(57)【要約】  半導体デバイス（１６）は、熱伝導性、かつ透磁性の接着剤によってヒートシンクに取り付けられる。この接着剤は、半導体デバイス（１６）とヒートシンクとを良好に接合させるため、半導体デバイス（１６）の表面に存在する種々の形状を埋める。接着剤（２０）には、それ自体が透磁性を有するように、磁気粒子が満たされている。半導体デバイス（１６）は、ウェハ段階においてヒートシンク（２２）を有して形成され、接着剤（２０）によりヒートシンク（２２）を取り付け後、個別に分割される。
2007511916.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄型活性半導体基板と、
前記薄型活性半導体基板を支持するための支持基板と、
前記活性半導体基板と前記支持基板との間に配置された透磁性接着剤と
を備える装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、
前記支持基板は透磁性である装置。
【請求項３】
請求項２記載の装置において、
前記支持基板及び前記接着剤はそれぞれ透磁性物質からなり、前記透磁性物質は、コバルト、ニッケル、及び鉄からなる群のうち少なくとも一つである装置。
【請求項４】
請求項３記載の装置において、
前記支持基板は、集積回路とほぼ等しい熱膨張係数を有し、かつ前記接着剤と接触する第１層と、その第１層に接合され、透磁性物質からなる第２層とを備える装置。
【請求項５】
請求項３記載の装置において、
前記活性半導体基板は、磁気抵抗式ランダムアクセスメモリを構成する装置。
【請求項６】
請求項１記載の装置において、
前記接着剤は、結合剤及び透磁性強化剤を含む装置。
【請求項７】
請求項６記載の装置において、
前記結合剤は、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）とエポキシとからなる群のうちの一つである装置。
【請求項８】
請求項６記載の装置において、
前記透磁性強化剤は、コバルト、ニッケル、及び鉄からなる群のうちの少なくとも一つである装置。
【請求項９】
請求項６記載の装置において、
前記透磁性強化剤は、前記結合剤中に浮遊する複数の透磁性コロイド状粒子からなる装置。
【請求項１０】
請求項９記載の装置において、
前記接着剤は第１の厚さを有し、前記粒子は、前記第１の厚さの半分よりも実質的には大きくない平均最大粒径を有している装置。
【請求項１１】
請求項９記載の装置において、
前記活性半導体基板は、２００μｍよりも小さい厚さを有している装置。
【請求項１２】
薄型集積回路ウェハと、
第１の特性を有し、その第１の特性が、熱伝導性、導電性、及び透磁性からなる群のうちの少なくとも一つである支持ウェハと、
前記第１の特性を有し、前記集積回路ウェハと前記支持ウェハとの間に配置された接着剤と
を備える装置。
【請求項１３】
請求項１２記載の装置において、
前記集積回路ウェハは、複数の集積回路を備える装置。
【請求項１４】
請求項１３記載の装置において、
前記集積回路、前記基板及び前記接着剤を含む三次元ウェハ間接合構造体を備える装置。
【請求項１５】
請求項１２記載の装置において、
前記接着剤は、結合剤及び第１の特性強化剤を含む装置。
【請求項１６】
請求項１５記載の装置において、
前記結合剤は、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）とエポキシとからなる群のうちの一つである装置。
【請求項１７】
請求項１５記載の装置において、
前記第１の特性強化剤は、前記結合剤中に浮遊する複数のコロイド状粒子からなり、そのコロイド状粒子は、モノリシック構造であり、かつコーティングされたナノシリカ球体である装置。
【請求項１８】
請求項１２記載の装置において、
前記接着剤は第１の厚さを有し、前記粒子は、前記第１の厚さの半分よりも実質的には大きくない平均最大粒径を有している装置。
【請求項１９】
請求項１２記載の装置において、
前記第１の特性は透磁性であり、前記基板及び前記接着剤はそれぞれ透磁性物質からなり、前記透磁性物質は、コバルト、ニッケル、及び鉄からなる群のうちの少なくとも一つである装置。
【請求項２０】
請求項１９記載の装置において、
前記基板は、集積回路とほぼ等しい熱膨張係数を有し、かつ第１表面を有する第１層と、透磁性物質からなる第２層とを備える装置。
【請求項２１】
請求項１９記載の装置において、
前記集積回路は磁気メモリである装置。
【請求項２２】
請求項１２記載の装置において、
前記基板は、炭化シリコン及び高濃度ドープシリコンからなる群のうちの一つから形成される装置。
【請求項２３】
請求項１２記載の装置において、
前記第１の特性は導電性であり、前記基板及び前記接着剤はそれぞれ金属と炭素とからなる群のうちの少なくとも一つを含む装置。
【請求項２４】
請求項１２記載の装置において、
前記第１の特性は熱伝導性であり、前記基板及び前記接着剤はそれぞれ金属、酸化金属、及びコバルトからなる群のうちの少なくとも一つを含む装置。
【請求項２５】
半導体デバイスを製造する方法であって、
第１表面を有する集積回路支持構造体を提供するステップと、
第１の特性を有する基板構造材料を選択するステップであって、前記第１の特性が熱伝導性、導電性、及び透磁性からなる群のうちの少なくとも一つであるステップと、
選択された前記基板構造材料からなり、第２表面を有する基板構造体を提供するステップと、
前記第１の特性を有する接着剤を提供するステップと、
前記接着剤を用いて前記集積回路支持構造体を前記基板構造体に接着するステップと
を備える方法。
【請求項２６】
請求項２５記載の方法において、
前記接着剤を提供するステップは、
結合剤を提供するステップと、
ある量の第１の特性強化剤を提供するステップと、
前記結合剤と前記第１の特性強化剤とを混合するステップと
を備える方法。
【請求項２７】
請求項２６記載の方法において、
前記結合剤を液体の状態で提供し、前記第１の特性強化剤を粒子の状態で提供し、前記結合剤と前記第１の特性強化剤とを混合して、前記第１の特性強化剤の粒子が前記結合剤のほぼ連続的な媒体中で分散するコロイド状接着剤を提供する方法。
【請求項２８】
請求項２５記載の方法において、
前記集積回路支持構造体を前記基板構造体に接着するステップは、
前記第１及び第２表面の少なくとも一方に前記接着剤を沈着させるステップと、
前記第１表面と前記第２表面との間で前記接着剤が延在するように、前記第１表面と前記第２表面とを互いに近接させるステップと、
前記接着剤を硬化させて前記集積回路支持構造体を前記基板構造体に接合するステップと
を備える方法。
【請求項２９】
請求項２５記載の方法において、
前記集積回路支持構造体はウェハであり、前記方法は、前記ウェハから複数の集積回路を個別に分離するステップであって、前記各集積回路が、前記ウェハの一部、前記基板、及び前記接着剤からなるステップを備える方法。
【請求項３０】
請求項２５記載の方法は、更に、第２特性を有するように前記基板構造材料を選択するステップであって、前記第２特性は、熱伝導性、導電性、及び透磁性からなる群のうちの別の一つであるステップを備える方法。
【請求項３１】
請求項２５記載の方法において、
前記集積回路支持構造体は、第１集積回路支持構造体であり、
前記方法は、更に、
第２集積回路支持構造体を提供するステップと、
前記第２集積回路支持構造体を前記第１集積回路支持構造体に接合するステップと
を備える方法。
【請求項３２】
コロイド状の接着剤を製造する方法であって、
熱伝導性、導電性、及び透磁性からなる群より特性を選択するステップと、
選択された前記特性を有する接着剤を提供するステップと、
選択された前記特性を有する接着剤を用いて集積回路層を基板層に接合するステップと
を備える方法。
【請求項３３】
請求項３２記載の方法は、更に、接合後に前記集積回路層を薄くするステップを備える方法。
【請求項３４】
請求項３２記載の方法は、更に、選択された特性を有する基板層を提供するステップを備える方法。
【請求項３５】
請求項３２記載の方法において、前記接着剤を提供するステップは、
ベース粘着剤を提供するステップと、
前記ベース粘着剤に特性剤を加えて、コロイド状に浮遊する状態で選択された特性を有する接着剤を提供するステップと
を備える方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体に係り、詳しくは、ヒートシンクが取り付けられた半導体デバイスの製造に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体の主要な問題として、熱の発生と、その熱を放散する要求とがある。また、様々な種類の遮蔽が重要になる。例えば、磁気抵抗式ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭｓ）では、磁界の印加により、メモリセルのロジック状態が変更される。従って、強力な誤った磁気信号がメモリの状態に悪影響を及ぼす虞がある。また、高周波（ＲＦ）がロジックに悪影響を及ぼす虞もある。そうした遮蔽に伴う困難性の一つに、積層半導体デバイスとのシールド結合がある。その解決策として、ガラス接合によりウェハを一体接合する方法が提案されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
この方法に伴う困難性の一つとして、良好な接合性と接合されるガラス表面の平坦性とを得るため、ガラスを非常に薄くすると共に、ウェハは高い平面度を示す必要がある。十分な平坦性が得られなければ、良好な接合性を得ることはできない。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
従って、これらの困難性を克服するヒートシンクへの要求が存在している。
本発明は、例示的によって示され、添付の図面によっては制限されない。図中、同じ部材番号は同じ要素を示す。
【０００５】
図中の要素は、単純さ及び明確さを期して図示され、必ずしも実寸に従い描かれていないことは、当業者にとって明らかである。例えば、図中の要素の幾つかの寸法は、本発明の実施態様の理解を一層深めるため、他の要素と比べて誇張されていることもある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
一つの側面では、半導体デバイスは、熱伝導性かつ透磁性の接着剤によってヒートシンクに取り付けられる。接着剤は、半導体デバイスとヒートシンクとの間の良好な接合を得るため、半導体デバイスの表面の種々の形状を埋める。この接着剤には、それ自体に透磁性を持たせるために磁気粒子が満たされている。このことは、図面と以下の説明を参照すればより一層理解される。
【０００７】
図１は、最終金属層１２、相互接続層１４、半導体基板１６、及び相互接続層１８を備えた半導体デバイス１０を示す。また、図１は、熱伝導性／透磁性接着剤層２０によって半導体デバイス１０に結合された熱伝導性／透磁性基板２２を示す。基板２２は、ヒートシンクとみなすこともできる。半導体基板１６は、活性半導体基板とするため、好ましくは、シリコンからなり、その内部には、トランジスタが形成されている。相互接続層１４，１８によって、異なるトランジスタ間の相互接続、並びに、トランジスタと電源電圧との間の相互接続が提供される。この例で示すように、相互接続層１４は、半導体基板１６の頂部側に設けられ、相互接続層１８は、半導体基板１６の底部側に設けられている。最終金属層１２は、相互接続層１４上に設けられており、半導体デバイスを取り付けるための接続部を提供する。層１２〜２２は、ウェハ上のダイが個別に分割されるのに先立ち、半導体基板１６が半導体ウェハであるときに最初に形成される。本実施態様において、半導体デバイス１０は磁気抵抗アクセスメモリであるが、それとは別の種類の半導体回路であってもよい。
【０００８】
相互接続層１８は、半導体基板においてトランジスタのゲートと同じ側に形成される。基板２２は、接着剤層２０によって相互接続層１８に取り付けられる。次に、半導体基板１６は、約５０μｍの厚さを有する薄い基板になるまで研磨される。次に、相互接続層１４が形成され、続いて、最終金属層１２となる最後の金属層が形成される。好ましい形態として、最終金属層は、フリップチップパッケージ構造体との接続に使用されるバンプを有している。最終金属層１２の形成後、デバイスは、所望のパッケージ化を行うため個別のダイに分割される。このように、デバイス１０は、各ダイに分割される前に、ウェハの段階において形成される。
【０００９】
接着剤層２０は、熱伝導性かつ透磁性の接着剤からなる。そのような接着剤の一例として、３Ｍコーポレーション社製のナノケイ酸アンダーフィル材がある。特定の粘度と金属の種類とを、所望の製法及びデバイス特性に応じて選択することができる。この場合、コロイドフィル用粒子としてコバルトが挙げられるが、その他にも、ニッケルや鉄やそれらを組合せたものを用いてもよい。また、他の透磁性材料を使用してもよい。フィル粒子は、金属コーティングされたナノシリカ又はガラス球体であってもよく、そのコーティングは、磁性ニッケル、コバルト、鉄、又は他の磁性材料であってもよい。磁気遮蔽を望まない場合、炭素、アルミニウム、酸化金属、及び他の金属等の他の材料を、熱伝導度及び電気伝導度を変更させるために用いることができる。コロイドフィル材と組合されて結合剤３４エポキシもまた、熱伝導性を有している。コロイドフィルとして使用される粒子の透磁性は、底部からの磁気遮蔽のために提供される。取り付け工程では、半導体デバイス１０の残りの部分について遮蔽される。例えば、フリップチップの場合、磁性フィレットが使用される。
【００１０】
図２は、接着剤層２０及び相互接続層１８の一部を詳細に示している。図２に示される相互接続層１８の一部は、接着剤層２０上に誘電体層２４と、誘電体層２４上に金属層２６と、金属層２６上に誘電体層２８とを備える。誘電体層２４には開口部３０が設けられ、その開口によって、接着剤層２０が金属層２６と接触している。金属層２６は、好ましくは、接地されている。粒子３２は、コロイドフィルの典型的な粒子である。粒子３２の形状は不規則であるが、例えば球等の他の形状が有利な場合もある。
【００１１】
接着剤層２０の有用な他の材料として、上述したコロイド状粒子が埋め込まれたベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）がある。ＢＣＢ自体は、熱伝導性、透磁性、又は導電性を有しないが、極めて有効な接着剤である。この場合、埋め込み粒子によって、熱伝導性のみならず透磁性についても提供される。図２に示すようなコロイド状粒子の密度では、接着剤層２０は導電性とはならない。しかしながら、コロイド状粒子の密度を増大させて、接着剤２０を導電性にすることはできる。その場合に得られる接着剤は、導電性、熱伝導性、及び透磁性を有している。この導電性は、基板２２と半導体基板１６の接地面との間で電気的な接触が望まれる場合に有利となる。接着剤層２０の厚さは１〜２μｍであることが望ましい。この厚さにされ、かつスピンオンされれば、相互接続層１８の表面と基板２２の表面とが完全に平坦でなくても、接着剤層２０によって、良好な接合が提供される。実際、接着剤層２０によって、接着剤層２０と金属層２６との直接的な接触が提供される。接着剤層２０の熱伝導度は、少なくとも１Ｗ／ｍ・度であることが望ましい。ここで、度はケルビンで表される。粘度が金属含有量と共に増大するため、透磁率は、接着剤をスピンさせる能力と調和することが望ましい。透磁率は、金属含有量と共に増加し、充填エポキシは、接着剤中の磁気材料に比例して透磁性を帯びるようになる。
【００１２】
基板２２の材料としては、ニッケルでコーティングされた炭化シリコンが有効である。炭化シリコンは良好な熱伝導性を提供し、ニッケルは良好な透磁性を提供する。コバルトや鉄等の他の磁気材料を使用することもできる。接着剤層２０が特定の用途で十分な透磁性を有していれば、ニッケルコーティングは不要である。その場合、基板２２のそれ自体が透磁性とはならない。炭化シリコン材料は、その熱膨張係数（ＣＴＥ）からこの用途では有利となるが、この熱膨張係数をシリコンの熱膨張係数に事実上一致させることができる。
【００１３】
図３は、最終金属層４２、相互接続層４４、半導体基板４６、相互接続層４８、半導体基板５０、及び相互接続層５２からなる半導体デバイス４０を示す。図１の半導体デバイス１０と同様に、熱伝導性／透磁性基板５６は、導電性／透磁性接着剤層５４によって、相互接続層５２において半導体デバイス４０に接合されている。この基板５６及び接着剤層５４は、図１の基板２２及び接着剤層２０と同じである。半導体デバイス４０は、半導体基板と相互接続層とが追加されている点で半導体デバイス１０と異なっている。これは、三次元ウェハ構造に対する接着剤層５４及び基板５６の適用性を示している。接着剤層５４と相互接続層５２との間の界面は、図２に示す接着剤層２０と相互接続層１８との間の界面と同じ部分を有していてもよい。その形成プロセスは、図１の構造体について相互接続層４８と類似した相互接続層１４の形成プロセスに従う。相互接続層４８を形成した後、半導体基板が提供され、それ続いて、相互接続層４４が形成され、その後、最終金属層４２が形成される。図３に示す構造体は、最初はウェハ段階で形成され、その後、個別に分割される。
【００１４】
上述したように、本発明を、特定の実施態様を参照して説明してきた。しかしながら、以下の特許請求の範囲に記載の本発明の範囲から逸脱せずに、種々の変更が行えることは、当業者にとって明らかである。例えば、各種の層では、上述したものと異なる他の材料を使用してもよい。半導体基板層を追加して使用してもよい。半導体基板は、シリコンでなくてもよく、互いに異なるものであってもよい。半導体基板は、一又は複数の集積回路を有するものとみなしてもよい。実際に、基板は、ウェハのように一体に接合され、その後、個別に分割されるが、これを別の方法で行ってもよい。従って、本明細書及び図面は、制限的というよりも、むしろ例示的なものと見なすべきであり、全てのそのような変更を、本発明の範囲に含むことを意図している。
【００１５】
以上、利益、他の利点及び問題解決法について具体的な実施形態を参照して説明してきた。しかしながら、それらの利益、利点及び問題解決法、並びに、利益、利点や解決法をもたらすか、それらをより顕著にする何らかの要素は、特許請求の範囲のいずれか又は全てに必須な、必要な、又は本質的な特徴であるか、要素であるものと解釈すべきではない。本明細書に使用される場合、「備える」、「からなる」等の用語や、それらとは別の変形表現は、非排他的な包含を網羅するため、多くの構成要素を含む工程、方法、物品又は装置は、それらの構成要素のみを含むものではなく、明瞭に挙げられていない要素、或いは、そのような工程、方法、物品又は装置に固有な他の構成要素を含むことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施態様に係るヒートシンクを備えた半導体デバイスの断面図。
【図２】図１を更に詳細に示す断面図。
【図３】本発明の別の実施態様に係るヒートシンクを備えた半導体デバイスの断面図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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