(57)【要約】【課題】高性能の半導体デバイスを、製造効率が高く製造コストを低く製造するための放熱基板の製造方法およびその製造方法に好適に用いられる複合体を提供する。【解決手段】本放熱基板の製造方法は、半導体ウエハ１０を準備する工程と、半導体ウエハ１０の少なくとも一方の主表面側に、コア体２０ｐｃの表面に金属膜２０ｐｆが形成された複合体２０ｐを吹き付けることにより、半導体ウエハ１０の主表面側に複合体２０ｐで構成される放熱基板２０を形成する工程とを含み、コア体２０ｐｃは金属膜２０ｐｆに比べて融点が高くかつ熱膨張率が低い。本複合体２０ｐは、コア体２０ｐｃと、コア体２０ｐｃの表面に形成された金属膜２０ｐｆと、を含み、コア体２０ｐｃは金属膜２０ｐｆに比べて融点が高くかつ熱膨張率が低い。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウエハを準備する工程と、
前記半導体ウエハの少なくとも一方の主表面側に、コア体の表面に金属膜が形成された複合体を吹き付けることにより、前記半導体ウエハの前記主表面側に前記複合体で構成される放熱基板を形成する工程とを含み、
前記コア体は前記金属膜に比べて融点が高くかつ熱膨張率が低い放熱基板の製造方法。
【請求項２】
前記半導体ウエハを準備する工程の後、前記放熱基板を形成する工程の前に、前記半導体ウエハの前記主表面上に金属層を形成する工程を、さらに含み、
前記放熱基板を形成する工程において、前記金属層の主表面に前記複合体を吹き付けることにより、前記金属層の前記主表面上に前記複合体で構成される前記放熱基板を形成する請求項１に記載の放熱基板の製造方法。
【請求項３】
前記金属層は、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｓｎおよびこれらの任意の組み合わせからなる合金からなる群から選ばれる少なくとも１つを含む請求項２に記載の放熱基板の製造方法。
【請求項４】
前記放熱基板は、熱伝導率が１５０Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1以上で、熱膨張率が３〜１５×１０-6Ｋ-1であり、厚さが１〜５０００μｍである請求項１から請求項３のいずれかに記載の放熱基板の製造方法。
【請求項５】
前記半導体ウエハは、元素半導体、ＩＶ族化合物半導体、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体およびＩＩ−ＶＩ族化合物半導体からなる群から選ばれる少なくとも１つを含む請求項１から請求項４のいずれかに記載の放熱基板の製造方法。
【請求項６】
前記コア体は、Ｗ、Ｍｏ、ＳｉＣ、ＩＩＩ族窒化物および炭素物質からなる群から選ばれる少なくとも１つを含み、
前記金属膜は、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｓｎおよびこれらの任意の組み合わせからなる合金からなる群から選ばれる少なくとも１つを含む請求項１から請求項５のいずれかに記載の放熱基板の製造方法。
【請求項７】
コア体と、前記コア体の表面に形成された金属膜と、を含み、
前記コア体は前記金属膜に比べて融点が高くかつ熱膨張率が低い複合体。
【請求項８】
前記コア体は、Ｗ、Ｍｏ、ＳｉＣ、ＩＩＩ族窒化物、炭素物質からなる群から選ばれる少なくとも１つを含み、
前記金属膜は、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｓｎおよびこれらの任意の組み合わせからなる合金からなる群から選ばれる少なくとも１つを含む請求項７に記載の複合体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハに複合体を吹き付けることにより放熱基板を形成する放熱基板の製造方法およびそれに用いられる複合体に関する。
【背景技術】
【０００２】
光デバイス、電子デバイスなどの半導体デバイスには、通電により半導体層に発生する熱を半導体デバイスの外部に放出するための部品として、放熱基板が一般に採用されている。
【０００３】
汎用の半導体デバイスにおいては、一般に、放熱基板として、Ｃｕ基板、Ａｇ基板、Ａｌ基板などが用いられる。また、かかる放熱基板の改良された放熱基板として、特開２００９−３８１６２号公報（特許文献１）は、ＡｌまたはＡｌ合金からなるヒートシンクの少なくとも一部面上に、ＮｉまたはＮｉ合金などのバッファ層を介してＣｕまたはＣｕ合金からなる金属層が溶射法により設けられた放熱部品を開示する。
【０００４】
また、汎用の半導体デバイスは、一般には、半導体ウエハと放熱基板とを蝋材を介して貼り合わせることにより形成される。たとえば、特開２０１０−２２８９９１号公報（特許文献２）は、ＡｌＮ基板などのセラミックス基板上に、コールドスプレー法により、Ｃｕ粉末などを噴射して蝋材を形成し、蝋材上にＣｕ基板などの金属板を形成することを開示する。
【０００５】
一方、高性能の半導体デバイスにおいては、放熱基板として、Ｗ基板、Ｍｏ基板、ＣｕＷ基板、ＣｕＭｏ基板などが用いられる。かかる高性能の半導体デバイスの放熱基板は、一般には、粉末冶金法により形成される。また、高性能の半導体デバイスは、一般に、Ｗ基板、Ｍｏ基板、ＣｕＷ基板、ＣｕＭｏ基板などの放熱基板に金属層を形成した後、その金属層と半導体ウエハとを、ハンダまたは蝋材を介して貼り合わせることにより形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−３８１６２号公報
【特許文献２】特開２０１０−２２８９９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
汎用の半導体デバイスで用いられるＣｕ基板、Ａｇ基板、Ａｌ基板などは、放熱基板は、その熱膨張係数と半導体ウエハの熱膨張係数との差が大きいため、高性能の半導体デバイスには用いることが困難である。さらに、Ｃｕ基板、Ａｇ基板、Ａｌ基板などの放熱基板の厚さが大きくなると、半導体デバイスにおいて反り、割れおよび／または半導体ウエハと放熱基板との間の剥離などが発生する。また、汎用の半導体デバイスは、上記のように半導体ウエハと放熱基板との貼り合わせにより形成しているため製造効率が低く製造コストが高くなるため、製造効率が高く製造コストが低い製造方法が求められている。
【０００８】
また、高性能の半導体デバイスで用いられるＷ基板、Ｍｏ基板、ＣｕＷ基板、ＣｕＭｏ基板などの放熱基板は、上記のように、粉末冶金法により形成されるため、製造効率が低く製造コストが高く、高価である。また、Ｗ基板、Ｍｏ基板、ＣｕＷ基板、ＣｕＭｏ基板などの放熱基板は、ハンダまたは蝋材との濡れ性が低いため、半導体ウエハとの貼り合わせにおいては、放熱基板上に金属層を形成することが必要であり、半導体デバイスの製造効率が低く製造コストが高くなる。また、Ｗ基板、Ｍｏ基板、ＣｕＷ基板、ＣｕＭｏ基板などの放熱基板上に金属層を形成し、その金属層上にハンダまたは蝋材を介して半導体ウエハを貼り合わせても、貼り合わせる表面の反り、傷、汚れなどにより、貼り合わせ界面にボイドが発生することもある。
【０００９】
本発明は、上記問題点を解決して、高性能の半導体デバイスを、製造効率が高く製造コストを低く製造するための放熱基板の製造方法およびその製造方法に好適に用いられる複合体を提供することを目的とする。本発明は、半導体を用いるメモリＩＣ、ＬＳＩ、パワーデバイス、通信用デバイス、光デバイス、センサ用デバイスおよびこれらのモジュールに適用できる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明にかかる放熱基板の製造方法は、半導体ウエハを準備する工程と、半導体ウエハの少なくとも一方の主表面側に、コア体の表面に金属膜が形成された複合体を吹き付けることにより、半導体ウエハの主表面側に複合体で構成される放熱基板を形成する工程とを含む。ここで、コア体は、金属膜に比べて、融点が高くかつ熱膨張率が低い。
【００１１】
本発明にかかる放熱基板の製造方法において、半導体ウエハを準備する工程の後、放熱基板を形成する工程の前に、半導体ウエハの主表面上に金属層を形成する工程を、さらに含み、放熱基板を形成する工程において、金属層の主表面に複合体を吹き付けることにより、金属層の主表面上に複合体で構成される放熱基板を形成することができる。ここで、金属層は、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｓｎおよびこれらの任意の組み合わせからなる合金からなる群から選ばれる少なくとも１つを含むことができる。
【００１２】
また、本発明にかかる放熱基板の製造方法において、放熱基板は、熱伝導率が１５０Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1以上で、熱膨張率が３〜１５×１０-6Ｋ-1であり、厚さが１〜５０００μｍとすることができる。半導体ウエハは、元素半導体、ＩＶ族化合物半導体、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体およびＩＩ−ＶＩ族化合物半導体からなる群から選ばれる少なくとも１つを含むことができる。
【００１３】
また、本発明にかかる放熱基板の製造方法において、コア体は、Ｗ、Ｍｏ、ＳｉＣ、ＩＩＩ族窒化物および炭素物質からなる群から選ばれる少なくとも１つを含み、金属膜は、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｓｎおよびこれらの任意の組み合わせからなる合金からなる群から選ばれる少なくとも１つを含むことができる。
【００１４】
また、本発明にかかる複合体は、コア体と、コア体の表面に形成された金属膜と、を含み、コア体は、金属膜に比べて、融点が高くかつ熱膨張率が低い。
【００１５】
本発明にかかる複合体において、コア体は、Ｗ、Ｍｏ、ＳｉＣ、ＩＩＩ族窒化物、炭素物質からなる群から選ばれる少なくとも１つを含み、金属膜は、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｓｎおよびこれらの任意の組み合わせからなる合金からなる群から選ばれる少なくとも１つを含むことができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、高性能の半導体デバイスを、製造効率が高く製造コストを低く製造するための放熱基板の製造方法およびその製造方法に好適に用いられる複合体を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明にかかる放熱基板の製造方法の一例を示す概略断面図である。
【図２】本発明にかかる放熱基板の製造方法の別の例を示す概略断面図である。
【図３】本発明にかかる放熱基板の製造方法のさらに別の例を示す概略断面図である。
【図４】本発明にかかる複合材の一例を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
［放熱基板の製造方法］
図１〜３を参照して、本発明のある局面における実施形態である放熱基板の製造方法は、半導体ウエハ１０を準備する工程（図１〜３の（Ａ））と、半導体ウエハ１０の少なくとも一方の主表面側に、コア体２０ｐｃの表面に金属膜２０ｐｆが形成された複合体２０ｐを吹き付けることにより、半導体ウエハ１０の主表面側に複合体２０ｐで構成される放熱基板２０を形成する工程（図１の（Ｂ）〜（Ｃ）、図２〜３の（Ｂ）〜（Ｄ））とを含む。ここで、コア体２０ｐｃは、金属膜２０ｐｆに比べて、融点が高くかつ熱膨張率が低い。かかる製造方法により、熱伝導率が高い放熱基板を高効率で製造することができるため、高性能の半導体デバイスを高効率かつ低コストで製造することができる。
【００１９】
（半導体ウエハの準備工程）
図１〜３の（Ａ）を参照して、本実施形態の放熱基板の製造方法における半導体ウエハ１０を準備する工程において、準備される半導体ウエハは、製造する半導体デバイスの種類に応じてその機能を発現するものであれば特に制限はなく、元素半導体、ＩＶ族化合物半導体、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体およびＩＩ−ＶＩ族化合物半導体からなる群から選ばれる少なくとも１つが好適に挙げられる。ここで、元素半導体にはＳｉ、Ｇｅなどが挙げられ、ＩＶ族化合物半導体にはＳｉＣ、ＳｉＧｅなどが挙げられ、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体にはＡｌＮ、ＧａＮ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰなどが挙げられ、ＩＩ−ＶＩ族窒化物半導体にはＣｄＳｅ、ＺｎＳなどが挙げられる。また、半導体ウエハは、半導体デバイスの機能を発現するものであれば、１層であってもよく、複数の層であってもよい。
【００２０】
（放熱基板の形成工程）
図１の（Ｂ）〜（Ｃ）および図２〜３の（Ｂ）〜（Ｄ）を参照して、本実施形態の放熱基板の製造方法における放熱基板の形成工程において、半導体ウエハ１０の少なくとも一方の主表面側に、コア体２０ｐｃの表面に金属膜２０ｐｆが形成された複合体２０ｐを吹き付けることにより、半導体ウエハ１０の主表面側に複合体２０ｐで構成される放熱基板２０が形成される。ここで、複合体２０ｐにおいて、コア体２０ｐｃは、金属膜２０ｐｆに比べて、融点が高くかつ熱膨張率が低い。
【００２１】
半導体ウエハ１０の少なくとも一方の主表面側に、金属膜２０ｐｆに比べて融点が高くかつ熱膨張率が低いコア体２０ｐｃと、そのコア体２０ｐｃの表面に形成された金属膜２０ｐｆと、を含む複合体２０ｐを、吹き付けることにより、かかる複合体２０ｐで構成されるボイドの発生が抑制された物性が均一な放熱基板２０を高効率で形成することができる。
【００２２】
ここで、得られる放熱基板２０は、特に制限はないが、半導体デバイスに発生する熱を効率よく外部に放出する観点から、その熱伝導率が１５０Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1以上であることが好ましい。また、半導体デバイスの反り、割れ、および／または半導体ウエハと放熱基板との間の剥離を防止する観点から、放熱基板２０の熱膨張係数は３〜１５×１０-6Ｋ-1であることが好ましく、４．５〜１０×１０-6Ｋ-1であることがより好ましい。また、半導体デバイスに発生する熱を効率よく外部に放出する観点から、放熱基板２０の厚さは、１μｍ以上が好ましく、５μｍ以上がより好ましく、コストを低減する観点から、５０００μｍ以下が好ましく、１０００μｍ以下がより好ましい。
【００２３】
また、複合体２０ｐを吹き付ける方法は、特に制限はないが、高効率で放熱基板を形成する観点から、複合体の少なくとも一部を融解、軟化または変形させる各種スプレー法が好適に用いられる。ここで、プラズマ溶射法などにより、複合体の全部（すなわちコア体および金属膜）を融解させると、両者の成分が分離して偏析しやすくなり、また、ボイドが発生しやすくなる。また、プラズマ溶射法などの高い雰囲気温度により金属が酸化されやすくなる。したがって、コア体および金属膜の成分の分離による偏析、ボイドの発生などを抑制ないし防止する観点から、複合体の一部（たとえば、複合体中の金属膜の全部または一部）を軟化または変形させる方法、たとえば、コールドスプレー法、ＨＶＡＦ（Ｈｉｇｈ  Ｖｅｌｏｃｉｔｙ  Ａｅｒｏ  Ｆｕｅｌ）法、ＡＤ（Ａｅｒｏｓｏｌ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などがより好ましい。
【００２４】
また、複合体２０ｐ構成する金属膜２０ｐｆは、吹き付けられた複合体２０ｐが半導体ウエハ１０の主表面側に付着して、複合体２０ｐ間にボイドが発生するのを抑制または防止するように堆積して放熱基板２０を形成することができるものであれば特に制限はないが、ボイドの発生が抑制され物性が均一な放熱基板を形成しやすい観点から、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｓｎおよびこれらの任意の組み合わせからなる合金からなる群から選ばれる少なくとも１つを含むことが好ましい。
【００２５】
また、複合体２０ｐを構成するコア体２０ｐｃは、形成する放熱基板の耐熱性を高めるとともに熱膨張率が低い半導体ウエハとの熱膨張率の差を小さくする観点から、金属膜２０ｐｆに比べて、融点が高くかつ熱膨張率が低いことが必要である。また、形成する半導体デバイスにおいて、反り、割れおよび／または半導体ウエハと放熱基板との剥離を防止する観点から、コア体２０ｐｃの熱膨張係数は、半導体ウエハの熱膨張係数との差が小さいことが好ましく、かかる観点から、３〜１５×１０-6Ｋ-1が好ましく、４．５〜１０×１０-6Ｋ-1がより好ましい。コア体２０ｐｃは、上記の観点から、Ｗ、Ｍｏ、ＳｉＣ、ＩＩＩ族窒化物、炭素物質からなる群から選ばれる少なくとも１つを含むことが好ましい。ここで、ＩＩＩ族窒化物はＩＩＩ族元素と窒素とにより形成されている化合物をいいＡｌＮ、ＧａＮなどが挙げられ、炭素物質は炭素で形成されている物質をいいｃａｒｂｏｎ  ｆｉｂｅｒ、ｆｕｌｌｅｒｅｎｅ、ｇｒａｐｈｉｔｅ、ｄｉａｍｏｎｄなどが挙げられる。
【００２６】
また、コア体２０ｐｃの表面上に金属膜２０ｐｆを形成する方法は、金属膜２０ｐｆを形成できる方法であれば特に制限はなく、メッキ法、金属箔の接合法、ＣＶＤ（化学気相成長）法、プラズマＣＶＤ法、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長）法、蒸着法、スプレー法などが好適に挙げられる。
【００２７】
また、図示しないが、コア体２０ｐｃと金属膜２０ｐｆと間の接合性を高めるため、それらの間に、それらと反応する中間膜を介在させても良い。かかる中間膜は、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉおよびこれらを含む化合物からなる群から選ばれる少なくとも１つを含むことが好ましい。ここで、コア体２０ｐｃの表面上に中間膜を形成する方法は、特に制限はなく、メッキ法、金属箔の接合法、ＣＶＤ（化学気相成長）法、プラズマＣＶＤ法、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長）法、蒸着法、スプレー法などが好適に挙げられる。また、中間膜の表面上に金属膜２０ｐｆを形成する方法は、上述のコア体２０ｐｃの表面上に金属膜２０ｐｆを形成する方法と同様である。
【００２８】
また、複合体２０ｐの大きさは、特に制限はないが、半導体ウエハ１０の主表面側にボイドが発生するのを抑制または防止するように複合体２０ｐを吹き付けやすい観点から、平均径で５〜１５０μｍが好ましく、平均径で１０〜１００μｍがより好ましい。複合体２０ｐの大きさが平均径で５μｍより小さいと均一な吹き付けが困難となり、複合体２０ｐの大きさが平均径で１５０μｍより大きくなると吹き付け速度が低下するとともに均一な不吹き付けが困難となる。
【００２９】
また、複合体２０ｐ中における金属膜２０ｐｆの体積％は、金属膜の体積Ｖfおよびコア体の体積ＶCを用いて１００×Ｖf／（Ｖf＋ＶC）で定義され、５〜７０体積％であることが好ましく、１０〜４０体積％であることがより好ましい。金属膜２０ｐｆの体積％が１０体積％より小さいとボイドが発生しやすくなり、金属膜２０ｐｆの体積％が７０体積％より大きいと放熱基板の熱膨張率が高くなり、半導体デバイスに反り、割れおよび／または半導体ウエハと放熱基板との間の剥離が発生しやすくなる。
【００３０】
ここで、図１（Ｂ）〜（Ｃ）および図２〜３の（Ｂ）〜（Ｄ）を参照して、放熱基板２０の形成工程において、半導体ウエハ１０の少なくとも一方の主表面側に、コア体２０ｐｃの表面に金属膜２０ｐｆが形成された複合体２０ｐを吹き付けることにより、半導体ウエハ１０の主表面側に複合体２０ｐで構成される放熱基板２０を形成させる形態には、以下のいくつかの具体的な形態（実施形態１〜３）がある。
【００３１】
（実施形態１）
図１（Ｂ）〜（Ｃ）を参照して、実施形態１は、半導体ウエハ１０の少なくとも少なくとも一方の主表面に、上記の複合体２０ｐを吹き付けることにより、半導体ウエハ１０の主表面上に上記の複合体２０ｐで構成される放熱基板２０を形成する。かかる実施形態１は、最も基本的でシンプルな形態であり、かかる形態であっても、ボイドの発生が抑制され物性が均一な放熱基板２０を高効率で形成することができるため、高効率かつ低コストで性能の高い半導体デバイスが得られる。
【００３２】
（実施形態２）
図２（Ｂ）〜（Ｄ）を参照して、実施形態２は、半導体ウエハ１０の少なくとも少なくとも一方の主表面に金属層１２を形成し（金属層の形成工程）、その金属層１２の主表面に、上記の複合体２０ｐを吹き付けることにより、金属層１２の主表面上に上記の複合体２０ｐで構成される放熱基板２０を形成する。
【００３３】
かかる実施形態２は、実施形態１において半導体ウエハ１０と放熱基板２０との間に金属層１２を介在させる形態である。かかる金属層１２を介在させることにより、半導体ウエハ１０と放熱基板２０との接合性が高くなり、また、複合体２０ｐの吹き付けによる半導体ウエハ１０へのダメージを低減できるため、半導体デバイスの性能をより高くすることができる。
【００３４】
金属層１２は、特に制限はないが、半導体ウエハ１０と放熱基板２０との接合性を高め、複合体２０ｐの吹き付けによる半導体ウエハ１０へのダメージを低減する観点から、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｓｎおよびこれらの任意の組み合わせからなる合金からなる群から選ばれる少なくとも１つを含むことが好ましい。また、金属層１２は、１層であっても複数の層であってもよい。
【００３５】
金属層１２の厚さは、特に制限はないが、３〜５００μｍが好ましく、５〜１００μｍがより好ましい。金属層１２の厚さが３μｍより小さいと機械的強度が低いため上記の接合性向上およびダメージ低減の効果が少なく、金属層１２の厚さが５００μｍより大きいとコストが高くなる。
【００３６】
また、半導体ウエハ１０の主表面上に金属層１２を形成する方法は、上記の金属層１２を形成できる方法であれば特に制限はなく、メッキ法、金属箔の接合法、ＣＶＤ（化学気相成長）法、プラズマＣＶＤ法、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長）法、蒸着法、スプレー法などが好適に挙げられる。
【００３７】
（実施形態３）
図３（Ｂ）〜（Ｄ）を参照して、実施形態３は、半導体ウエハ１０の半導体ウエハ１０の少なくとも一方の主表面に中間層１１を形成（中間層の形成工程）し、その中間層１１の主表面上に金属層１２を形成し（金属層の形成工程）、その金属層１２の主表面に、上記の複合体２０ｐを吹き付けることにより、金属層１２の主表面上に上記の複合体２０ｐで構成される放熱基板２０を形成する。
【００３８】
かかる実施形態３は、実施形態２において半導体ウエハ１０と金属層１２との間に中間層１１を介在させる形態である。かかる中間層１１には、半導体ウエハ１０と金属層１２との反応を防止することができるものがあり、かかる機能を有する中間層１１をバリヤ層という。また、かかる中間層１１には、半導体ウエハ１０と放熱基板２０との間の応力を緩和することができるものがあり、かかる機能を有する中間層をバッファ層とよぶ。中間層１１は、特に制限はないが、バリヤ層およびバッファ層の少なくともいずれかの機能を有することが好ましく、バリヤ層およびバッファ層の両方の機能を有することがより好ましい。中間層１１は、バリヤ層およびバッファ層の両方の機能を有する観点から、Ｗ、Ｍｏ、およびこれらの合金の少なくとも１つを含むことが好ましい。また、中間層１１は、１層であっても、複数の層であってもよい。中間層１１が複数の層である場合、その中の少なくとも１つの層がバリヤ層であり、他の層がバッファ層であってもよい。
【００３９】
（熱処理工程）
図１の（Ｃ）および図２〜３の（Ｄ）を参照して、上記の実施形態における放熱基板の製造方法は、半導体ウエハ１０の少なくとも一方の主表面側に放熱基板２０を形成した後、放熱基板２０を熱処理する工程をさらに含むことができる。かかる熱処理により、放熱基板２０の熱伝導率を高めることができる。ここで、熱処理条件は、特に制限はないが、放熱基板を構成する複合体間の結合力を高めるとともに酸化物を除去する観点から、非酸化雰囲気または還元雰囲気下で２００〜６００℃が好ましい。ここで、非酸化雰囲気とはＨｅガス、Ａｒガス、Ｎ2ガスなどの不活性ガス雰囲気、還元雰囲気とはＨ2ガスなどの還元性ガス、上記還元性ガスと上記不活性ガスとの混合ガスなどの雰囲気である。
【００４０】
上記の実施形態の放熱基板の製造方法において、半導体ウエハ上に十分に厚い放熱基板を形成することにより、自立の放熱基板が得られる。
【００４１】
［複合体］
図４を参照して、本発明の別の局面における実施形態である複合体２０ｐは、コア体２０ｐｃと、コア体２０ｐｃの表面に形成された金属膜２０ｐｆと、を含み、コア体２０ｐｃは、金属膜２０ｐｆに比べて、融点が高くかつ熱膨張率が低い。かかる複合体２０ｐを、半導体ウエハ１０の少なくとも一方の主表面に、吹き付けることにより、かかる複合体２０ｐで形成されるボイドの発生が抑制され物性が均一な放熱基板２０を高効率で形成することができるため、高性能の半導体デバイスを高効率かつ低コストで製造することができる。
【００４２】
かかる複合体２０ｐを構成する金属膜２０ｐｆおよびコア体２０ｐｃ、金属膜２０ｐｆの形成方法、中間膜の有無、中間膜の形成方法、複合体２０ｐの大きさ、ならびに複合体２０ｐにおける金属膜２０ｐｆの体積％などは、上述のとおりであり、ここでは繰り返さない。
【００４３】
なお、本発明にかかる放熱基板の製造方法により半導体ウエハ上に放熱基板を形成させた後に、半導体ウエハを除去することにより、単体の放熱基板が得られる。すなわち、本発明にかかる放熱基板の製造方法により半導体ウエハ上に十分に厚い放熱基板を形成させた後、半導体ウエハを除去することにより、単体の放熱自立基板が得られる。ここで、半導体ウエハの除去方法には、特に制限はなく、剥離、研削、研磨、エッチングなどの方法が挙げられる。
【００４４】
さらに、本発明にかかる放熱基板の製造方法において用いた半導体ウエハに替えてガラス基板、セラミックス基板、カーボン基板、ＮａＣｌなどの無機金属塩の基板などの種々の基板を用いることができる。特に、水溶性のＮａＣｌ基板は、その上に放熱基板をスプレー法により形成した後、水によりＮａＣｌ基板を溶解させることにより、容易に単体の放熱基板が得られる観点から、好適である。
【００４５】
また、本発明にかかる放熱基板の製造方法により得られた半導体ウエハ上に形成された放熱基板をそのまま分割して、それを放熱体として用いることができる。特に、半導体ウエハがＳｉウエハなどのように熱膨張率が低くかつ熱伝導率が高い場合は、半導体ウエハ上に形成された放熱基板をそのまま分割してそれを放熱体とすることが好適である。ここで、Ｓｉウエハに替えて、Ｓｉウエハ以外の熱膨張率が低くかつ熱伝導率が高いウエハ、たとえば、Ｍｏウエハ、Ｗウエハ、ＡｌＮウエハ、ＳｉＣウエハ、Ａｌ2Ｏ3ウエハなどを用いることができる。
【実施例】
【００４６】
以下の実施例により、さらに具体的に説明する。
（実施例１）
１．半導体ウエハの準備
図２（Ａ）を参照して、半導体ウエハ１０として、直径が２インチ（５．０４ｃｍ）で厚さが３００μｍのＳｉウエハを準備した。このＳｉウエハの主表面の算術平均粗さＲａ（ＪＩＳ  Ｂ０６０１−２００１に規定する算術平均粗さＲａをいう。以下同じ。）は０．１８μｍであった。
【００４７】
２．金属層の形成
図２（Ｂ）を参照して、Ｓｉウエハ（半導体ウエハ１０）の主表面上に、無電解メッキにより、金属層１２として厚さ５μｍのＣｕ層を形成した。
【００４８】
３．複合体の調製
図４を参照して、純度が９９．９質量％以上で直径が４０μｍのＷ粉末を準備した。このＷ粉末（コア体２０ｐｃ）の表面上に、無電解メッキ法により、厚さ２μｍのＣｕ膜（金属膜２０ｐｆ）を形成することにより、複合体２０ｐを形成した。かかる複合体２０ｐにおいて、Ｗ粉末（コア体２０ｐｃ）は８６．４体積％であり、Ｃｕ膜（金属膜２０ｐｆ）は１３．６体積％であった。
【００４９】
４．放熱基板の形成
図２（Ｃ）〜（Ｄ）を参照して、上記のＣｕ層（金属層１２）の主表面上に、コールドスプレー法で、上記の複合体２０ｐを吹き付けることにより、厚さ３．５ｍｍの放熱基板２０を形成した。
【００５０】
ここで、複合体２０ｐの吹き付け条件は以下の通りであった。吹き付けには、Ｈｅガスを使用した。なお、上記Ｈｅガス以外にも、Ｎ2ガス、Ａｒガス、およびこれらのガスとＨ2ガスとの混合ガスなどが使用可能であった。
【００５１】
吹き付けガス圧は４ＭＰａとした。なお、吹き付けガス圧は、２〜５ＭＰａが好ましく、２〜４ＭＰａがより好ましかった。吹き付けガス圧が２ＭＰａより小さいと放熱基板にボイドが発生しやすくなり、吹き付けガス圧が５ＭＰａより大きいと半導体ウエハを劣化させるおそれがあった。
【００５２】
吹き付けガス温度は、熱電対により測定して、８００℃とした。なお、吹き付けガス温度は、７００〜１０００℃が好ましく、７００〜９００℃がより好ましかった。吹き付けガス温度が７００℃より低いと放熱基板にボイドが発生しやすくなり、吹き付けガス温度が１０００℃より高いと半導体ウエハを劣化させるおそれがあった。
【００５３】
吹き付けの際の複合体２０ｐの速度は、ＣＣＤカメラで撮影された複合体の画像を解析したところ、８００ｍ／ｓであった。なお、複合体２０ｐの速度は、７００〜１０００ｍ／ｓが好ましかった。複合体２０ｐの速度が７００ｍ／ｓより低いと放熱基板にボイドが発生しやすくなり、複合体２０ｐの速度が１０００ｍ／ｓより高いと半導体ウエハを劣化させるおそれがあった。
【００５４】
形成された放熱基板は、断面を金属顕微鏡で観察したところ、複合体２０ｐで形成されており、Ｃｕ膜中にＷ粉末が均一に分散しており、直径が５０μｍ以上のボイドは認められなかった。
【００５５】
５．放熱基板の熱処理
図２（Ｄ）を参照して、形成された放熱基板２０を、Ｈ2ガス雰囲気中６００℃で１時間熱処理した。熱処理雰囲気は、還元雰囲気であるＨ2ガス雰囲気以外にも、非酸化雰囲気であるＮ2ガスとＨ2ガスとの混合ガス雰囲気でもよかった。熱処理温度は、２００〜６００℃が好ましかった。熱処理温度が２００℃より低いと放熱基板２０の熱伝導率を高める効果が低くなり、熱処理温度が６００℃より高いと半導体ウエハを劣化させるおそれがあった。熱処理時間は、０．２〜１時間が好ましかった。熱処理時間が０．２時間より短いと放熱基板２０の熱伝導率を高める効果が低くなり、熱処理時間が１時間より長いと装置寿命が短くなるおそれがあった。
【００５６】
６．放熱基板の物性測定
上記のようにして得られた放熱基板２０の熱伝導率は、放熱基板から切り出された直径が１０ｍｍで厚さが２ｍｍのサンプルをレーザーフラッシュ法により測定したところ、１６２Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1と高かった。また、放熱基板２０の熱膨張率は、放熱基板から切り出された×４ｍｍ×２０ｍｍ×厚さ３ｍｍのサンプルを、２５〜２００℃において本実施例で得られた放熱基板と同じ元素組成を有する溶浸法で作製されたＣｕＷ合金（熱膨張率６．５×１０-6Ｋ-1）を基準物質として比較測定法により測定したところ、６．６×１０-6Ｋ-1であり、基準物質とほぼ同じであった。また、Ｓｉウエハ（半導体ウエハ１０）と放熱基板２０との接合強度は、直径２インチ（５．０８ｃｍ）のＳｉウエハと放熱基板との接合体について引張試験を行なったところ、１３ＧＰａと極めて大きかった。
【００５７】
今回開示された実施形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明でなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内のすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００５８】
１０  半導体ウエハ、１１  中間層、１２  金属層、２０  放熱基板、２０ｐ  複合体、２０ｐｃ  コア体、２０ｐｆ  金属膜。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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