[发明专利]一种在金刚石/铜复合基体表面制备Mo/AlN/BN涂层的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合材料表面处理，尤其是涉及一种在金刚石/铜复合基体表面制备Mo/AlN/BN涂层的方法。

背景技术

在集成电路领域，由于集成度迅猛增加，导致芯片发热量急剧上升，使得芯片寿命下降，其原因是因为在微电子集成电路以及大功率整流器件中，材料之间散热性能不佳而导致的热疲劳以及热膨胀系数不匹配而引起的热应力造成的，因此要求封装材料必须满足散热优异、与硅材料热膨胀系数匹配等要求（[1]G.R.Blackwell.The electronic packaging handbook,CRC Press,2002.）。从目前电子封装技术发展趋势来看，单一基体的各种封装材料无法满足各方面性能的综合要求，只有金属基复合材料才能全面满足如上的要求。新型金刚石/铜复合材料可克服传统金属/金属复合材料的屈服产生迟滞现象以及密度比较大等问题，成为金属基复合封装材料的研究热点，有望成为高性能电子封装材料的首选（[2]Th.Schubert,B.Trindade,T.B.Kieback.Materials Science and Engineering:A,475(2008)39.）。由于电子封装对基座的绝缘要求，因此在使用金刚石/铜复合材料的同时，需要开发相应的绝缘材料，在保持基材良好的散热基础上，还需要起到绝缘作用。AlN由于其优异导热及绝缘性能，可作为该绝缘、导热材料使用。

AlN是Al、N唯一稳定的化合物，具有六方纤锌矿晶体结构，作为近些年来备受关注的Ⅲ-Ⅴ宽禁带直接带隙化合物半导体材料，具有高热导率、低相对介电常数、高电绝缘性、耐高温、耐腐蚀、无毒、良好的力学性能以及与硅相匹配的热膨胀系数（20～500℃，4.6×10^-6K^-1）等一系列优良性能。体材AlN的能带间隙为6.2eV，还可用来制造蓝光二极管、短波长激光发射器、紫外光探测器等（[3]W.M.Yim,E.J.Stofko,P.J.Zanzucchi,et al.J.Appl.Phys.,44(1973)292.）。此外，AlN还具有优异的电声学及压电性能，声波在AlN中的传播速度可高达11350m/s，可应用于声波及表面声波探测器，在微波探测领域有着重要而广泛的应用前景。

AlN材料由于其优异的电绝缘及导热性能，被认为是替代现有SiO₂的理想栅极绝缘材料，并广泛应用于高温高功率半导体器件绝缘层（[4]A.Fathimulla,A.A.Lakhani.J.Appl.Phys.,54(1983)4586.）。对于AlN绝缘层而言，其AlN绝缘层的制备方法很多，如磁控溅射、反应蒸发、分子束外延、脉冲激光沉积等物理气相沉积方法及化学气相沉积方法。相比较而言，反应蒸发、分子束外延、脉冲激光沉积，这些方法膜层沉积速度较慢，膜基结合欠佳，化学气相沉积也存在速率较慢问题，且设备复杂，反应气体一般有毒性及污染性。而磁控溅射具有使用灵活，使用范围广，膜层纯度高，沉积速率快，基体涂覆性好，以及膜层致密度高、均匀性好、膜基结合力强、膜层平整性高等特点（[5]H.Hahn,R.Averback.J.Appl.Phys.,67(1990)111.）。在电子封装材料领域，反应磁控溅射制备AlN薄膜成为近年来的研究热点。A Randolph早在1996年使用磁控溅射方法，在1:1的N₂：Ar环境中溅射Al靶，产生Al原子或原子团与N原子化合形成AlN涂层，涂层介电强度可达到几兆伏/厘米。MWolborski使用PVD方法制备出AlN薄膜的相对介电系数为8.8（[6]M.Wolborski,D.Rosén,A.Hallén,M.Bakowski.Thin Solid Films,515(2006)456.）。S Marauska等使用PVD方法制备出较低介电损耗角正切的AlN薄膜（[7]Marauska S,Hrkac V,Dankwort T.Microsystem technologies,18(2012)787.）。需要指出，在制备AlN膜层材料的过程中，存在沉积腔室残余氧及泵污染等情况，会使得AlN涂层中残存少量的C、O元素；同时AlN膜层在空气中表面易形成氧化层，使得表面大量含O。杂质元素的存在以及氧化层的产生会急剧降低AlN涂层的介电、热导及其他性能，因此制备AlN涂层时需严格控制残余O等杂质元素的存在（[8]U.Figueroa,O.Salas,J.Oseguera.Thin Solid Films,469–470(2004)295.）。

发明内容