一种用于集成电路的金刚石散热基板及其制备方法与流程

本申请涉及集成电路基板，尤其涉及一种用于集成电路的金刚石散热基板及其制备方法。

背景技术：

1、在高功率或高频电子应用中，随着元件开关速度的增加，产生的热量随之增加，导致需要散发的热功率密度更高，这也受到电子元件尺寸减小的影响，对性能的要求越来越高热管理组件。然而，良好的导热性本身并不是关键，如金刚石被广泛认为是自然界中最好的导热材料，尽管在没有掺杂杂质的情况下不具有导电性，但其晶格结构和强共价电子键的独特组合导致通过声子的巨大导热能力。这种类型的热流也以波和波包的形式出现在一些其他绝缘材料中。结合其低介电损耗、低摩擦系数、大范围光谱的透明度、高硬度和化学惰性，金刚石无疑是一种特殊的材料选择。这组特定属性使金刚石成为热管理工具，尤其是热管理设备的理想候选者。但采用金刚石作为热管理材料，发热部件和散热器之间的不均匀接触导致无法快速传导多余的热量并抑制“热点”的形成，从而严重降低电子设备的性能和效率。

技术实现思路

1、本申请是鉴于上述课题而进行的，其目的在于，提供一种热管理效果好，应用于大功率密度的电子器件中的金刚石散热基板。

2、本申请的第一方面提供了一种用于集成电路的金刚石散热基板，包括金刚石层，以及依次镀射于金刚石层上的种子层和金属化层，所述种子层为能与c元素形成碳化物的金属。

3、所述种子层为钛、镍、铬金属中的至少一种。

4、所述金属化层为金、铜、银金属中的至少一种。

5、所述金属化层还包含隔离层，所述隔离层位于种子层一侧，所述隔离层为铂金属中的至少一种。

6、所述种子层的厚度为10～200nm，所述金属化层的厚度为50～1000nm。

7、所述隔离层的厚度为10～200nm。

8、本申请的第二方面提供了一种用于集成电路的金刚石散热基板的制备方法，包括以下步骤：

9、1)利用mpcvd在硅衬底上生长多晶金刚石薄膜；

10、2)生长完成后去除衬底，使用激光将金刚石薄膜切割成一定大小的金刚石片，并对金刚石片进行双面的研磨、抛光处理和清洗；

11、3)将金刚石片采用热蒸镀或pvd对其镀射10～100nm的种子层；

12、4)完成镀射后加热至800～1200℃，保温10分钟，随后降温至600～1000℃，完成退火处理；

13、5)然后在600～1000℃的范围镀射金属化层，存在隔离层时，逐层镀射隔离层、隔离层和金属化层；

14、6)降温至室温后破真空，取出产品。

15、所述步骤2)中研磨、抛光处理后的金刚石片的粗糙度30nm以下。

16、所述步骤3)和4)中的升温和降温速率为每分钟1～10℃。

17、所述金属化层的镀射厚度为50nm。

18、所述步骤3)中热蒸镀或pvd的条件为10-8pa真空条件下，通入100sccm氩气，升温至600～1000℃环境下，利用金属靶材对其镀射10～100nm的种子层。

19、本申请的有益效果：该金刚石散热基板通过对金刚石进行特定的金属化，尤其是采用金属种子层与c元素形成碳化物，并控制温度、时间、升温速率、降温速率、气体环境、气压、真空度等的工艺来实现更好的结合力，通过特定的温度与退火处理，实现层与层之间的原子相互扩散，提高层与层的结合力。

技术特征：

1.一种用于集成电路的金刚石散热基板，其特征在于，包括金刚石层，以及依次镀射于金刚石层上的种子层和金属化层，所述种子层为能与c元素形成碳化物的金属。

2.根据权利要求1所述的金刚石散热基板，其特征在于，所述种子层为钛、镍、铬金属中的至少一种。

3.根据权利要求1或2所述的金刚石散热基板，其特征在于，所述金属化层为金、铜、银金属中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的金刚石散热基板，其特征在于，所述金属化层还包含隔离层，所述隔离层位于种子层一侧，所述隔离层为铂金属中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的金刚石散热基板，其特征在于，所述种子层的厚度为10～200nm，所述金属化层的厚度为50～1000nm。

6.一种用于集成电路的金刚石散热基板的制备方法，其特征在于,包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中研磨、抛光处理后的金刚石片的粗糙度30nm以下。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤3)和4)中的升温和降温速率为每分钟1～10℃。

9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述金属化层的镀射厚度为50nm。

10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中热蒸镀或pvd的条件为10-8pa真空条件下，通入100sccm氩气，升温至600～1000℃环境下，利用金属靶材对其镀射10～100nm的种子层。

技术总结
本申请提供了一种用于集成电路的金刚石散热基板，包括金刚石层，以及依次镀射于金刚石层上的种子层和金属化层，所述种子层为能与C元素形成碳化物的金属。其通过利用MPCVD在硅衬底上生长多晶金刚石薄膜；再将金刚石片采用热蒸镀或PVD对其镀射种子层；完成镀射后加热至800～1200℃，随后降温至600～1000℃，完成退火处理；然后镀射金属化层，获得产品。该金刚石散热基板通过对金刚石进行特定的金属化，尤其是采用金属种子层与C元素形成碳化物，并控制温度、时间、升温速率、降温速率、气体环境、气压、真空度等的工艺来实现更好的结合力，通过特定的温度与退火处理，实现层与层之间的原子相互扩散，提高层与层的结合力。

技术研发人员：陈祺,张星
受保护的技术使用者：化合积电（厦门）半导体科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4