[發明專利]一種高功率半導體器件散熱用單晶碳化硅金屬化復合陶瓷片

在審

• 申請號: 202210401281.6
• 申請日: 2022-04-18
• 公開（公告）號: CN114804930A
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 潘遠志;鄧敏航;劉鑫
• 申請（專利權）人: 蘇州博志金鉆科技有限責任公司
• 主分類號: C04B41/90
• 分類號: C04B41/90;H01L23/373
• 代理公司: 北京中創博騰知識產權代理事務所(普通合伙) 11636
• 代理人: 陳斌

本發明公開了一種高功率半導體器件散熱用單晶碳化硅金屬化復合陶瓷片，包括以下步驟，步驟一，基體處理；步驟二，沉積打底層；步驟三，沉積蓄熱層；步驟四，沉積功能層；步驟五，沉積擴散阻擋層；步驟六，沉積焊接層；該發明安全、可靠，相比較傳統的單晶碳化硅復合陶瓷片，本發明采用的單晶碳化硅金屬化散熱復合陶瓷片，能夠完全滿足芯片對高度可靠和穩定功能的需求，實現為元器件提供機械支持、保護、散熱及焊接全流程國產化；一方面能夠使得單晶碳化硅高散熱性能得以發揮，另一方面能夠使其與芯片進行連接，并且能夠實現很好的導電效果，本結構能達到性能穩定而且環保的效果，而且沉積工藝易于大規模工業化量產。

技術領域

本發明涉及半導體器件焊接技術領域，具體為一種高功率半導體器件散熱用單晶碳化硅金屬化復合陶瓷片。

背景技術

隨著5G時代的到來以及信息技術的不斷發展，半導體器件功率進一步提升，如激光器從原來的15W-20W激增至30W，甚至達到35W的超高功率，而目前接菌此類超高功率散熱問題的散熱基板，如氮化鋁熱沉，只有從日本進口，而價格高昂，成為國內高功率散熱的卡脖子產品，我國急需一種更有效的國產替代方案，碳化硅作為第三代寬禁帶半導體的核心材料之一,相對于傳統的硅和砷化鎵等半導體材料,具有禁帶寬度大、載流子飽和遷移速度高、熱導率高、臨界擊穿、場強高等諸多優異的性質，其良好的性能可以滿足現代電子技術的新要求；單晶碳化硅作為在超高溫環境下使用、耐輻射器件的新型才材料，其應用于高功率芯片半導體器件散熱材料仍是空白；因此，現階段發明出一種高功率半導體器件散熱用單晶碳化硅金屬化復合陶瓷片是非常有必要的。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高功率半導體器件散熱用單晶碳化硅金屬化復合陶瓷片，以解決上述背景技術中提出的問題。

為了解決上述技術問題，本發明提供如下技術方案：一種高功率半導體器件散熱用單晶碳化硅金屬化復合陶瓷片，包括以下步驟，步驟一，基體處理；步驟二，沉積打底層；步驟三，沉積蓄熱層；步驟四，沉積功能層；步驟五，沉積擴散阻擋層；步驟六，沉積焊接層；

其中上述步驟一中，根據實際需求將基體為單晶碳化硅的陶瓷片基體進行研磨與拋光，一般厚度為0.2-0.5mm；然后將研磨拋光后的單晶碳化硅基體做前清理處理，依次在丙酮、無水乙醇和去離子水中超聲清洗并吹干；

其中上述步驟二中，采用磁控濺射技術，在單晶碳化硅基體上沉積打底層，打底層材料為鈦或者鉻，沉積厚度為0.05um-0.2um；

其中上述步驟三中，采用磁控濺射技術，在單晶碳化硅基體上沉積蓄熱層，蓄熱層材料為銅，沉積厚度為3um-80um；

其中上述步驟四中，采用磁控濺射技術，在單晶碳化硅基體上沉積功能層，功能層材料為鎳和金，先在銅層上沉積鎳層，厚度約為0.1um-3um；再在鎳層上沉積金層，厚度為0.1um-1um；

其中上述步驟五中，采用磁控濺射技術，在單晶碳化硅基體上沉積擴散阻擋層，擴散阻擋層材料為鉑，厚度為0.1-0.9um；

其中上述步驟六中，采用磁控濺射技術，在單晶碳化硅基體上沉積焊接層，焊接層材料為金錫合金，一般為Au₂₀Sn₈₀合金，厚度為4-8um。

根據上述技術方案，所述步驟二中鈦和鉻都是和陶瓷結合力較強的金屬，而其他金屬化層與陶瓷直接結合力較弱，鈦和鉻很好地提高了金屬化層與單晶碳化硅基體的結合力。

根據上述技術方案，所述步驟三中沉積的銅層厚度主要取決于通過電流的大小和銅的熱應力，通過電流越大，所需銅層厚度越厚；而銅層的熱膨脹系數遠大于基體單晶碳化硅，在沉積過程中若加工溫度過高，則需減小銅層的厚度。

根據上述技術方案，所述步驟四中鎳層和金層作為功能層，其致密度高、結合強度高、導熱效能優異；而且能夠提高工件的硬度、耐磨性、耐腐蝕性、承載性、抗熱氧化性。