(57)【要約】【課題】高パワー密度の用途において使用したときに、より低い熱バリア抵抗の点から機能的性能を改善するボンディング法を提供する目的で、ダイヤモンド部品をマウントし、結合することの問題を再考した。【解決手段】半導体デバイスは、半導体部品と、ダイヤモンドヒートスプレッダ；及び、金属結合部を含み、半導体部品は、金属結合部を介してダイヤモンドヒートスプレッダに結合され、金属結合部は、ダイヤモンドヒートスプレッダに結合されたクロムの層、およびクロムの層と半導体部品との間に配置されたさらなる金属層を含み、半導体部品は、少なくとも１ｋＷ／ｃｍ2の面積パワー密度および／または少なくとも１Ｗ／ｍｍの線パワー密度で動作するように構成される。【選択図】図６
2019208071.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体部品；
ダイヤモンドヒートスプレッダ；及び
金属結合部
を含み、
前記半導体部品が、前記金属結合部を介して前記ダイヤモンドヒートスプレッダに結合され、
前記金属結合部が、前記ダイヤモンドヒートスプレッダに結合されたクロムの層、および前記クロムの層と前記半導体部品との間に配置されたさらなる金属層を含み、
前記半導体部品が、少なくとも１ｋＷ／ｃｍ2の面積パワー密度および／または少なくとも１Ｗ／ｍｍの線パワー密度で動作するように構成される、
半導体デバイス。
【請求項２】
前記クロムの層が、５〜５００ｎｍの範囲内の厚さを有する、請求項１に記載の半導体デバイス。
【請求項３】
前記クロムの層が、５０〜２５０ｎｍの範囲内の厚さを有する、請求項１に記載の半導体デバイス。
【請求項４】
前記さらなる金属層が、金、銀、タンタル、およびスズのうちの１つまたは複数を含む、請求項１から３までのいずれかに記載の半導体。
【請求項５】
前記さらなる金属層が、金を含む、請求項４に記載の半導体デバイス。
【請求項６】
前記さらなる金属層が、金およびスズを含む、請求項４に記載の半導体デバイス。
【請求項７】
前記さらなる金属層が、はんだまたはろう付け材料を含めて、５〜１００μｍの範囲内の厚さを有する、請求項１から６までのいずれかに記載の半導体デバイス。
【請求項８】
前記さらなる金属層が、前記はんだまたはろう付け材料を含めて、１５〜４０μｍの範囲内の厚さを有する、請求項７に記載の半導体デバイス。
【請求項９】
前記半導体部品の前記面積パワー密度が、少なくとも２ｋＷ／ｃｍ2、５ｋＷ／ｃｍ2、１０ｋＷ／ｃｍ2、２０ｋＷ／ｃｍ2、５０ｋＷ／ｃｍ2、１００ｋＷ／ｃｍ2、１ＭＷ／ｃｍ2、２ＭＷ／ｃｍ2、４ＭＷ／ｃｍ2、６ＭＷ／ｃｍ2、８ＭＷ／ｃｍ2、または１０ＭＷ／ｃｍ2である、請求項１から８までのいずれかに記載の半導体デバイス。
【請求項１０】
前記半導体部品の前記線パワー密度が、少なくとも２Ｗ／ｍｍ、２．５Ｗ／ｍｍ、３Ｗ／ｍｍ、４Ｗ／ｍｍ、６Ｗ／ｍｍ、８Ｗ／ｍｍ、または１０Ｗ／ｍｍである、請求項１から９までのいずれかに記載の半導体デバイス。
【請求項１１】
前記ダイヤモンドヒートスプレッダが、下記の特性、
１０００ｎｍ以下、５００ｎｍ以下、１００ｎｍ以下、５０ｎｍ以下、２０ｎｍ以下、１０ｎｍ以下、または５ｎｍ以下の表面粗さＲｑ；
少なくとも１０００Ｗ／ｍＫ、１３００Ｗ／ｍＫ、１５００Ｗ／ｍＫ、１８００Ｗ／ｍＫ、または２０００Ｗ／ｍＫの熱伝導率；
２０百万分率未満の窒素濃度；
６３３ｎｍの励起波長においてラマン分光法により評価したグラファイトｓｐ２炭素信号が低いことまたはその欠如；及び
２０ｃｍ-1以下、１０ｃｍ-1以下、８ｃｍ-1以下、５ｃｍ-1以下、３ｃｍ-1以下、２ｃｍ-1以下、１．５ｃｍ-1以下のラマン半値全幅（ＦＷＨＭ）ピーク幅、
のうちの１つまたは複数を有する、請求項１から１０までのいずれかに記載の半導体デバイス。
【請求項１２】
ダイヤモンドヒートスプレッダ；及び
前記ダイヤモンドヒートスプレッダ上に配置された金属コーティング
を含み、
前記金属コーティングが、前記ダイヤモンドヒートスプレッダに結合されたクロムの層、および前記クロムの層の上方に配置されたさらなる金属層を含み、及び、
前記ダイヤモンドヒートスプレッダが、下記の特性、
１０００ｎｍ以下、５００ｎｍ以下、１００ｎｍ以下、５０ｎｍ以下、２０ｎｍ以下、１０ｎｍ以下、または５ｎｍ以下の表面粗さＲｑ；
少なくとも１０００Ｗ／ｍＫ、１３００Ｗ／ｍＫ、１５００Ｗ／ｍＫ、１８００Ｗ／ｍＫ、または２０００Ｗ／ｍＫの熱伝導率；
２０百万分率未満の窒素濃度；
６３３ｎｍの励起波長においてラマン分光法により評価したグラファイトｓｐ２炭素信号が低いことまたはその欠如；及び
２０ｃｍ-1以下、１０ｃｍ-1以下、８ｃｍ-1以下、５ｃｍ-1以下、３ｃｍ-1以下、２ｃｍ-1以下、または１．５ｃｍ-1以下のラマン半値全幅（ＦＷＨＭ）ピーク幅、
のうちの１つまたは複数を有する、
メタライズしたダイヤモンドヒートスプレッダ。
【請求項１３】
前記クロムの層が、５〜５００ｎｍの範囲内の厚さを有する、請求項１２に記載のメタライズしたダイヤモンドヒートスプレッダ。
【請求項１４】
前記クロムの層が、５０〜２５０ｎｍの範囲内の厚さを有する、請求項１２に記載のメタライズしたダイヤモンドヒートスプレッダ。
【請求項１５】
前記さらなる金属層が、金、銀、タンタル、およびスズのうちの１つまたは複数を含む、請求項１２から１４までのいずれか１項に記載のメタライズしたダイヤモンドヒートスプレッダ。
【請求項１６】
前記さらなる金属層が、金を含む、請求項１５に記載のメタライズしたダイヤモンドヒートスプレッダ。
【請求項１７】
前記さらなる金属層が、１００ｎｍ〜１μｍの範囲内の厚さを有する、請求項１２から１６までのいずれか１項に記載のメタライズしたダイヤモンドヒートスプレッダ。
【請求項１８】
前記さらなる金属層が、３００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲内の厚さを有する、請求項１２から１７までのいずれか１項に記載のメタライズしたダイヤモンドヒートスプレッダ。
【請求項１９】
前記金属コーティングが、前記クロムの層および前記さらなる金属層だけから構成される２層コーティングである、請求項１２から１８までのいずれか１項に記載のメタライズしたダイヤモンドヒートスプレッダ。
【請求項２０】
はんだまたはろう付け結合部を介して別のデバイス部品に固着された請求項１２から１９までのいずれか１項に記載のメタライズしたダイヤモンドヒートスプレッダを備える、マウントしたダイヤモンド部品。
【請求項２１】
はんだまたはろう付け結合部を用いずに別のデバイス部品に固着された請求項１２から１９までのいずれか１項に記載のメタライズしたダイヤモンドヒートスプレッダを含む、マウントしたダイヤモンド部品。
【請求項２２】
請求項２０または２１に記載のマウントしたダイヤモンド部品を含む、光学部品。
【請求項２３】
請求項２０または２１に記載のマウントしたダイヤモンド部品を含む、半導体部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高パワー密度において低い熱バリア抵抗を有するダイヤモンド部品のためのボンディング方式に関する。ある種の実施形態は、ダイヤモンドヒートスプレッダへの高パワー密度半導体部品のボンディングに関する。ある種のさらなる実施形態は、このような用途に適したメタライズしたダイヤモンドヒートスプレッダに関する。
【背景技術】
【０００２】
ワイドバンドギャップ電子デバイス（例えば、ＧａＮ、ＳｉＣ、およびＧａＡｓ系デバイス）の約束された性能は、現在の最先端の熱管理構成によって対応可能なものよりも、コンタクト領域およびチャネル領域ではるかに大きなパワー放散および局所的熱生成を結果としてもたらすであろう。結果として、従来の冷却技術の使用は、ワイドバンドギャップデバイス性能および信頼性に上限を課す。このような障害を克服することは、接合近くの温度上昇および部品の熱抵抗の著しい低下を実現することができるマクロスケール、マイクロスケール、およびナノスケールでの熱エンジニアリングを必要とする。
具体的な課題は、ある種のタイプの無線周波数（ｒｆ）パワーデバイスの熱拡散に関する。このようなデバイスでは、局所パワー密度は、例えば、１ＭＷ／ｃｍ2を超えることがある。この熱を拡散させ、接合温度を低下させることは、信頼性と、また連続波性能の向上を可能にする。電子デバイス用途に加えて、ある種の極端光用途における現在の最先端熱管理構成を改善することも必要とされる。
【０００３】
合成ダイヤモンド材料が、このような材料の高い面内熱伝導率のために、極端熱管理用途での理想的な解決法として提案されてきている。例えば、化学気相堆積（ＣＶＤ）により成長させた様々なグレードの合成ダイヤモンド材料が熱拡散用途のために既に市販されており、多結晶および単結晶合成ダイヤモンド材料の両者を含む。
このような用途でダイヤモンド材料を使用することに伴う１つの問題は、ダイヤモンド材料を他の部品に結合することが困難であること、およびすべてのボンディングが温度の大きな変化を受け、そして熱バリア抵抗がデバイス性能に対して重大な意味を持つようになる高パワー密度の用途において使用するときにこれが特有な問題であることである。ダイヤモンドヒートスプレッダのメタライゼーションは、ダイ接着のためにぬれ性表面を形成することを必要とする。ダイヤモンドは、優れた室温ヒートスプレッダであることが知られている一方で、デバイス接合温度を低下させることのその有用性が、電気デバイスの接着方法に関係するＴＢＲ（熱バリア抵抗）により低下する。
【０００４】
典型的には、固着および機械的な堅固さの理由で、３層メタライゼーション方式が、ダイヤモンド部品のボンディングのために使用される。このような３層メタライゼーション方式の例は：（ｉ）ダイヤモンド部品への炭化物ボンディングを形成する炭化物形成金属層、（ｉｉ）炭化物形成金属層の上方に配置された拡散バリア金属層、ならびに（ｉｉｉ）保護層、およびダイヤモンド部品を別のデバイス部品へ結合するために上に金属はんだまたは金属ろう付け材(a solder or braze material)を付けることができるはんだ付け可能な表面層／ぬれ性表面層の両方を与える拡散バリア金属の上方に配置された表面金属ボンディング層を含む。このような３層メタライゼーション方式の特定の例は、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕであり、典型的にはダイヤモンド熱拡散部品は、このような３層メタライゼーション構造でコーティングされたメタライズした形態で販売され、その結果、他の部品を、はんだまたはろう付け材を使用してダイヤモンド部品に容易にマウントし、結合することができる。
一般に、機械的接着と同様に、積層メタライゼーションコーティングは、高パワー密度半導体部品に結合されたダイヤモンドヒートスプレッダの有効性を最大化するなど、低い熱バリア抵抗と整合するはずである。
【０００５】
このような用途においてダイヤモンド−金属−半導体界面を横切る熱伝達は、重要な物理的プロセスであり、異なる散乱機構でフォノン伝達プロセスと電子伝達プロセスとを交互に行う。形成された界面のうちのいくつかの実際の厚さが非常に薄いにもかかわらず、例えば、ダイヤモンド表面と炭化チタン結合部を形成するチタン層を非常に薄くすることができ（わずか数１０ナノメートル）、これらの界面は、熱抵抗を、したがって熱解決法の有効性を大幅に増大させ、これは、高パワー密度の用途では特に問題となる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記を踏まえて、本発明者らは、高パワー密度の用途において使用したときに、より低い熱バリア抵抗の点から機能的性能を改善するボンディング法を提供する目的で、ダイヤモンド部品をマウントし、結合することの問題を再考した。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
熱抵抗の効果は、パワー密度の増加とともに高まる。本発明者らは、標準的なチタン−白金系メタライゼーション方式を代替のクロム系メタライゼーション方式で置き換える場合に、所与のパワー密度についての接合温度の低下の点で、少なくとも１ｋＷ／ｃｍ2のパワー密度を有するデバイスの種類が実質的に利益を得ることを認識している。
本発明の一態様は、半導体デバイスを提供し、
半導体部品；
ダイヤモンドヒートスプレッダ；及び
金属結合部
を含み、
半導体部品が、金属結合部を介してダイヤモンドヒートスプレッダに結合（すなわち、固着(adhere)）され、
金属結合部が、ダイヤモンドヒートスプレッダに結合（すなわち、固着）されたクロムの層、およびクロムの層と半導体部品との間に配置されたさらなる金属層を含み、
半導体部品が、少なくとも１ｋＷ／ｃｍ2の面積パワー密度および／または少なくとも１Ｗ／ｍｍの線パワー密度で動作するように構成される。
【０００８】
金属結合部は、はんだまたはろう付け材も含むことができる。このケースでは、ダイヤモンドヒートスプレッダを半導体部品に結合するために、金属はんだまたは金属ろう付け材を上に付けることができるはんだ付け可能／ぬれ性表面層を提供する金属として、さらなる金属層を選択することができる。このような金属の例は、金である。そのため、結合部は、ダイヤモンドヒートスプレッダに結合されたクロム層、クロム層の上方の金層、および金層と半導体部品との間に配置されたスズ系はんだなどの金属はんだまたは金属ろう付け材を含むことができる。例えば、クロムおよび金メタライゼーションコーティングを、ダイヤモンド部品上に設けることができ、これを次いで、スズ系はんだを使用して半導体部品にはんだ付けするか、またはろう付け結合することができる。半導体部品はそれ自体、最終的な結合部の中ではんだまたはろう付け材と半導体部品との間に配置された金属層として判別できるメタライゼーションコーティングを有することができる。しかしながら、ボンディングプロセス中には、はんだまたはろう付け金属と、ダイヤモンド部品および半導体部品上のメタライゼーションコーティングとのある程度の相互混合があることに、やはり留意されたい。例えば、Ｃｒ／Ａｕメタライゼーションをダイヤモンド部品の上に設け、ダイヤモンド部品を半導体部品に結合するためにスズはんだを使用するときには、最終的な結合部は、ダイヤモンドに結合されたクロム層（ダイヤモンドと炭化クロム界面を形成する）および金−スズ金属間化合物を含む混合したＡｕＳｎ層を含むであろう。
【０００９】
あるいは、例えば、はんだ付けまたはろう付けではなく、拡散ボンディング法を使用する場合には、結合部を、クロム層および金層（または拡散結合させることができる他の適切な金属層）だけから構成することができる。例えば、クロムおよび金メタライゼーションコーティングを、ダイヤモンド部品上に設けることができ、金メタライゼーションコーティングを、半導体部品上に設けることができ、次いで、２つの金層を一緒に拡散結合させることができる。
【００１０】
本発明の別の態様によれば、メタライズしたダイヤモンドヒートスプレッダが提供され、
ダイヤモンドヒートスプレッダ；及び
ダイヤモンドヒートスプレッダ上に配置された金属コーティング
を含み、
金属コーティングが、ダイヤモンドヒートスプレッダに結合されたクロムの層、およびクロムの層の上方に配置されたさらなる金属層を含み、
ダイヤモンドヒートスプレッダが、下記の特性：
１０００ｎｍ以下、５００ｎｍ以下、１００ｎｍ以下、５０ｎｍ以下、２０ｎｍ以下、１０ｎｍ以下、または５ｎｍ以下の表面粗さＲｑ；
少なくとも１０００Ｗ／ｍＫ、１３００Ｗ／ｍＫ、１５００Ｗ／ｍＫ、１８００Ｗ／ｍＫ、または２０００Ｗ／ｍＫの熱伝導率；
２０ｐｐｍ未満の窒素濃度；
６３３ｎｍの励起波長においてラマンにより評価したグラファイトｓｐ２炭素信号が低いことまたはその欠如；及び
２０ｃｍ-1以下、１０ｃｍ-1以下、８ｃｍ-1以下、５ｃｍ-1以下、３ｃｍ-1以下、２ｃｍ-1以下、１．５ｃｍ-1以下のラマン半値全幅（ＦＷＨＭ）ピーク幅、
のうちの１つまたは複数を有する。
【００１１】
例えば、金属コーティングを、チタン−白金−金の標準的な３層構造と比較して、クロム層および金（またははんだ付け可能／ぬれ性表面層または拡散結合を形成することができる他の適切な金属）の層を含む２層構造から構成することができる。このケースでは、クロムそれ自体が効果的な拡散バリアとして機能するので、白金のバリア層を不要にすることができる。これは、結合部における熱バリア界面の数を減少させ、同様に熱バリア抵抗を大きくする金属間化合物の形成を減少させる。ダイヤモンド部品を、はんだまたはろう付け材を使用して別の部品に結合するときには、最終的な結合部は、一般にクロム／金／はんだの層構造を有するであろう。あるいは、ダイヤモンド部品の金層コーティングを、他のデバイス部品上の別の金層に拡散結合する場合には、はんだまたはろう付け材を不要にすることができる。
【００１２】
上に規定したようなメタライズしたダイヤモンドヒートスプレッダは、高パワー密度の半導体デバイスにおいて使用することができる。さらにその上、メタライズしたダイヤモンドヒートスプレッダは、高パワー光学デバイス内の光学部品としても使用することができる。光学部品のケースでは、低光吸収グレードのダイヤモンド材料を、ダイヤモンド部品用に選択し、その結果、熱的必要条件および光学的必要条件の両方をこのような用途に対して満足させる。
本発明のより良い理解のために、そして本発明をどのようにして実際に実行することができるかを示すために、本発明の実施形態を、添付の図面を参照して単に例としてここで説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１（ａ）】標準Ｔｉ／Ｐｔメタライゼーション方式を使用して、ダイヤモンドヒートスプレッダに結合した半導体部品の断面図である。
【図１（ｂ）】代替のＣｒメタライゼーション方式を使用して、ダイヤモンドヒートスプレッダに結合した半導体部品の断面図である。
【図２（ａ）】１０×１０ｍｍ2ダイヤモンドヒートスプレッダに各々接着した４つのＧａＮオンＳｉＣ試料を示す図である。
【図２（ｂ）】各試料が４つのフィンガーおよび異なるデバイス長を各々有するいくつかの高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）をマウントされていることをより詳細に図示する試料のうちの１つを示す図である。
【図３】エネルギー放散が完全に制御されて、すべての試料について同じ状態を維持し、すべての試料で等しいＴ1およびＴ2を有する試料間の直接比較を可能にする実験設定を示す図である。
【図４】図３に図示したＴ1およびＴ2に加えて３つのさらなる温度測定Ｔ3からＴ5を図示する１つのＨＥＭＴ構造を示す図であり、解明した５つの温度Ｔ1からＴ5のパワープロファイルが、未知の変数：（ｉ）ＧａＮ／ＳｉＣ熱バリア抵抗（ＴＢＲ）；（ｉｉ）ＳｉＣ熱伝導率（Ｔc）；（ｉｉｉ）はんだ層熱伝導率（Ｔc）；（ｉｖ）試料／ダイヤモンド（ＴＭ１８０）熱抵抗；および（ｖ）ダイヤモンド（ＴＭ１８０）／温度制御ステージ熱抵抗を抽出することを同時に可能にする。
【図５】小さなデバイスの例および大きなデバイスの例を示す図であり、（図４に図示した温度位置に対応する）小さなデバイスのＴ5および大きなデバイスのＴ3は、はんだ熱伝導率に非常に敏感である。
【図６】Ｔｉ／Ｐｔ系結合を含むデバイスとＣｒ系結合を含むデバイスとを比較したパワーに対する温度Ｔ5のプロットの図であり、パワーが増加するにつれてＣｒ系結合が温度Ｔ5の著しい低下をもたらすことを示している。
【図７】Ｔｉ／Ｐｔ系結合を含むデバイスとＣｒ系結合を含むデバイスとを比較したパワーに対する温度Ｔ1のプロットの図であり、パワーが増加するにつれてＣｒ系結合が温度Ｔ1の著しい低下をもたらすことを示している。
【図８】Ｔｉ／Ｐｔ系結合を含む超高密度の９０フィンガーＧａＮオンＳｉＣ高性能アナログ（ＨＰＡ）デバイスと、Ｃｒ系結合を使用してマウントした同じデバイスとを比較したＸ−プロファイルに対する温度のプロットの図であり、Ｃｒ系結合がデバイスのＸ−プロファイル全体にわたり温度の著しい低下をもたらすことを示している。
【図９】Ｔｉ／Ｐｔ系結合からＣｒ系結合へと動く際にデバイス全体にわたる温度のほぼ２５％の低下を図示している、図８の２つのデバイス間の温度比のプロットの図である。
【図１０】Ｔｉ／Ｐｔ系結合を含む超高パワー密度のＧａＮオンＳｉＣ  ＨＰＡデバイスとＣｒ系結合を含むデバイスとを比較したＺ−プロファイルに対する温度のプロットの図であり、Ｃｒ系結合がデバイスのＺ−プロファイル全体を通して温度の著しい低下をもたらすことを示している。
【図１１】新しいＣｒメタライゼーションを用いたはんだ層の熱伝導率がＴｉ／Ｐｔメタライゼーション方式を用いたはんだ層の標準熱伝導率よりも４倍大きいことを図示する異なる結合解決法についての熱伝導率のプロットを示す図である。
【図１２】解析した２つの異なるＧａＮオンＳｉＣデバイスについてＣｒメタライゼーションに対する標準Ｔｉ／Ｐｔメタライゼーションを含むデバイスであり、非常に局所的な熱生成をともなう小さなデバイスと超高パワーＧａＮオンＳｉＣ  ＨＰＡとの間のチャネル温度の差異のプロットを示す図であって、大きなＨＰＡについては２５％、小さなデバイスについては１２％のチャネル温度の低下として実現された改善を示し、この結果は、Ｃｒメタライゼーションを非常に大きなパワー放散を必要とするデバイスに適用したときの、非常に大きな改善を要約している。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
発明の概要の項に記述したように、本発明の一態様は、クロム系金属ボンディング方式を介してダイヤモンドヒートスプレッダに結合した高パワー密度の半導体部品を提供することである。高パワー密度の用途のために、クロム系ボンディング方式、例えば、Ｃｒ／Ａｕがはるかに小さい熱バリア抵抗をもたらし、標準的なチタン−白金ボンディングの解決法、例えば、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕと比較してこのような高パワー密度で動作するときに、はるかに低い接合温度をもたらすことが見出されている。
【００１５】
ダイヤモンド部品は、炭化クロムを形成するダイヤモンド部品に結合されたクロムの層およびクロム層の上方に配置され、かつはんだ、ろう付け材を介したボンディングまたは別の部品への拡散ボンディングを介したボンディングのために適した表面層を形成する金、銀、タンタル、またはスズなどの金属層を含む２層メタライゼーション構造を備えることができる。例えば、第２の金属層は、金層とすることができるか、または金およびスズを含むことができる。１つの構成では、ダイヤモンド上のメタライゼーションコーティングは、Ｃｒ／Ａｕであり、コーティングしたダイヤモンド部品を半導体ダイなどの別の部品に結合するために、スズはんだを使用する。
【００１６】
本発明は、次の２つの異なるタイプのボンディング構造、
（ｉ）結合したデバイス構造がダイヤモンド／Ｔｉ／Ｐｔ／ＡｕＳｎ／半導体部品の層構造を含むように、標準的なチタン−白金−金でメタライズしたダイヤモンドヒートスプレッダおよびスズ系はんだを利用して、メタライズしたダイヤモンドヒートスプレッダに半導体部品を結合するデバイス構造、ならびに
（ｉｉ）結合したデバイス構造がダイヤモンド／Ｃｒ／ＡｕＳｎ／半導体部品の層構造を含むように、クロム−金でメタライズしたダイヤモンドヒートスプレッダおよびスズ系はんだを利用して、メタライズしたダイヤモンドヒートスプレッダに半導体部品を結合するデバイス構造
を比較することによって、本明細書において図説している。
【００１７】
クロムは、ダイヤモンド材料中の炭素の表面層と炭化物を形成することによりダイヤモンド材料に固着することができる炭化物形成金属であるため、ダイヤモンド材料に対する可能なボンディング材料として以前から提案されてきている。しかしながら、チタン−白金ボンディングの解決法が、ボンディングの機械的強度の点で有利であるために標準になってきている。さらにその上、標準的なパワー密度では、クロム系ボンディングとチタン−白金系ボンディングとの間の熱性能にはほとんど差異がない。本発明者らが驚くべきことに見出したものは、超高パワー密度の用途に関して、クロム系ボンディング方式がはるかに小さな熱バリア抵抗しか生ぜず、標準的なチタン−白金ボンディングの解決法と比較してこのような高パワー密度において動作するときにはるかに低い接合温度をもたらすことである。そのため、これらの超高パワー密度の用途に関して、クロム系ボンディング方式が、標準的なチタン−白金ボンディングの解決法よりも好ましいことが見出されている。低パワー密度においてクロムを使用することの熱的な優位性は顕著ではないが、超高パワー密度において、クロムの熱的な優位性が顕著になり、標準的なチタン−白金ボンディング方式を使用することのいずれの機械的な優位性よりも勝ることがある。理論には束縛されずに、クロム系ボンディング方式がなぜチタン−白金ボンディング方式よりも小さい熱バリア抵抗を有するかの理由を下記に概説する。
【００１８】
標準的なＴｉ／Ｐｔ／Ａｕメタライゼーション方式は、Ｓｎ系はんだなどのはんだ付け方式に適用したときに非常に反応しやすく、高パワー放散条件下で熱管理が不良となる結果をもたらし得るいくつかの特徴を有する。ＡｕＳｎまたはＡｇＳｎはんだの熱伝導率はほぼ５０〜７０Ｗ／ｍＫであることが、十分に立証されている。しかしながら、メタライゼーションにおいてこれらの合金と元素との相互作用が、それらの値からの低下という結果をもたらすことがある。ＳｎがＡｕ層に拡散すると、Ａｕ５Ｓｎ、ＡｕＳｎ４等のようないくつかの金属間化合物が形成される結果をもたらす(Reliability and Failure of Electronic Materials and Devices By Milton Ohrin, M.T. Sheen Journal of electronic materials, 31, 8, 895, (2002))。これらの金属間化合物形成は、最終的には熱伝達に悪影響を及ぼすカーケンダルボイドまたはマイクロクラックのような欠陥の出現を助長することがある。Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕメタライゼーション方式では、ＳｎがＰｔ拡散バリアまで拡散する可能性があり、最終的にＴｉ層に到達することさえあることが実証されてきている(X. Liu et al. Electronic Components and Technology Conference, 2004. Proceedings. 54th, vol.1, no., pp.798,806 Vol.1, 1-4 June 2004)。これは、結果としてダイヤモンド界面近くの領域内に異なる金属間化合物の形成をもたらし、この界面を横切る熱伝達に強い影響を与える。例えば、０．５１μΩ／Ｗの抵抗率を有するＴｉＰｔＳｎの形成は、金属中での最も重要な熱伝達機構である電子熱伝達を抑制し(T.T.M Palstra et al., Journal of Magnetism and Magnetic Materials 67 (1987) 331-342)、一方で、ＰｔxＴｉ、ＰｔＴｉyおよびＰｔＳｎの形成は、格子熱伝導率がこれらの化合物の存在により作り出される乱れによってひどく妨害される領域を作り出す。最終的に、ＰｔはＳｎと完全に反応することができ、典型的なデバイス温度動作下でＡｕ−Ｓｎ−Ｔｉ化合物を形成することによりＡｕおよびＳｎとのＴｉの反応を可能にする(G. GHOSH Acta mater. 49 (2001) 2609-2624)ことが実証されている。したがって、（Ａｕ／Ａｇ）Ｓｎはんだを用いる標準Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕメタライゼーション方式の使用は、ダイヤモンド界面近くにひどく乱れた領域を導入し、それが最終的には、高エネルギー密度を放散させるようになると非常に重要になることがある熱バリアを生じさせる。単純なＣｒ／Ａｕ方式をＴｉ／Ｐｔ／Ａｕの代わりに使用すると、Ｃｒは、いずれの金属間化合物をも形成せず、Ｓｎに対する非常に効果的な拡散バリアとなることが実証されている(X. Liu et al. Electronic Components and Technology Conference, 2004. Proceedings. 54th, vol.1, no., pp798,806 Vol.1, 1-4 June 2004)。Ｃｒの使用は、したがって、熱バリアを追加せずに熱伝達を可能にし、高パワー放散密度下での熱管理を強化する。他方で、ダイヤモンドから他の材料へのエネルギーの伝達は、些細な問題ではなく、この伝達は、フォノン密度の状態および金属／ダイヤモンド接合を横切る散乱機構に依存する材料間のフォノン−フォノンカップリングおよびフォノン−電子カップリングを必要とする。このエネルギー伝達は、ダイヤモンドと金属との間の音速およびデバイ温度の違いに関係し、非常に異なる材料間の大きな熱境界抵抗（ＴＢＲ）を結果としてもたらす。このケースでは、拡散ミスマッチモデルは、Ｃｒ／ダイヤモンド界面にお���るエネルギー伝達がＴｉ／ダイヤモンド界面に対するものの８倍以上であることを示している。実際のところ、Ｃｒ／ダイヤモンド界面は、ダイヤモンドから／への熱の伝達にとって最も効率的な界面のうちの１つであることが実証されており(Monachon and Weber, Emerging Materials Research, Volume 1 Issue EMR2, 89-98 (2012))、例えば、ダイヤモンドがＣｒでコーティングされているときにはＣｕ／ダイヤモンドマトリックス化合物内の熱伝達を強化するために使用されている(K. Chu et al., Journal of Alloys and Compounds 490 (2010) 453-458)。実効的に、クロム系ボンディング方式は、標準的なチタン−白金ボンディングと比較したときにより優れたフォノン互換性を有する。すなわち、ダイヤモンド材料中のフォノン伝播に対する金属結合部内の電子の流れを介した熱の伝達は、チタン−白金とは対照的にクロムを使用すると改善される。
【００１９】
上記を踏まえて、本発明者らは、金属クロム中の電子の流れとダイヤモンドヒートスプレッダ中のフォノンの伝播との間での熱伝達の効率が、ダイヤモンド材料の表面構造、およびダイヤモンドの、特に金属クロムと界面を形成するダイヤモンドヒートスプレッダの表面および表面近くの材料特性に依存するであろうことも認識している。例えば、異なる粒子サイズ、ｓｐ２炭素含有量、転位などの長い結晶欠陥、および窒素系点欠陥などの点欠陥密度を有する異なるグレードのダイヤモンド材料は、ダイヤモンド金属境界を横切る熱伝達にやはり影響を及ぼすことがある。そのため、上述の変数を変えることによってダイヤモンド欠陥構造を調整することを、フォノン特性を最適化するために使用することができ、高パワー密度の用途における使用のためにメタライズしたダイヤモンドヒートスプレッダ製品の改善をもたらすことができる。
【００２０】
ダイヤモンドを別の部品に結合するために使用する材料のタイプに加えて、材料の層厚さもまた、結合部の熱バリア抵抗に影響を及ぼす。例えば、ダイヤモンドヒートスプレッダに結合したクロムの層は、５ｎｍから５００ｎｍまたは５０ｎｍから２５０ｎｍの範囲内の厚さを有することができる。クロムの上に配置された、金などのさらなる金属層は、１００ｎｍから１μｍまたは３００ｎｍから７００ｎｍの範囲内の層厚さを有することができる。クロムの上に配置された金属の層は、はんだまたはろう付け材が付けられると、すなわちはんだまたはろう付け材を含めて、５μｍから１００μｍまたは１５μｍから４０μｍの範囲内の厚さを有することができる。
【００２１】
前に説明したように、チタン−白金の代わりにクロムを利用することの有利な技術的効果が、高パワー密度で動作するときに観察される。半導体部品の等価なＣＷ面積パワー密度を、少なくとも１ｋＷ／ｃｍ2、２ｋＷ／ｃｍ2、５ｋＷ／ｃｍ2、１０ｋＷ／ｃｍ2、２０ｋＷ／ｃｍ2、５０ｋＷ／ｃｍ2もしくは１００ｋＷ／ｃｍ2、１ＭＷ／ｃｍ2、２ＭＷ／ｃｍ2、４ＭＷ／ｃｍ2、６ＭＷ／ｃｍ2、８ＭＷ／ｃｍ2、または１０ＭＷ／ｃｍ2とすることができる。それに代えて、または加えて、半導体部品の線パワー密度を、少なくとも１Ｗ／ｍｍ、２Ｗ／ｍｍ、２．５Ｗ／ｍｍ、３Ｗ／ｍｍ、４Ｗ／ｍｍ、６Ｗ／ｍｍ、８Ｗ／ｍｍ、または１０Ｗ／ｍｍとすることができる。一般に、パワー密度が大きいほど、Ｔｉ／Ｐｔ系ボンディング方式の代わりにクロム系ボンディングの解決法を使用することの利点が大きくなることが見出されてきている。最適なパワー密度の定義は、半導体デバイスのタイプに依存するであろう。高パワー密度のＲＦデバイスに関して、パワー密度は、通常、単位ゲート幅当たりのワットでの線パワー密度として定義される。しかしながら、レーザダイオード、発光ダイオード、パワースイッチおよびマイクロプロセッサなどの他のデバイスに関しては、面積パワー密度測定がより適する。後者のケースでは、光を発するものであれ、電流で切り替えられるものであれ、鍵となるのは能動領域の面積である。
【００２２】
本発明はまた、メタライズしたダイヤモンドヒートスプレッダを提供し、これは、
ダイヤモンドヒートスプレッダ；及び
ダイヤモンドヒートスプレッダ上に配置された金属コーティング
を含み、
金属コーティングが、ダイヤモンドヒートスプレッダに結合されたクロムの層、およびクロムの層の上方に配置された、金などのさらなる金属層を含み、
ダイヤモンドヒートスプレッダが、下記の特性：
１０００ｎｍ以下、５００ｎｍ以下、１００ｎｍ以下、５０ｎｍ以下、２０ｎｍ以下、１０ｎｍ以下、または５ｎｍ以下の表面粗さＲｑ；
少なくとも１０００Ｗ／ｍＫ、１３００Ｗ／ｍＫ、１５００Ｗ／ｍＫ、１８００Ｗ／ｍＫ、または２０００Ｗ／ｍＫの熱伝導率；
２０百万分率未満の窒素濃度；
６３３ｎｍの励起波長においてラマン分光法により評価したグラファイトｓｐ２炭素信号が低いことまたはその欠如；及び
２０ｃｍ-1以下、１０ｃｍ-1以下、８ｃｍ-1以下、５ｃｍ-1以下、３ｃｍ-1以下、２ｃｍ-1以下、１．５ｃｍ-1以下のラマン半値全幅（ＦＷＨＭ）ピーク幅、
のうちの１つまたは複数を有する。
【００２３】
このようなメタライズしたダイヤモンドヒートスプレッダを、前に説明したように高パワー密度の半導体デバイスにおいて使用することができる。さらにその上、ダイヤモンドヒートスプレッダは、高パワー光学デバイス内の光学部品としても使用することができる。後者のケースでは、低光吸収グレードのダイヤモンド材料をダイヤモンド部品として選択し、その結果、熱的必要条件および光学的必要条件の両方を、このような用途に対して満足させる。
【００２４】
図１（ａ）および図１（ｂ）は、それぞれ、標準Ｔｉ／Ｐｔボンディング方式およびクロム系ボンディング方式を使用して、ダイヤモンドヒートスプレッダに結合した半導体部品の模式的断面図を示している。図１（ａ）は、標準的なチタン−白金メタライゼーションを利用し、ダイヤモンド／Ｔｉ／Ｐｔ／ＡｕＳｎ／半導体部品の層構造を含むデバイス構造を示している。図１（ｂ）は、クロムメタライゼーションを利用し、ダイヤモンド／Ｃｒ／ＡｕＳｎ／半導体部品の層構造を含むデバイス構造を示している。これら２つのボンディング解決法は、高パワー密度の用途においてクロム系ボンディング方式を使用することの利点を示すために使用されている。各々の配置におけるダイヤモンド上のメタライゼーションコーティングに関する層厚さは、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ−１００／１２０／５００ｎｍ、Ｃｒ／Ａｕ−１００／５００ｎｍ、である。２５μｍの厚さを有するスズ系はんだを、メタライズしたダイヤモンド部品を半導体部品に結合するために使用した。
【００２５】
図２（ａ）は、ＧａＮオンＳｉＣ試料上に製造し、１０×１０ｍｍ2ダイヤモンドヒートスプレッダに各々接着した４つのＨＥＭＴを示している。ダイヤモンドヒートスプレッダの各々を、Ｅｌｅｍｅｎｔ  Ｓｉｘ社の多結晶ダイヤモンド材料から形成する。図２（ｂ）は、各々の試料が４つのフィンガーおよび異なるデバイス長を各々有するいくつかのＨＥＭＴをマウントしていることをより詳細に図示している試料のうちの１つを示している。
【００２６】
図３は、エネルギー放散が完全に制御されて、すべての試料について同じ状態を維持し、すべての試料で等しいＴ1およびＴ2を有する試料間の直接の比較を可能にする実験設定を示している。図４は、図３に図示したＴ1およびＴ2に加えて３つのさらなる温度測定Ｔ3からＴ5を図示する１つのＨＥＭＴ構造を示している。解明した５つの温度Ｔ1からＴ5のパワープロファイルが、未知の変数：（ｉ）ＧａＮ／ＳｉＣ  ＴＢＲ；（ｉｉ）ＳｉＣ  Ｔc；（ｉｉｉ）はんだ層Ｔc；（ｉｖ）試料／ダイヤモンド熱抵抗；および（ｖ）ダイヤモンド／温度制御ステージ熱抵抗を抽出することを同時に可能にする。
図５は、小さなデバイスの例および長いデバイスの例を示している。（図４に図示した温度位置に対応する）小さなデバイスのＴ5および長いデバイスのＴ3は、はんだ熱伝導率に非常に敏感である。
【００２７】
標準ＴｉＰｔＡｕメタライゼーションの熱伝導率は、このメタライゼーション方式を用いて試験した市販のデバイスの平均に位置する（１３±３Ｗ／ｍＫ）。新しいメタライゼーション方式は、ダイ接着の熱伝導率を３倍から４倍に改善する。これらのデバイスでは、正常動作におけるピーク／チャネル温度は、新しいクロム系ボンディング方式を用いると〜１３％低い。試験デバイスは、小さなトランジスタ（４フィンガー、１００〜２７５μｍゲート幅）である。これらの小さなデバイスの温度は、主にダイの熱管理によって制御され、ダイヤモンドヒートスプレッダがマウントされているパッケージにはよらない。
この点で、図６は、Ｔｉ／Ｐｔ系結合を含むデバイスとＣｒ系結合を含むデバイスとを比較したパワーに対する温度Ｔ5のプロットを示し、パワーが増加するにつれてＣｒ系結合が温度Ｔ5の著しい低下をもたらすことを示している。図７は、Ｔｉ／Ｐｔ系結合を含むデバイスとＣｒ系結合を含むデバイスとを比較したパワーに対する温度Ｔ1のプロットを示し、パワーが増加するにつれてＣｒ系結合が温度Ｔ1の著しい低下をもたらすことを示している。図６およびその次の図の結果は、Ｃｒメタライゼーションおよび比較のＴｉＰｔメタライゼーションに関するものであり、両方とも、上に配置された２５μｍ厚のＡｕＳｎはんだを有する。
ウィンドウパッケージ内に実際の条件下でマウントされ、５０Ｖおよび１Ａで動作する実際のＧａＮオンＳｉＣ  ＨＰＡ９０フィンガーデバイスを、本明細書において説明したメタライゼーション手法の影響を試験するためにシミュレーションした。図８は、Ｔｉ／Ｐｔ系結合を含むデバイスとＣｒ系結合を含むデバイスとを比較したＸ−プロファイルに対する温度のプロットを示し、Ｃｒ系結合がデバイスのＸ−プロファイル全体にわたり温度の著しい低下をもたらすことを示している。図９は、Ｔｉ／Ｐｔ系結合からＣｒ系結合へと動く際にデバイス全体にわたる温度のほぼ２５％の低下を図示している図８の２つのデバイス間の温度差のプロットを示している。図１０は、Ｔｉ／Ｐｔ系結合を含むデバイスとＣｒ系結合を含むデバイスとを比較したＺ−プロファイルに対する温度のプロットを示し、Ｃｒ系結合がデバイスのＺ−プロファイルの全体を通して温度の著しい低下をもたらすことを示している。
【００２８】
図１１は、異なるボンディング解決法についての熱伝導率のプロットを示し、本明細書において説明したＣｒメタライゼーションを用いたはんだ層の熱伝導率が、Ｔｉ／Ｐｔメタライゼーション方式を用いたはんだ層の標準熱伝導率よりも４倍大きいことを図示している。
【００２９】
図１２は、２つの異なるデバイスについて、標準Ｔｉ／Ｐｔメタライゼーションを含むデバイスと対比して本明細書において説明したＣｒメタライゼーションの間のチャネル温度の差異のプロットを示しており、チャネルの温度が、Ｃｒ系メタライゼーション方式と比較して、標準メタライゼーション方式を用いたデバイスでは２５％（大きいＨＰＡ）から１２％（小さいデバイス）の間だけ高いことを示している。
これらの結果は、クロム系メタライゼーション方式の熱管理への影響は、より低パワーのデバイスに対しては無視できることがある一方で、超高パワーの半導体デバイスに対しては非常に顕著になることを示している。
【００３０】
本明細書において説明したような金属コーティングしたダイヤモンドヒートスプレッダを、ダイヤモンド材料の熱的特性および光学的特性の両者を利用することができる光学デバイス、例えば、高パワーレーザウィンドウなどの他の用途において使用できることもやはり想像される。応用の範囲内で、はんだもしくはろう付け結合を介して別の部品に固着されるか、またははんだもしくはろう付け材を用いずに、他の方法、例えば、圧力ボンディングを介して別のデバイス部品に固着され、本明細書において説明したような金属コーティングしたダイヤモンドヒートスプレッダを含むマウントしたダイヤモンド部品を提供することができる。しかしながら、本明細書において説明したようなボンディングの解決法は、超高パワー半導体デバイス用途では特に効果的であることが見出されている。
本発明について実施形態を参照して詳細に示し説明したが、形態および詳細における様々な変更を、別記の特許請求の範囲により規定されたような発明の範囲から逸脱せずに行うことができることを、当業者なら理解するであろう。
【図１（ａ）】
2019208071.tif 000003
【図１（ｂ）】
2019208071.tif 000004
【図２（ａ）】
2019208071.tif 000005
【図２（ｂ）】
2019208071.tif 000006
【図３】
2019208071.tif 000007
【図４】
2019208071.tif 000008
【図５】
2019208071.tif 000009
【図６】
2019208071.tif 000010
【図７】
2019208071.tif 000011
【図８】
2019208071.tif 000012
【図９】
2019208071.tif 000013
【図１０】
2019208071.tif 000014
【図１１】
2019208071.tif 000015
【図１２】
2019208071.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】令和1年9月6日(2019.9.6)
【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】
明細書又は図面に記載された発明。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
本明細書において説明したような金属コーティングしたダイヤモンドヒートスプレッダを、ダイヤモンド材料の熱的特性および光学的特性の両者を利用することができる光学デバイス、例えば、高パワーレーザウィンドウなどの他の用途において使用できることもやはり想像される。応用の範囲内で、はんだもしくはろう付け結合を介して別の部品に固着されるか、またははんだもしくはろう付け材を用いずに、他の方法、例えば、圧力ボンディングを介して別のデバイス部品に固着され、本明細書において説明したような金属コーティングしたダイヤモンドヒートスプレッダを含むマウントしたダイヤモンド部品を提供することができる。しかしながら、本明細書において説明したようなボンディングの解決法は、超高パワー半導体デバイス用途では特に効果的であることが見出されている。
本発明について実施形態を参照して詳細に示し説明したが、形態および詳細における様々な変更を、別記の特許請求の範囲により規定されたような発明の範囲から逸脱せずに行うことができることを、当業者なら理解するであろう。
本発明のまた別の態様は、以下のとおりであってもよい。
〔１〕半導体部品；
ダイヤモンドヒートスプレッダ；及び
金属結合部
を含み、
前記半導体部品が、前記金属結合部を介して前記ダイヤモンドヒートスプレッダに結合され、
前記金属結合部が、前記ダイヤモンドヒートスプレッダに結合されたクロムの層、および前記クロムの層と前記半導体部品との間に配置されたさらなる金属層を含み、
前記半導体部品が、少なくとも１ｋＷ／ｃｍ2の面積パワー密度および／または少なくとも１Ｗ／ｍｍの線パワー密度で動作するように構成される、
半導体デバイス。
〔２〕前記クロムの層が、５〜５００ｎｍの範囲内の厚さを有する、前記〔１〕に記載の半導体デバイス。
〔３〕前記クロムの層が、５０〜２５０ｎｍの範囲内の厚さを有する、前記〔１〕に記載の半導体デバイス。
〔４〕前記さらなる金属層が、金、銀、タンタル、およびスズのうちの１つまたは複数を含む、前記〔１〕から〔３〕までのいずれかに記載の半導体。
〔５〕前記さらなる金属層が、金を含む、前記〔４〕に記載の半導体デバイス。
〔６〕前記さらなる金属層が、金およびスズを含む、前記〔４〕に記載の半導体デバイス。
〔７〕前記さらなる金属層が、はんだまたはろう付け材料を含めて、５〜１００μｍの範囲内の厚さを有する、前記〔１〕から〔６〕までのいずれかに記載の半導体デバイス。
〔８〕前記さらなる金属層が、前記はんだまたはろう付け材料を含めて、１５〜４０μｍの範囲内の厚さを有する、前記〔７〕に記載の半導体デバイス。
〔９〕前記半導体部品の前記面積パワー密度が、少なくとも２ｋＷ／ｃｍ2、５ｋＷ／ｃｍ2、１０ｋＷ／ｃｍ2、２０ｋＷ／ｃｍ2、５０ｋＷ／ｃｍ2、１００ｋＷ／ｃｍ2、１ＭＷ／ｃｍ2、２ＭＷ／ｃｍ2、４ＭＷ／ｃｍ2、６ＭＷ／ｃｍ2、８ＭＷ／ｃｍ2、または１０ＭＷ／ｃｍ2である、前記〔１〕から〔８〕までのいずれかに記載の半導体デバイス。
〔１０〕前記半導体部品の前記線パワー密度が、少なくとも２Ｗ／ｍｍ、２．５Ｗ／ｍｍ、３Ｗ／ｍｍ、４Ｗ／ｍｍ、６Ｗ／ｍｍ、８Ｗ／ｍｍ、または１０Ｗ／ｍｍである、前記〔１〕から〔９〕までのいずれかに記載の半導体デバイス。
〔１１〕前記ダイヤモンドヒートスプレッダが、下記の特性、
１０００ｎｍ以下、５００ｎｍ以下、１００ｎｍ以下、５０ｎｍ以下、２０ｎｍ以下、１０ｎｍ以下、または５ｎｍ以下の表面粗さＲｑ；
少なくとも１０００Ｗ／ｍＫ、１３００Ｗ／ｍＫ、１５００Ｗ／ｍＫ、１８００Ｗ／ｍＫ、または２０００Ｗ／ｍＫの熱伝導率；
２０百万分率未満の窒素濃度；
６３３ｎｍの励起波長においてラマン分光法により評価したグラファイトｓｐ２炭素信号が低いことまたはその欠如；及び
２０ｃｍ-1以下、１０ｃｍ-1以下、８ｃｍ-1以下、５ｃｍ-1以下、３ｃｍ-1以下、２ｃｍ-1以下、１．５ｃｍ-1以下のラマン半値全幅（ＦＷＨＭ）ピーク幅、
のうちの１つまたは複数を有する、前記〔１〕から〔１０〕までのいずれかに記載の半導体デバイス。
〔１２〕ダイヤモンドヒートスプレッダ；及び
前記ダイヤモンドヒートスプレッダ上に配置された金属コーティング
を含み、
前記金属コーティングが、前記ダイヤモンドヒートスプレッダに結合されたクロムの層、および前記クロムの層の上方に配置されたさらなる金属層を含み、及び、
前記ダイヤモンドヒートスプレッダが、下記の特性、
１０００ｎｍ以下、５００ｎｍ以下、１００ｎｍ以下、５０ｎｍ以下、２０ｎｍ以下、１０ｎｍ以下、または５ｎｍ以下の表面粗さＲｑ；
少なくとも１０００Ｗ／ｍＫ、１３００Ｗ／ｍＫ、１５００Ｗ／ｍＫ、１８００Ｗ／ｍＫ、または２０００Ｗ／ｍＫの熱伝導率；
２０百万分率未満の窒素濃度；
６３３ｎｍの励起波長においてラマン分光法により評価したグラファイトｓｐ２炭素信号が低いことまたはその欠如；及び
２０ｃｍ-1以下、１０ｃｍ-1以下、８ｃｍ-1以下、５ｃｍ-1以下、３ｃｍ-1以下、２ｃｍ-1以下、または１．５ｃｍ-1以下のラマン半値全幅（ＦＷＨＭ）ピーク幅、
のうちの１つまたは複数を有する、
メタライズしたダイヤモンドヒートスプレッダ。
〔１３〕前記クロムの層が、５〜５００ｎｍの範囲内の厚さを有する、前記〔１２〕に記載のメタライズしたダイヤモンドヒートスプレッダ。
〔１４〕前記クロムの層が、５０〜２５０ｎｍの範囲内の厚さを有する、前記〔１２〕に記載のメタライズしたダイヤモンドヒートスプレッダ。
〔１５〕前記さらなる金属層が、金、銀、タンタル、およびスズのうちの１つまたは複数を含む、前記〔１２〕から〔１４〕までのいずれか１項に記載のメタライズしたダイヤモンドヒートスプレッダ。
〔１６〕前記さらなる金属層が、金を含む、前記〔１５〕に記載のメタライズしたダイヤモンドヒートスプレッダ。
〔１７〕前記さらなる金属層が、１００ｎｍ〜１μｍの範囲内の厚さを有する、前記〔１２〕から〔１６〕までのいずれか１項に記載のメタライズしたダイヤモンドヒートスプレッダ。
〔１８〕前記さらなる金属層が、３００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲内の厚さを有する、前記〔１２〕から〔１７〕までのいずれか１項に記載のメタライズしたダイヤモンドヒートスプレッダ。
〔１９〕前記金属コーティングが、前記クロムの層および前記さらなる金属層だけから構成される２層コーティングである、前記〔１２〕から〔１８〕までのいずれか１項に記載のメタライズしたダイヤモンドヒートスプレッダ。
〔２０〕はんだまたはろう付け結合部を介して別のデバイス部品に固着された前記〔１２〕から〔１９〕までのいずれか１項に記載のメタライズしたダイヤモンドヒートスプレッダを備える、マウントしたダイヤモンド部品。
〔２１〕はんだまたはろう付け結合部を用いずに別のデバイス部品に固着された前記〔１２〕から〔１９〕までのいずれか１項に記載のメタライズしたダイヤモンドヒートスプレッダを含む、マウントしたダイヤモンド部品。
〔２２〕前記〔２０〕または〔２１〕に記載のマウントしたダイヤモンド部品を含む、光学部品。
〔２３〕前記〔２０〕または〔２１〕に記載のマウントしたダイヤモンド部品を含む、半導体部品。
【外国語明細書】
2019208071000001.pdf