(57)【要約】  本発明は、１つの前面（６）及び１つの後面（７）を備えたグラファイト基板（５）と、基板（５）の前面（６）上に設けられた少なくとも１つの第１のスタックとを有する半導体支持体（１）に関する。第１のスタックは、単結晶ダイヤモンド層（８ａ）、電気的絶縁性酸化物層（９ａ）及び半導体層（２ａ）を連続配置状態で有する。支持体は、基板（５）の後面（７）上に設けられた第２のスタックを有するのがよく、この第２のスタックは、第１のスタックと同一の連続した層を有し又はポリマー材料層を有する。第１及び（又は）第２のスタックを貫通すると共にグラファイト基板（５）を支持体（１）の外面に接続する熱的結合部（１１）が、熱を放出できる。本方法は、酸化物層（９）上への矩形シリコンストリップの分子結合によって半導体層（２）の作製を含むのがよい。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロエレクトロニクス用の半導体支持体（１）において、前記支持体は、前面（６）及び後面（７）を備えた矩形のグラファイト基板（５）を有し、前記支持体は、前記基板（５）の前記前面（６）上に設けられた少なくとも第１のスタックを有し、前記第１のスタックは、単結晶ダイヤモンド層（８ａ）、電気的絶縁性の酸化物層（９ａ）及び半導体層（２ａ）を連続状態で有する、支持体。
【請求項２】
前記支持体は、前記基板（５）の前記後面（７）上に設けられた第２のスタックを有し、前記第２のスタックは、単結晶ダイヤモンド層（８ｂ）、電気的絶縁性の酸化物層（９ｂ）及び半導体層（２ｂ）を連続状態で有する、請求項１に記載の支持体。
【請求項３】
前記支持体は、電気基板（５）の前記後面（７）上に設けられた第２のスタックを有し、前記第２のスタックは、少なくとも１つのポリマー材料層（１４）を有する、請求項１に記載の支持体。
【請求項４】
前記支持体は、前記基板（５）を貫通すると共に前記第１のスタックの前記半導体層（２ａ）を前記第２のスタックに接続する少なくとも１つの電気的接続部（３）を有する、請求項１〜３のいずれか一に記載の支持体。
【請求項５】
前記支持体は、前記基板（５）と前記第１のスタック及び（又は）前記第２のスタックとの間に設けられた追加の絶縁層（１０）を有する、請求項１〜４のいずれか一に記載の支持体。
【請求項６】
前記支持体は、前記基板と前記第１のスタック及び（又は）前記第２のスタックとの間に設けられた追加の金属層（１０）を有する、請求項１〜４のいずれか一に記載の支持体。
【請求項７】
前記酸化物層（９）は、Ａｌ2Ｏ3、ＢａＳｒＴｉＯ3、ＨｆＯ2、Ｌａ2Ｏ3及び希土類酸化物の中から選択された少なくとも１つの化合物から成る、請求項１〜６のいずれか一に記載の支持体。
【請求項８】
前記酸化物層（９）は、ＡＬ2Ｏ3及び（又は）ＨｆＯ2及び（又は）希土類酸化物の層を交互に配置して形成される、請求項７に記載の支持体。
【請求項９】
前記支持体は、前記第１のスタック及び（又は）前記第２のスタックを貫通すると共に前記グラファイト基板（５）を前記支持体（１）の外面に結合する少なくとも１つの熱的結合部（１１）を有する、請求項１〜８のいずれか一に記載の支持体。
【請求項１０】
前記支持体は、前記支持体（１）の前記外面上に設けられると共に前記熱的結合部（１１）に結合された少なくとも１つのヒートシンク（４）を有する、請求項９に記載の支持体。
【請求項１１】
前記支持体は、前記半導体層（２）上に設けられたパッシベーション層（１２）を有する、請求項１〜１０のいずれか一に記載の支持体。
【請求項１２】
電気的絶縁性の酸化物層（９ａ，９ｂ）のうち少なくとも一方は、熱伝導性である、請求項１〜１１のいずれか一に記載の支持体。
【請求項１３】
請求項１〜１２のうちいずれか一に記載の半導体支持体を製造する方法において、前記ダイヤモンド層（８）を作製するステップと、前記酸化物層（９）を前記ダイヤモンド層（８）に被着させるステップと、前記半導体層（２）を作製するステップとを連続状態で有する、方法。
【請求項１４】
前記ダイヤモンド層（８）は、プラズマ堆積法又は化学気相成長法によって実現される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記半導体層（２）は、前記酸化物層（９）上への矩形シリコンストリップの分子結合により実現される、請求項１３又は１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記矩形シリコンストリップは、基板上へのリボン成長技術及び熱交換法技術のうちから選択された技術によって実現される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記半導体層（２）は、半導体のエピタキシによって実現される、請求項１３又は１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記方法は、前記支持体（１）の前記後面の研磨ステップと、前記支持体の前記後面上へのポリマー材料の層（１４）の被着ステップとを連続状態で有する、請求項１３〜１７のいずれか一に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【開示の内容】
【０００１】
〔発明の背景〕
本発明は、マイクロエレクトロニクス（超小型電子回路）用の半導体支持体に関する。
【０００２】
〔技術の現状〕
一般に、マイクロエレクトロニクスに用いられる半導体支持体は、円形であり、支持体加工機械は、支持体の直径に合わせて構成される。かくして、生産性の向上を目的として支持体の直径を大きくすると、処理機械を交換しなければならず、それにより多大なコストがかかる。加うるに、半導体支持体の形状が円形であることにより、支持体の加工が困難であり、したがって、生産速度が制限される。
【０００３】
半導体支持体は、大抵の場合、シリコン支持体である。これら支持体では、両面型コンポーネント、即ち、両方の表面、特に前面（表の面）と後面（裏の面）上に実装された電子素子を有するコンポーネントを実現するのは困難である。大きな問題は、シリコンの機械的強度にある。シリコン支持体は、電子素子をその両方の表面上に実装すると、実際に壊れがちである。さらに、シリコンは、例えば太陽電池に用いられるグラファイトのような、電子素子を作製する上で良好な機械的性質を有する材料よりも好ましい電子的性質を備えている。
【０００４】
さらに、集積回路により生じる熱の量は、常に増大している回路の電力に伴って増大する。したがって、熱の消散は、ますます重要な問題になっている。
【０００５】
〔発明の目的〕
本発明の一目的は、これら欠点を解決し、特に、熱を除去でき、前面及び後面上に設けられた電子素子を有し得る半導体支持体を提案することにある。
【０００６】
本発明によれば、この目的は、添付の特許請求の範囲に記載された本発明によって達成され、特に、支持体が、前面及び後面を備えた矩形のグラファイト基板を有し、支持体が、基板の前面上に設けられた少なくとも第１のスタックを有し、第１のスタックが、単結晶ダイヤモンド層、電気的絶縁性の酸化物層及び半導体層を連続状態で有するという特徴によって達成される。
【０００７】
本発明の別の目的は、本発明の半導体支持体を製造する方法において、ダイヤモンド層を作製するステップと、酸化物層をダイヤモンド層に被着させるステップと、半導体層を作製するステップとを連続状態で有することを特徴とする方法を提供することにある。
【０００８】
他の利点及び特徴は、非限定的な例として挙げられているに過ぎず、添付の図面に示された本発明の特定の実施形態についての以下の説明から明らかになろう。
【０００９】
〔特定の実施形態の説明〕
図１は、半導体層中に少なくとも１つの集積回路を有する矩形の半導体支持体１の前面を示している。集積回路は、支持体１を貫通した電気的接続部３によって支持体１の後面に電気的に接続できる。加うるに、支持体１は、支持体１の外面、例えば図示のような前面上に設けられると共に熱的結合部によって支持体１の内部層に結合されていて、集積回路が動作しているときに、内部層を冷却することができるヒートシンク４を有するのがよい。熱的結合部は、外部低温源に結合され得る。支持体は、集積回路を外部デバイスに接続する電気的接続パッドを更に有することができる。
【００１０】
図２に示す支持体１は、図２では頂部及び底部のところにそれぞれ設けられている前面６及び後面７を備えたグラファイト基板５を有している。支持体１は、基板５の前面６上に設けられた第１のスタックを有し、この第１のスタックは、単結晶ダイヤモンド層８ａ、電気的に絶縁性の酸化物層９ａ及び半導体層２ａを連続状態で有している。ダイヤモンド及びグラファイトは、非常に良好な熱伝導体なので、本発明の支持体は、半導体層２内に設けられている集積回路の動作中、支持体の加熱を制限する。
【００１１】
かくして、酸化物層９ａ及び半導体層２ａは、半導体の下に埋設酸化物を有するＳＯＩ（絶縁体上に形成されたシリコン）構造を形成する。
【００１２】
図２に示す特定の実施形態では、支持体１は、基板５の後面７上に設けられた第２のスタックを有し、この第２のスタックは、単結晶ダイヤモンド層８ｂ、電気的に絶縁性の酸化物層９ｂ及び半導体層２ｂを連続状態で有している。酸化物層９ａ及び（又は）酸化物層９ｂは、好ましくは、熱伝導性であり、これらは、例えば、ダイヤモンド層８ａ又は８ｂの熱抵抗に近い熱抵抗を有し得る。
【００１３】
図２に示すように、支持体１は、基板５と第１のスタック及び（又は）第２のスタックとの間に設けられた追加の層１０を有するのがよい。例えば、図２では、追加の層１０ａは、基板５と第１のスタックのダイヤモンド層８ａとの間に設けられ、追加の層１０ｂは、基板５と第２のスタックのダイヤモンド層８ｂとの間に設けられている。追加の層１０は、例えば、絶縁性であり得、例えば、アルミナ又は金属で作られ、例えば、ニッケル、白金又はイリジウムから作られるのがよい。層１０ａ，１０ｂは、ダイヤモンドのための核形成層である。
【００１４】
酸化物層９ａ及び（又は）９ｂは、例えば、アルミナＡｌ2Ｏ3、チタン酸ストロンチウムバリウムＢａＳｒＴｉＯ3、酸化ハフニウムＨｆＯ2、酸化ランタンＬａ2Ｏ3及び希土類酸化物、例えばランタニド系酸化物、例えば酸化ルテチウムＬｕ2Ｏ3、酸化ガドリニウムＧｄ2Ｏ3の中から選択された１種類又は２種類以上の化合物から成る。特定の実施形態では、各酸化物層は、良好な熱伝導性を保持しながら、インターフェイス状態密度を最小限に抑えるようＡｌ2Ｏ3及び（又は）ＨｆＯ2及び（又は）希土類酸化物の層を交互に配置して形成される。
【００１５】
図２に示すように、支持体１は、基板５を貫通すると共に第１のスタックの半導体層２ａを第２のスタック、例えば、第２のスタックの半導体層２ｂに接続する電気的接続部３を有するのがよい。
【００１６】
図２では、支持体１は、第１のスタックを貫通すると共にグラファイト基板５を支持体１の外部表面、特にヒートシンク４に熱的に結合する熱的結合部１１を有し、ヒートシンク４は、支持体１の前面上に設けられると共に熱的結合部１１に結合されている。第２のスタックを貫通して延びると共に基板５を支持体１の後面に熱的に結合する熱的結合部１１も又計画できる。
【００１７】
支持体１は、好ましくは、半導体層２上に設けられていて、機械的保護と熱的保護の両方をもたらすパッシベーション層１２を有している。パッシベーション層１２と半導体層２を層２ａ，１２ａについて図２に示されているような絶縁層１３によって分離することができる。
【００１８】
図３に示す特定の実施形態では、支持体１は、上述したように、基板５の後面７上に設けられた第２のスタックを有する。この実施形態では、第２のスタックは、パッシベーション層１２ｂと追加の層１０ｂとの間に設けられているポリマー層で作られた層１４を有する。これにより、ポリマー膜上に設けられたフラットスクリーンを支持体１の後面上に一体化することができ、電子信号及びデータ処理部分は、貫通電気的接続部３によりスクリーンに接続した状態で支持体１の前面上に設けられる。かくして、非常にフラットなマイクロコンピュータを実現することができる。
【００１９】
別の実施形態では、半導体層２ｂ及び酸化物層９ｂ並びに有利には単結晶ダイヤモンド層８ｂのスタックを層１０ｂ，１４相互間に設けてもよい。半導体層２ｂの機能は、行−列（line-column ）アドレス指定トランジスタとの接続を可能にすることにある。ダイヤモンド層８ａのような単結晶ダイヤモンド層８ｂは、隣接の層を冷却する機能を有する。
【００２０】
本発明の半導体支持体１の製造方法は、ダイヤモンド層８の作製ステップと、ダイヤモンド層８上への酸化物層９の被着ステップと、半導体層２の作製ステップとを連続状態で有する。ダイヤモンド層８は、例えば、プラズマ堆積法、化学気相成長法（ＣＶＤ）又はエピタキシによって、グラファイト基板上に直接又は追加の核形成層１０上に実現される。ダイヤモンド層８ａ，８ｂは、同時に作製されることが好ましい。
【００２１】
半導体層２は、酸化物層９上への矩形シリコンストリップ又はシートの分子結合により実現できる。矩形シリコンストリップは、好ましくは、基板上へのリボン成長（Ribbon Growth on Substrate：ＲＧＳ）技術により又は熱交換法（ＨＥＭ）技術によって達成される。ＲＧＳ及びＨＥＭ技術は、従来、多結晶シリコン太陽電池用の基板の作製に用いられている。ＲＧＳ技術は、次の文献、即ち、エー・ショネッカー等（A. Schonecker et al.）著，「Ribbon-Growth-on-Substrate:Progress in High-Speed Crystalline Silicon Wafer Manufacturing」，（29th IEEE Photovoltaic Specialists Conference），２００２年５月２０〜２４日，アメリカ合衆国ニューオリンズ）及びエー・ショネッカー等（A. Schonecker et al.）著，「Ribbon-Growth-on-Substrate:Status, Challenges and Promises of High Speed Silicon Wafer Manufacturing」，（12th Workshop on Crystalline Silicon Solar Cells, Materials and Processes），２００２年）に記載されているように、シリコンストリップを溶融シリコンタンクから基板上に堆積する技術である。ＨＥＭ技術は、次の文献、即ち、シー・ピー・カタック等（C.P. Khattak et al.）著の論文「Current Status of HEM Grown Silicon Ingots」，（NREL/SNL Photovoltaics Program Review Meeting），コロラド州レイクビュー，１９９６年１１月）に記載されているように、立体的なシリコンインゴットを溶融浴から製作する技術である。
【００２２】
非常に良好な結晶品質を有する半導体層２を得るため、半導体層２を例えば、半導体材料の分子ビームエピタキシ（ＭＢＥ）又は化学気相成長法（ＣＶＤ）によって作製するのがよい。レーザを用いると半導体材料を再結晶させることができる。半導体は、例えば、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ダイヤモンド様炭素（Ｃ）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）又はインジウム及びリンを含有した化合物であるのがよい。これら物質は、有利には、高い誘電率（高Ｋ）を有する酸化物層９上に堆積される。
【００２３】
次に、集積回路を半導体層２中に実現するのがよい。本発明の支持体は、全ての集積回路製造技術を実施可能にするかなり高い温度に耐えることができる。
【００２４】
後面上にポリマー材料の層１４を有する支持体１を、前面に設けられた連続した層と同一の連続した層、特に、少なくとも１つダイヤモンド層８、酸化物層９及び半導体層２を後面上に有する支持体１から作製することができる。支持体１の後面上に設けられた層は、支持体１の後面の研磨により除去でき、次に、ポリマー材料の層１４を支持体１の後面上に被着させるのがよい。支持体は基板５の後面７上に設けられた追加の層１０ｂを有する場合、この追加の層１０ｂで研磨を停止するのがよい。支持体が追加の層１０ｂを備えない場合、例えばアルミナで作られた核形成層をポリマー材料層１４の被着前に基板５の後面７上に被着させるのがよい。
【００２５】
支持体１の後面の研磨は、好ましくは、化学的機械的研磨により又はコンベヤベルト上での摩擦により行われ、支持体１は、吸引システムによりコンベヤベルト上に保持される。支持体１の機械的強度は、十分な厚さのグラファイト基板５によって保証される。電子部分を研磨の前又は後に、支持体１の前面上に設けられた半導体層２ａ中に実現できる。
【００２６】
他の電子素子、例えば、受信、送信及び音声合成のための移動電話に必要な全ての受動電子コンポーネントを支持体１の後面上に実現できる。
【００２７】
支持体１の後面上に設けられた電子コンポーネントは、有利には、パッシベーション層１２ａを支持体１の前面上に配置した後に作製される。このように、支持体１を裏返し、従来型一括作製ステップによって電子コンポーネントを後面上に実現することが可能であり、支持体１は、その前面上に配置される。コンポーネントの切断は、製造費を最小限に抑えるために全ての電子コンポーネントを前面及び後面上に実現した後にのみ行われる。
【００２８】
本発明の支持体１は、例えば、約２ｍの長さ及び約０．１ｍの幅を有するのがよい。本発明の支持体は、非常に高性能の受動又は能動電子システム（電子回路）の製造に特に適している。用いられる材料、例えば、ダイヤモンド、グラファイト及びアルミナは、事実、シリコンの誘電率よりも低い誘電率を有し、したがって、支持体に起因する誘電損失は、最小限に抑えられる。この場合、かかる能動又は受動コンポーネントの費用は、減少する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の矩形半導体支持体の特定の実施形態の平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う断面で本発明の矩形半導体支持体の１つの特定の実施形態を示す図である。
【図３】図１のＡ−Ａ線に沿う断面で本発明の矩形半導体支持体の別の特定の実施形態を示す図である。
【図１】
2008522422.tif 000003
【図２】
2008522422.tif 000004
【図３】
2008522422.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成18年7月24日(2006.7.24)
【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】
マイクロエレクトロニクス用の半導体支持体（１）であって、前面（６）及び後面（７）を備えた矩形のグラファイト基板（５）と、前記基板（５）の前記前面（６）上に設けられた少なくとも１つの半導体層（２ａ）とを有する支持体において、前記支持体は、前記基板（５）の前記前面（６）上に設けられた少なくとも第１のスタックを有し、前記第１のスタックは、単結晶ダイヤモンド層（８ａ）、高い誘電率を備えた電気的絶縁性の酸化物層（９ａ）及び前記半導体層（２ａ）を連続状態で有する、支持体。
【請求項２】
前記支持体は、前記基板（５）の前記後面（７）上に設けられた第２のスタックを有し、前記第２のスタックは、単結晶ダイヤモンド層（８ｂ）、高い誘電率を備えた電気的絶縁性の酸化物層（９ｂ）及び半導体層（２ｂ）を連続状態で有する、請求項１に記載の支持体。
【請求項３】
前記支持体は、電気基板（５）の前記後面（７）上に設けられた第２のスタックを有し、前記第２のスタックは、少なくとも１つのポリマー材料層（１４）を有する、請求項１に記載の支持体。
【請求項４】
前記支持体は、前記基板（５）を貫通すると共に前記第１のスタックの前記半導体層（２ａ）を前記第２のスタックに接続する少なくとも１つの電気的接続部（３）を有する、請求項１〜３のいずれかに記載の支持体。
【請求項５】
前記支持体は、前記基板（５）と前記第１のスタック及び（又は）前記第２のスタックとの間に設けられた追加の絶縁層（１０）を有する、請求項１〜４のいずれかに記載の支持体。
【請求項６】
前記支持体は、前記基板と前記第１のスタック及び（又は）前記第２のスタックとの間に設けられた追加の金属層（１０）を有する、請求項１〜４のいずれかに記載の支持体。
【請求項７】
前記酸化物層（９）は、ＡＬ2Ｏ3、ＢａＳｒＴｉＯ3、ＨｆＯ2、Ｌａ2Ｏ3及び希土類酸化物の中から選択された少なくとも１つの化合物から成る、請求項１〜６のいずれかに記載の支持体。
【請求項８】
前記酸化物層（９）は、ＡＬ2Ｏ3及び（又は）ＨｆＯ2及び（又は）希土類酸化物の層を交互に配置して形成される、請求項７に記載の支持体。
【請求項９】
前記支持体は、前記第１のスタック及び（又は）前記第２のスタックを貫通すると共に前記グラファイト基板（５）を前記支持体（１）の外面に結合する少なくとも１つの熱的結合部（１１）を有する、請求項１〜８のいずれかに記載の支持体。
【請求項１０】
前記支持体は、前記支持体（１）の前記外面上に設けられると共に前記熱的結合部（１１）に結合された少なくとも１つのヒートシンク（４）を有する、請求項９に記載の支持体。
【請求項１１】
前記支持体は、前記半導体層（２）上に設けられたパッシベーション層（１２）を有する、請求項１〜１０のいずれかに記載の支持体。
【請求項１２】
電気的絶縁性の酸化物層（９ａ，９ｂ）のうち少なくとも一方は、熱伝導性である、請求項１〜１１のいずれかに記載の支持体。
【請求項１３】
請求項１〜１２のうちいずれか一に記載の半導体支持体を製造する方法において、前記ダイヤモンド層（８）を作製するステップと、前記酸化物層（９）を前記ダイヤモンド層（８）に被着させるステップと、前記半導体層（２）を作製するステップとを連続状態で有する、方法。
【請求項１４】
前記ダイヤモンド層（８）は、プラズマ堆積法又は化学気相成長法によって実現される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記半導体層（２）は、前記酸化物層（９）上への矩形シリコンストリップの分子結合により実現される、請求項１３又は１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記矩形シリコンストリップは、基板上へのリボン成長技術及び熱交換法技術のうちから選択された技術によって実現される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記半導体層（２）は、半導体のエピタキシによって実現される、請求項１３又は１４記載の方法。
【請求項１８】
前記方法は、前記支持体（１）の前記後面の研磨ステップと、前記支持体の前記後面上へのポリマー材料の層（１４）の被着ステップとを連続状態で有する、請求項１３〜１７のいずれかに記載の方法。
【国際調査報告】
2008522422.tif 000006
2008522422.tif 000007
2008522422.tif 000008
2008522422.tif 000009