び図９のＲＦＳＯＩウェハから個片化されたダイを配列したプリント回路基板の上面図である。
【図１１】図１１は、個々のダイが、上部保護層を有するプリント回路基板に実装されている、未完成のプリント回路の断面図である。
【図１２】図１２は、薄肉ダイを製造するためにハンドル層がエッチングされる間、底部保護層をさらに備える、上記未完成のプリント回路の断面図である。
【図１３】図１３は、薄肉ダイを永久的に保護するために、薄肉ダイの上にポリマー層が重ねられたプリント回路の断面図である。
【図１４】図１４は、底部保護層が除去された後の、完成された状態のプリント回路の断面図である。
【図１５】図１５は、本開示のプリント回路を製造する工程の工程図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
［詳細な説明］
以下に記載する実施形態は、当業者が本開示を実施できるようにするために必要な情報を説明するものであり、本開示を実施する最良の態様を例示するものである。当業者は、添付の図面に照らして以下の説明を読むことで本開示の概念を理解し、本明細書で特に述べられていない本開示の概念の応用を認識するであろう。本開示の概念及びその応用は、本開示及び添付の請求項の範囲に含まれるものと理解されるべきである。
【０００８】
層、領域、又は基板等の要素が、別の要素の「上方に（ｏｖｅｒ）」ある、「上に（ｏｎ）」ある、「中に（ｉｎ）」ある、又は「上へ（ｏｎｔｏ）」延在している、と記載されている場合、この要素が別の要素の上方に直接あっても、上に直接あっても、中に直接あっても、又は上へ直接延在していてもよく、或いは、介在する要素が存在してもよいと理解されるであろう。これに対して、ある要素が別の要素の「上方に直接（ｄｉｒｅｃｔｌｙ  ｏｖｅｒ）」ある、「上に直接（ｄｉｒｅｃｔｌｙ  ｏｎ）」ある、「中に直接（
ｄｉｒｅｃｔｌｙ  ｉｎ）」ある、又は「上へ直接（ｄｉｒｅｃｔｌｙ  ｏｎｔｏ）」延在している、と記載されている場合には、介在する要素は存在しない。また、ある要素が別の要素に「接続される（ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」、又は「連結される（ｃｏｕｐｌｅｄ）」、と記載されている場合、この要素が別の要素と直接接続されても、又は直接連結されてもよく、或いは、介在する要素が存在してもよいと理解されるであろう。これに対して、ある要素が別の要素と「直接接続される（ｄｉｒｅｃｔｌｙ  ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」、又は別の要素と「直接連結される（ｄｉｒｅｃｔｌｙ  ｃｏｕｐｌｅｄ）」、と記載されている場合には、介在する要素は存在しない。
【０００９】
本明細書において、「〜の下に（ｂｅｌｏｗ）」、「〜の上に（ａｂｏｖｅ）」、「上部の（ｕｐｐｅｒ）」、「下部の（ｌｏｗｅｒ）」、「水平な（ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ）」、または「垂直な（ｖｅｒｔｉｃａｌ）」等の相対語は、図面に示されるような、ある要素、層、又は領域と、別の要素、層、又は領域との関係を説明するために用いられることがある。これらの用語、及び上記で論じられた用語は、図面に描かれた装置の向きに加えて、異なる向きをも包含することを意図して用いられると理解されるであろう。
【００１０】
従来のＲＦＣＭＯＳ  ＳＯＩ装置は、ＩＩＩ−Ｖ族基板、又はサファイア基板で得られる比較的良好な絶縁特性を妨げる、シリコンウェハハンドル特有の制約のために、根本的な障壁に突き当たっている。本開示の半導体素子では、シリコンウェハハンドルの代わりにポリマー基板を用いる。こうして、本開示の半導体素子では、提供される半導体積層構造における高抵抗シリコンウェハハンドルの必要性をなくす。
【００１１】
ＲＦスイッチ応用に用いる先進的なシリコン基板は、１０００  Ｏｈｍ−ｃｍから５０００  Ｏｈｍ−ｃｍの範囲の抵抗率を有しており、大幅に低い抵抗率を有する標準的なシリコン基板よりも著しくコストがかかる。さらに、先進的なシリコン基板で高い抵抗を得るためには、比較的複雑な工程制御が必要とされる。このような理由で、標準的なＳＯＩ装置では、標準的なシリコン基板が偏在的に使用されている。しかしながら、大幅に低い抵抗率を有する標準的なシリコン基板には、複数の比較的低電圧の電界効果トランジスタ（ＦＥＴｓ）を、該複数の低電圧ＦＥＴ間で所望の絶縁を維持しながら積層する伝導性がない。幸いにも、本開示のポリマー基板がシリコン基板に取って代わるので、高抵抗シリコン基板、及び低抵抗シリコン基板の両方の問題が解消される。
【００１２】
また、本開示の方法は、ＲＦパワースイッチの応用に用いる３００ｍｍ基板への即時の移行を可能にする。商業的に実現可能な、ウェハ直径３００ｍｍ型の高抵抗ＲＦＳＯＩ基板の大量供給が現存しないため、これは重要な進展である。直径３００ｍｍのウェハ上に本開示の半導体素子を製造すれば、ダイのコストが顕著に改善されるであろう。さらには、トラップリッチ層、及び／又は、高調波抑制処理技術が不要になり、結果として、工程フローがかなり単純になり、コストが大幅に低減される。
【００１３】
ポリマー基板は、さらに、ＲＦスイッチ装置を製造する従来の半導体プロセスで用いられるＢＯＸ層とシリコン基板との間の界面によって生じる、ＲＦ非線形効果を除去することが見込まれる。本開示の方法によって、理想的な線形特性に比較的近い線形特性を有するＲＦスイッチ装置が実現される。
【００１４】
また、本開示の半導体素子は、ＮＦＥＴトランジスタを理想に近い電圧で積層できる。従来、シリコン基板の抵抗性に、ＢＯＸ層とシリコンウェハハンドルとの間の界面効果が加わることによって、積層できるＮＦＥＴ装置の数は制限されている。この問題は、積層できる実用的なＮＦＥＴトランジスタの数を本質的に制限し、延いては、結果として得られるＮＦＥＴトランジスタ積層体のＲＦ動作電圧の最高値を制限する。シリコンウェハハンドルを本開示のポリマー基板に替えることによって、比較的はるかに多いＮＦＥＴトラ
ンジスタが、実用的に、理想的に積層される。この結果として得られる半導体素子は、シリコンハンドルウェハ装置において従来可能である場合よりも、比較的はるかに高いＲＦ電力レベル及び実効電圧で使用可能である。
【００１５】
さらに、本開示のポリマー基板で製造されたＲＦパワースイッチの、最高ＲＦ動作周波数は、従来のＲＦＣＭＯＳ  ＳＯＩ装置で達成できる最高動作周波数を超え得る。シリコンウェハハンドルの抵抗性は、従来、１０００  Ｏｈｍ−ｃｍから３０００  Ｏｈｍ−ｃｍの範囲であり、動作周波数上限値が効果的に定められる。本開示で教示する半導体素子のポリマー基板領域において、上記の結果として得られる抵抗性は、高抵抗シリコンで得られる抵抗性よりも数桁高い。例えば、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）半絶縁性基板及びサファイア半絶縁性基板で得られる抵抗率と同様の抵抗率を有する、理想に近い電気絶縁特性を有したポリマーが存在する。
【００１６】
図１は、比較的低抵抗のシリコンウェハハンドル１２に接合された、関連技術の半導体積層構造１０の断面図である。図１の例示的ケースでは、半導体積層構造１０は、埋め込み酸化（ＢＯＸ）層１４と、フィールド酸化層１６と、ゲート２０を有するＮＦＥＴ素子層１８とを備える。ソース金属導電体２２は、ソースコンタクト２４と、ソースフリップチップバンプ２６とを連結する。同様に、ドレイン金属導電体２８は、ドレインコンタクト３０と、ドレインフリップチップバンプ３２とを連結する。層間絶縁膜（ＩＬＤ）３４は、ゲート２０を保護し、ソースフリップチップバンプ２６及び、ドレインフリップチップバンプ３２を支持する。
【００１７】
図２は、それに続く処理工程の最中に半導体積層構造１０を担持するための一時的担持体マウント３６を有する、関連技術の半導体積層構造１０の断面図である。この例示的ケースでは、一時的担持体マウント３６が、ソースフリップチップバンプ２６とドレインフリップチップバンプ３２とに取り付けられる。一時的担持体マウント３６の目的は、さらなる処理に備えるために、また、完成した半導体素子を後工程フローによる損傷から保護するために、半導体積層構造１０に良好な機械的マウントを提供することである。一時的担持体マウント３６への一般的な実装手法では、完成したＳＯＩウェハに、特別に設計された紫外線（ＵＶ）接着テープを用いて取り付けられる、数個の貫通孔を有する厚い水晶担持基板を使用する。こうして、一時的担持体を、ソースフリップチップバンプ２６とドレインフリップチップバンプ３２とに効果的に接着する。この実装手法は、シリコンウェハハンドル１２をポリマー基板に替える工程の最中に必要な、化学的及び機械的保護を提供する。また、この実装手法は、認可済みの溶剤でテープを容易に溶解できるようにする簡単なＵＶ光照射によって、完成した半導体素子の容易な取り外しを可能にする。シリコンウェハハンドル１２をポリマー基板に替える工程の最中に必要な、化学的及び機械的保護を提供するという同様の目的で、数多くの別の一時的担持体の実装／取り外し手法を利用できる。
【００１８】
図３は、比較的低抵抗のシリコンウェハハンドル１２が除去された後の、関連技術の半導体積層構造１０の断面図である。ひとたび半導体積層構造１０が一時的担持体マウント３６によって保護されると、シリコンウェハハンドル１２は、数多くの様々な手法によって除去され得る。ある手法では、シリコンウェハハンドル１２の大半を除去する従来の研磨作業を行った後で、シリコンウェハハンドル１２の残りの部分において、ウェット又はドライのエッチング工程を選択的に行い、そして、半導体積層構造１０の第１の面３８にて選択的に工程を終了する。この例示的ケースでは、第１の面３８はＢＯＸ層１４の露出面でもある。シリコンウェハハンドル１２の除去手法はこのほかにも存在し、これらの手法は文献に詳しく記載されている。これら別の手法のいくつかは、ドライ又はウェットエッチング処理に基づいている。シリコンウェハハンドル１２を除去するための工程は、本開示には特に関連性がない。しかしながら、シリコンウェハハンドル１２の除去が、ＢＯ
Ｘ層１４及び半導体積層構造１０の残りの部分に加えて、ソースフリップチップバンプ２６及びドレインフリップチップバンプ３２にも損傷を与えることなく遂行されることが望ましい。
【００１９】
図４は、半導体素子４２を得るために、ＢＯＸ層１４にポリマー基板４０が重ねられた後の、関連技術の半導体積層構造１０の断面図である。ポリマー基板４０を構成するポリマー材料は、比較的優れた電気絶縁体であり、同時に比較的優れた熱伝導体でもあるという、独特な組み合わせの特性を有する。一般的なプラスチック部品を構成する典型的なポリマー材料は、熱の伝導性が極度に低い。低い熱伝導性は、オーバーモールド作業で通常用いられるプラスチックの一般的な特性である。しかしながら、比較的優れた熱伝導性を備える、知的財産権によって保護されたポリマー材料がある。こうしたポリマーを生成するための種々の配合により、約２ワット毎メートルケルビン（Ｗ／ｍＫ）程度から約５０Ｗ／ｍＫ程度に及ぶ熱伝導性が生じる。一実施形態では、ポリマー基板の熱伝導率は約５０Ｗ／ｍＫ程度から約６６００Ｗ／ｍＫ程度に及ぶ。別の実施形態では、ポリマー基板の熱抵抗率はほとんどゼロである。高分子科学の今後の発展により、ポリマーの理想に近い電気絶縁特性を維持する一方で、熱伝導率に関してはさらなる向上が得られるかもしれない。本開示の構造は、ポリマーの熱伝導率の最適化から恩恵を受けており、ポリマーの熱伝導率に関しては上限値がないものと理解されるべきである。
【００２０】
ポリマー基板４０に使用できるポリマー材料が、半導体積層構造１０の第１の面３８に比較的強力に接着できることが望ましい。例えば、ポリマー材料に必要な接着強度は、半導体素子４２が一時的担持体マウント３６から取り外されることを許容でき、且つ、さらなる処理工程の後だけでなく、半導体素子４２の可動寿命に渡っても、半導体素子４２が永久的に接着され続けることをも許容できるような接着強度である。また、ポリマー基板４０の望ましい厚さは、約１００μｍ程度から約５００μｍ程度の範囲だが、ポリマー基板４０の別の望ましい厚さは、ポリマー基板４０の構成に用いられるポリマー材料の特性に応じて、これよりも厚くても又は薄くてもよい。
【００２１】
ポリマー基板４０の構成に用いられるポリマー材料は、良好な電気絶縁体でもあるべきである。一般的に、ポリマー基板４０の電気抵抗率は、少なくとも１０３Ｏｈｍ−ｃｍであるべきで、約１０１２Ｏｈｍ−ｃｍ程度から約１０１６Ｏｈｍ−ｃｍ程度に及ぶ、比較的高い電気抵抗率を有することが望ましい。比較的高い電気抵抗率に加えて、ポリマー基板４０の熱伝導率が、典型的な半導体の熱伝導率と類似していることが望ましく、典型的な半導体の熱伝導率は、通常は、２Ｗ／ｍＫよりも高い。一実施形態では、ポリマー基板４０の熱伝導率は、２Ｗ／ｍＫよりも高い、約１０Ｗ／ｍＫ程度までの範囲である。さらに別の実施形態では、ポリマー基板４０の熱伝導率は、約１０Ｗ／ｍＫ程度から約５０Ｗ／ｍＫ程度までの範囲である。本開示に関しては、ポリマーの熱伝導率をどこまで高くし得るかという上限が設けられていないため、高分子科学によってさらに高い熱伝導率を有する材料が提供されるとともに、それらの材料を本開示の半導体素子に利用することができる。
【００２２】
図５は、半導体積層構造１０の第１の面３８にポリマー基板４０が重ねられた半導体素子４２を製造する、関連技術の工程図である。例示的な工程は、ＢＯＸ層１４の第１の面３８がシリコンウェハハンドル１２に直接接する、半導体積層構造１０を提供することから始まる（手順１００）。工程の開始時に、半導体積層構造１０は、シリコンウェハハンドル１２に取り付けられているが、シリコンウェハハンドル１２の代わりに、別のＩＶ族半導体、又はＩＩＩ−Ｖ族半導体で構成されたウェハハンドルも使用可能であると理解されるべきである。
【００２３】
その次に、半導体積層構造１０は、ソースフリップチップバンプ２６とドレインフリッ
プチップバンプ３２とを一時的担持体マウント３６に対向させて、一時的担持体マウント３６に実装される。（手順１０２）。続く工程では、半導体積層構造１０の第１の面３８を露出させるために、シリコンウェハハンドル１２を除去する（手順１０４）。続いて、ポリマー基板４０は、種々のポリマー材料取り付け方法を用いて、半導体積層構造１０の第１の面３８に取り付けられる（手順１０６）。このような、ポリマー基板４０を半導体積層構造１０の第１の面３８に取り付ける方法には、ポリマー材料の射出成形、スピン堆積、スプレー堆積、及びパターンディスペンシングを、半導体積層構造１０の第１の面３８の上に直接行うことが含まれるが、この限りではない。ひとたびポリマー基板４０が半導体積層構造１０の第１の面３８に取り付けられると、一時的担持体マウント３６は取り外される（手順１０８）。
【００２４】
半導体素子４２を製造する工程で実施される一連の手順は、使用される担持体の種類、及び実装工程によって決まる。このような工程が、数多く利用可能である。基板貫通電極（ｔｈｒｏｕｇｈ−ｓｕｂｓｔｒａｔｅ−ｖｉａ）（ＴＳＶ）処理に広く用いられる典型的な取り外し手順の１つでは、透明な水晶担持体にウェハを実装するために用いたＵＶ接着テープを紫外線にさらし、それにより、ＵＶテープの化学的性質を変化させて、半導体素子４２を一時的担持体マウント３６から容易に分離できるようにする。そして、一般的な化学溶剤、及び／又は、プラズマ洗浄工程によって半導体素子４２を洗浄できる。
【００２５】
その後、数多くの異なる従来工程によって、半導体素子４２を元のウェハ（図示せず）から個別のダイへと個片化することができる。一般的には、半導体積層構造１０及びポリマー基板４０を切断する鋸切断作業が、ダイ個片化の好適な方法である。代替方法として、例えば、レーザー鋸切断、レーザースクライビング、又は、ダイヤモンドスクライビング等の、別の個片化の方法が利用できる。
【００２６】
本開示に教示する半導体素子及び方法は、従来の方法で製造されたＲＦＳＯＩ  ＣＭＯＳウェハから始まり、本例示的ケースにおける、従来の方法で製造されたＲＦＳＯＩ  ＣＭＯＳウェハとは、シリコンウェハハンドル１２に重ねられた半導体積層構造１０であることに留意されたい。しかしながら、シリコンウェハハンドル１２は除去されて半導体素子４２の一部にはならないため、シリコンウェハハンドル１２が高抵抗である必要がないということが、１つの特徴である。半導体素子４２にフリップチップパッケージングが必要な場合は、理想的には、ソースフリップチップバンプ２６とドレインフリップチップバンプ３２とが、半導体素子４２にすでに含まれているべきであるが、これは、採用されるバンプ又はピラーパッケージング技術の固有の特性によっては、不要となり得る。本例示的ケースでは、ウェハ工程はバンピングによって完成されたものとする。
【００２７】
図６は、半導体素子４２が通電された定常状態に達した後の、ポリマー基板４０を有する半導体素子４２内における熱流路を示す、関連技術の半導体素子の断面図である。通常動作の下では、ＮＦＥＴ１８内のエネルギー損失によって熱を発生させる。発生した熱の発生源は、ＮＦＥＴ１８に隣接するＢＯＸ層１４内に破線の楕円で示されている。熱の流れは破線の矢印で示されている。高性能なＲＦの応用では通常のことだが、その最終段階において半導体素子４２がフリップチップ実装される。このようにして、除去される熱は、ソースフリップチップバンプ２６及び、ドレインフリップチップバンプ３２へと熱伝導によって移送される。典型的なＳＯＩ装置の熱解析によると、シリコンウェハハンドル１２（図１）が良好な熱伝導性材料に置き換えられない限り、ＮＦＥＴ１８は規準状態において急速に過熱し、本質的に非常に信頼に欠け、恐らく故障すると示唆されている。バック・エンド・オブ・ライン金属化層（図示せず）は、通常状態及び通常の設計ルールの下で、装置によって発生した熱を放熱するために効果的に利用するには、あまりに高い熱抵抗路を提供する。ポリマー基板４０は、熱管理の観点からは、元のシリコンウェハハンドル１２と同様の機能を効果的に実現する一方で、大幅に改善された線形特性及び、シリコ
ンウェハハンドル１２の基板抵抗率である１ｋ  Ｏｈｍ−ｃｍよりも大幅に高い基板抵抗率を効果的に提供する。
【００２８】
図７は、半導体素子４２のポリマー基板４０を形成するための使用に適した例示的なポリマー材料の、熱的仕様、機械的仕様、電気的仕様、及び物理的仕様を一覧にした仕様表である。この仕様表は例示的な仕様のみを提供するものであり、機械的及び物理的な種々の特性は本開示の範囲内で得られるものであると理解されるべきである。さらに、図７の表に示される熱的及び電気的特性の定量値は、上述の開示で既に議論された熱的及び電気的特性の範囲内にある例示的値を表しているにすぎない。
【００２９】
図８は、素子層４８の上に備えられた、はんだバンプ又は銅（Ｃｕ）柱等の電気的コンタクト４６を有する、ＲＦシリコン・オン・インシュレータ（ＲＦＳＯＩ）ウェハ４４の断面図である。素子層４８は、素子層４８とハンドルウェハ５２との間に備えられる埋め込み酸化（ＢＯＸ）層５０によって保護される。ハンドルウェハ５２は、素子層４８の上面に電気的コンタクト４６を加えるバンピング工程を含む処理工程の最中に、素子層４８を保護及び操作するために用いられる、比較的コストの低い、低抵抗率のシリコン基板である。
【００３０】
図９は、図８のＲＦＳＯＩウェハ４４の上面図である。この上面図では、複数のダイ５４を表す輪郭線内に電気的コンタクト４６が示されている。複数のダイ５４は、通常、電気的コンタクト４６が素子層４８に加えられた後で個片化される。
【００３１】
図１０は、最終的に、複数のダイ５４が個別にプリント回路基板５８に実装されたプリント回路モジュール（図示せず）として組み立てられる、ボードパネル５６を示す。この上面図では電気的コンタクト４６が見えないことを表すために、電気的コンタクト４６は破線で示されている。
【００３２】
図１１は、プリント回路基板５８に実装されたダイ６２を有する、未完成のプリント回路６０の断面図であり、ダイ６２は複数のダイ５４のうちの１つである（図１０）。ダイ６２の電気的コンタクト４６は、通常は、プリント回路基板５８の表面にある導電性パッド６４にはんだ付け、つまり溶融結合される。モジュールバンプ６６は、プリント回路基板５８内の金属化層６８を通って、導電性パッドと接続される。
【００３３】
上部保護層７０は、ダイ６２に直接接触するように、ハンドルウェハ５２の個片化部分（図８及び９）であるハンドル層７２との間の界面とほぼ均一な平面Ｐまで、プリント回路基板５８に重ねられる。上部保護層７０は、通常は、図７の仕様表に記載された例示的なポリマーのようなポリマー材料で構成される。或いは、少なくとも一実施形態において、上部保護層７０は、例えばポリアミドのような、プリント回路基板５８の上面全体に渡って重ねられる誘電性材料で構成される。上部保護層７０をプリント回路基板５８の上面に重ねるために用いることができる、電子産業界においてよく知られた堆積手法及び平坦化手法は数多くある。
【００３４】
図１２は、薄肉ダイ６２Ｔを製造するためにハンドル層７２（図１１）がエッチングされる間、底部保護層７４をさらに備える、未完成のプリント回路６０の断面図である。さらに、いくつかの実施形態では、従来の研磨作業でハンドル層７２の大半を除去し、その後、ハンドル層７２の残りの部分にウェット又はドライのエッチング工程を選択的に行う。このような場合には、底部保護層７４は省かれ、モジュールバンプ６６は、当業者に公知の数多くの技術を使って保護される。こうした技術の一つは、図１０に示すボードパネル５６のようなボードパネルの鋸切断の際に用いられたものと同様の接着保護シート又はテープで、プリント回路基板５８の背面側を覆うことである。しかしながら、図１２に示
す底部保護層７４は、通常は、例えばポリアミドのような、プリント回路基板５８の底部面全体に渡って重ねられる誘電性材料である。底部保護層７４は、少なくともモジュールバンプ６６を覆うのに十分な厚さがある。
【００３５】
図１２にさらに示すように、ハンドル層７２を除去する方法の１つは、エチレンジアミン（ＥＤＡ）と、ピロカテコール（Ｃ６Ｈ４（ＯＨ）２）と、水との組み合わせのような、湿式化学物質を使うことである。この組み合わせにより、シリコンは約１００オングストローム／秒の速さでエッチングされるが、二酸化ケイ素は注目に値する速さでエッチングされない。水酸化カリウム（ＫＯＨ）又は、トリメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）等の、他のエッチング用化学物質も採用されてよい。しかしながら、ハンドル層７２の最後の部分が除去されると共に、停止工程を用いなければならない。種々の手法によるハンドル層７２の除去は、かかる工程が、ＢＯＸ層５０と、薄肉ダイ６２Ｔ及びプリント回路基板５８に関連する、望ましく保護された全ての領域とを著しく害することなく遂行される限りは、本開示の範囲内であると理解されるべきである。
【００３６】
図１３は、薄肉ダイ６２Ｔを永久的に保護するために、薄肉ダイ６２Ｔにポリマー層７６が重ねられたプリント回路６０の断面図である。大抵の応用に用いられるプラスチック化合物の大多数は、熱の伝導性が極度に低いため、ポリマー層７６は、オーバーモールド作業で通常用いられるプラスチックと比べて、比較的独特な組み合わせの特性を有する。ポリマー層７６は、比較的優れた電気絶縁性を備える一方で、優れた熱伝導性をも備える点で独特である。当業界では、この特有の組み合わせの特性を有する、知的財産権によって保護されたプラスチック化合物が入手可能である。ポリマー層７６の例示的材料は、図７の仕様表に開示されている。
【００３７】
ポリマー層７６の材料が、１メガ  Ｏｈｍ−ｃｍ）を超える電気抵抗率を備える一方で、少なくとも≧２Ｗ／ｍＫ）の熱伝導率を備えるのであれば、当該材料の実際の配合自体は重要ではない。プラスチック産業界では、現在、１０−５０Ｗ／ｍＫの範囲の熱伝導率を有する、ポリマー層７６の材料が入手可能である。また、ＢＯＸ層５０とポリマー層７６との間に永久的な粘接着が確立することが非常に望ましい。いくつかの実施形態では、ポリマー層７６とＢＯＸ層５０との粘着性を高めるために、例えば窒化層等の接着層７８がＢＯＸ層５０に重ねられる。
【００３８】
モールディング又は、別の堆積工程によって、ひとたびポリマー層７６がＢＯＸ層５０に重ねられると、ポリマー層７６は、例えば底部保護層７４の除去等の、さらなる処理工程に必要な剛性を備える。ポリマー層７６の適切な厚さは、約１００μｍから５００μｍ程度の範囲である。しかしながら、ポリマー層７６は、実際に用いられるポリマーの機械的特性に応じて、７５％薄くても、又は２００％厚くてもよい。
【００３９】
ポリマー層７６は、種々の方法を用いて形成することができる。こうした方法には、簡易射出成形技術、圧縮成形技術、スピンオン堆積、溶射形式の処理、及び、矩形又は別の多角形等の所定の型へのポリマー材料の分注が含まれる。未完成のプリント回路６０にさらなる剛性を与えるために、選択的にプラスチック外層８０がポリマー層７６に重ねられてもよい。プラスチック外層８０は、例えばエポキシ樹脂の硬化物等の、熱可塑性プラスチック材料から構成されてもよい。
【００４０】
図１４は、電子産業界で公知の除去処理によって底部保護層７４（図１３）が除去された後の、未完成のプリント回路６０（図１３）が完成された状態の、プリント回路モジュール８２の断面図である。しかし、ポリマー層７６を加える処理がなされる、ボードパネル５６上の複数のダイ６２のうちの１つ（図１０）から、複数のプリント回路モジュール８２が完成するため、個々のプリント回路モジュール８２は、通常、高速ダイヤモンド刃
を用いてボードパネル５６から個片化される。例えば、レーザー鋸切断、レーザースクライビング、又はダイヤモンドスクライビング等の、個片化の別の方法もまた代替案として用いられてもよい。通常、底部保護層７４は、底部保護層を紫外線（ＵＶ）にさらすことによって除去される。プリント回路モジュール８２が回路基板（図示せず）に接続されて最終製品となり得るように、底部保護層７４の除去によって、モジュールバンプ６６を露出させる。
【００４１】
図１５は、プリント回路モジュール８２を製造する一般的な工程を示す工程図である。本工程は、プリント回路基板５８の表側に取り付けられたダイ６２を提供することから始まる（手順２００）。ハンドル層７２は、プリント回路基板５８及び、この時点ではハンドル層７２の下にあるＢＯＸ層５０とは反対側を向いている。続いて、上部保護層７０を、ダイ６２に直接接触するように、ハンドル層７２とＢＯＸ層５０との間の界面とほぼ均一な平面までプリント回路基板５８の上に重ねる（手順２０２）。この工程に続いて、底部保護層７４を、プリント回路基板５８の底部側に重ねる（２０４）。次の工程では、機械的エッチング、化学的エッチング、又は、機械的エッチングと化学的エッチングとの組み合わせによって、ハンドル層７２をダイ６２から除去する（手順２０６）。この工程に続いて、２ワット毎メートルケルビン（Ｗ／ｍＫ）より大きい熱伝導率、及び、１０３Ｏｈｍ−ｃｍより大きい電気抵抗率を有するポリマー層７６をＢＯＸ層５０に重ねる（手順２０８）。本工程は、一般的に、プリント回路基板５８の底部側から除去することによってプリント回路モジュール８２を製造して終了する（手順２１０）。
【００４２】
当業者は、本開示の実施形態における改良及び修正を認識するであろう。そのような改良及び修正は全て、本明細書及び、以降に記載する特許請求の範囲に開示された概念の範疇にあるものと見なす。
【図１】
2020191454.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年7月31日(2020.7.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プリント回路モジュールの製造方法であって、
前記プリント回路基板の表側に取り付けられたダイを備えるプリント回路基板を提供することであって、前記ダイは、前記プリント回路モジュールの上に少なくとも１つの素子層と、前記少なくとも１つの素子層の上に埋め込み酸化（ＢＯＸ）層と、前記ＢＯＸ層の上にハンドル層と、を備える、プリント回路基板を提供することと、
第１の保護層を、前記ダイに直接接触するように、前記ハンドル層と前記ＢＯＸ層との間の界面とほぼ平行な平面まで、前記プリント回路基板に重ねることと、
第２の保護層を、前記プリント回路基板の底部側に重ねることと、
前記ＢＯＸ層を露出させた薄肉ダイを提供するために、前記ダイから前記ハンドル層を除去することと、
前記ＢＯＸ層にポリマー層を重ねることであって、前記ポリマー層の熱伝導率は２ワット毎メートルケルビン（Ｗ／ｍＫ）よりも高く、電気抵抗率は１０３Ｏｈｍ−ｃｍよりも高い、前記ＢＯＸ層にポリマー層を重ねることと、
を備える、プリント回路モジュールの製造方法。
【請求項２】
前記ハンドル層の除去は化学的エッチングによって遂行される、請求項１に記載のプリント回路モジュールの製造方法。
【請求項３】
前記化学的エッチングは、エチレンジアミン（ＥＤＡ）と、ピロカテコール（Ｃ６Ｈ４（ＯＨ）２）と、水との組み合わせを用いて実施される、請求項２に記載のプリント回路モジュールの製造方法。
【請求項４】
前記ハンドル層の除去は、機械的エッチングと化学的エッチングを組み合わせて遂行される、請求項１に記載のプリント回路モジュールの製造方法。
【請求項５】
前記プリント回路モジュールの剛性を高めるために、プラスチック外層を前記ポリマー層に重ねることをさらに備える、請求項１に記載のプリント回路モジュールの製造方法。
【請求項６】
前記プラスチック外層はエポキシ樹脂の硬化物である、請求項５に記載のプリント回路モジュールの製造方法。
【請求項７】
前記ポリマー層と前記ＢＯＸ層との間の粘着性を高めるために、前記ポリマー層を重ねる前に、接着層を前記ＢＯＸ層に重ねることをさらに備える、請求項１に記載のプリント回路モジュールの製造方法。
【請求項８】
前記接着層は窒化ケイ素によって構成される、請求項７に記載のプリント回路モジュールの製造方法。
【請求項９】
前記ポリマー層の厚さは約１００μｍから５００μｍ程度の範囲である、請求項１に記載のプリント回路モジュールの製造方法。
【請求項１０】
前記ダイは高周波集積回路（ＲＦＩＣ）である、請求項１に記載のプリント回路モジュールの製造方法。
【請求項１１】
前記ポリマー層の前記熱伝導率は、約１０Ｗ／ｍＫ程度から約５０Ｗ／ｍＫ程度の範囲である、請求項１に記載のプリント回路モジュールの製造方法。
【請求項１２】
前記ポリマー層の前記熱伝導率は、約５０Ｗ／ｍＫ程度から約６６００Ｗ／ｍＫ程度の範囲である、請求項１に記載のプリント回路モジュールの製造方法。
【請求項１３】
前記ポリマー層の熱抵抗率は約０．１ｍＫ／Ｗ程度である、請求項１に記載のプリント回路モジュールの製造方法。
【請求項１４】
前記ポリマー層の前記電気抵抗率は、約１０１２Ｏｈｍ−ｃｍ程度から約１０１６Ｏｈｍ−ｃｍ程度の範囲である、請求項１に記載のプリント回路モジュールの製造方法。
【請求項１５】
前記ポリマー層の前記電気抵抗率は、約１０３Ｏｈｍ−ｃｍ程度から約１０１２Ｏｈｍ−ｃｍ程度の範囲である、請求項１に記載のプリント回路モジュールの製造方法。