[发明专利]一种铜-金刚石复合镀层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金刚石薄膜技术及金刚石复合电镀技术领域，特别涉及一种铜-金刚石复合镀层及其制备方法。

背景技术

随着微电子技术高速发展，半导体集成电路封装密度越来越高。高功率集成电路、半导体发光器件、激光二极管阵列和微波器件常因散热问题而限制了其功率水平的提升。现有的电子热沉材料，如Cu/Invar/Cu(CIC)，Cu/Mo/Cu(CMC)，Ni/Mo/Ni等镶嵌材料，其热导率和热膨胀系数虽可根据镶嵌组合厚度来调整热导率和热膨胀系数，但整体效果是使热导率大幅度降低，难以满足未来高功率器件的散热需求，迫切需要开发研制具有高热导率，且热膨胀系数与半导体材料相匹配的新型微电子封装材料。

目前新型电子封装材料的研究与制备已经成为各国争相研发的热点。金刚石是已知的材料中热导率最高的物质，常温下热导率为2200W/m.K，热膨胀系数约为(0.86±0.1)×10^-6K^-1，且室温下金刚石是绝缘体，在半导体和光学等方面具有很多优良特性，但是纯金刚石难以成型加工，且成本很高，纯金刚石热沉难以在工业界广泛应用。铜(热导率383W/m.K)是具有较高热导率的金属材料，且成型加工方便，如能在铜上沉积金刚石膜，利用金刚石膜的高热导性能从微电子器件上将热量传输到铜散热器上，然后将热量散发到空气等介质中，铜可加工成各种增大散热面积的形状，是一种理想组合热沉。然而铜与金刚石化学相容性很差，铜与金刚石的润湿角达140°，且铜与金刚石的热膨胀系数差达16×10^-6/K。直接在铜上沉积金刚石膜形核率很低，即使采用增强形核处理，形成的金刚石膜在金刚石沉积结束后冷却时直接从铜基体上脱落，膜/基结合力很低；在铜基体上预沉积过渡层碳化物形成元素(如Cr，W，Mo，Ti，Si等)虽然能较大幅度提高金刚石膜/基结合力，但因增加过渡层后，金刚石与铜之间的热阻大幅度增加，铜基体沉积金刚石膜后整体热导率提高并不明显。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺点和不足，本发明的首要目的在于提供一种铜-金刚石复合镀层，该铜-金刚石复合镀层中金刚石的体积浓度高，用作CVD金刚石的过镀层，沉积出的CVD金刚石膜具有镶嵌结构界面，大幅度的提高CVD金刚石膜/基界面结合力。

本发明的另一目的在于提供一种上述铜-金刚石复合镀层的制备方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种铜-金刚石复合镀层，所述复合镀层从下到上由铜镀层、铜-金刚石复合上砂镀层和铜加固层组成。

所述铜-金刚石复合上砂镀层和铜加固层的铜层厚度总和为金刚石颗粒高度的80～90％；所述铜镀层的厚度为1～2μm。

上述的一种铜-金刚石复合镀层的制备方法，包括以下步骤：在工件表面先用电镀法沉积铜镀层(称为底镀)，然后在铜镀层的表面沉积铜-金刚石复合上砂镀层(称为上砂镀)，最后在铜-金刚石复合上砂镀层的表面沉积铜加固层，即得到铜-金刚石复合镀层。

上述的一种铜-金刚石复合镀层的制备方法，包括以下具体步骤：

(1)配制底镀铜镀液：所述底镀铜镀液包括以下按质量体积比计的组分：碱式碳酸铜(Cu₂(OH)₂CO₃)55～65g/L、乙二胺四乙酸(EDTA)10～20g/L、柠檬酸(C₆H₈O₇)250～290g/L、酒石酸钾钠(C₄O₆H₂KNa)40～50g/L和碳酸氢铵(NH₄HCO₃)15～20g/L，；将上述组分加入蒸馏水中溶解，调节pH值至8.3～9.5，制得底镀铜镀液，将所得底镀铜镀液装在底镀槽中备用；