CN102479760A

CN102479760A - 具氮化铝薄膜的热扩散元件及其制作方法

Info

Publication number: CN102479760A
Application number: CN2010106007379A
Authority: CN
Inventors: 岑尚仁; 林溥如; 陈建亨
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-11-24
Filing date: 2010-12-20
Publication date: 2012-05-30
Also published as: TW201221353A; TWI490117B; US20120127659A1

Abstract

本发明是有关于一种具氮化铝薄膜的热扩散元件及其制作方法，包含：一基板，基板的组成可为单一材质、多层结构、或复合材料；及一氮化铝薄膜，其设于该基板的表面，该氮化铝薄膜的厚度是介于1nm至10μm之间，而该氮化铝薄膜是作为热传输媒介；尤指将置于其上的发热元件所产生的热传输至基板，再经由基板将热传至散热鳍片。

Description

具氮化铝薄膜的热扩散元件及其制作方法

技术领域

本发明是关于一种具氮化铝薄膜的热扩散元件及其制作方法，尤指一种使用镀膜工艺制造的具氮化铝薄膜的热扩散元件及其制作方法。

背景技术

随着电子产业的蓬勃发展，各种高功率元件的应用越来越广泛。对于高功率元件而言，若无法改善散热效果，往往容易造成电路元件或半导体元件使用寿命大幅缩短。

氮化铝为一种良好的散热材料。一般而言，氮化铝的散热元件多采用烧结方式所制作的块材式氮化铝。然而，一般使用烧结法制作的氮化铝块材，需于1400至1900℃的高温条件下制作。由于烧结过程不易控制，往往不易得到良好烧结的氮化铝，且容易出现批次瑕疵(run to rundifference)。此外，若烧结条件控制不当，所形成的氮化铝块材可能会有孔洞过多的问题，造成氮化铝块材的机械与热传导特性不佳的缺点。若使用这种特性不佳的氮化铝块材，容易造成产品可靠度降低。

另一方面，以烧结方式所制作的块材式氮化铝，若应用于散热元件上，因块材体积较大，所消耗的材料也多。

因此，目前极需发展出一种氮化铝的散热元件及其制作方法，以解决烧结所形成的氮化铝块材容易产生批次瑕疵的问题，而提升产品的可靠度、降低工艺难度与制造成本。

发明内容

本发明的主要目的是在提供一种具氮化铝薄膜的热扩散元件，以与现今半导体工艺整合在一起。

本发明的另一目的是在提供一种具氮化铝薄膜的热扩散元件的制作方法，能制作出不具批次瑕疵的氮化铝散热元件。

为达成上述目的，本发明的具氮化铝薄膜的热扩散元件，包括：一基板，其具有一上表面、及一下表面，且基板可为一单一材质基板、一具有多层结构的基板、或一由复合材料所组成的基板；以及一氮化铝薄膜，其设于基板的上表面，氮化铝薄膜的厚度介于1nm至10μm之间，且氮化铝薄膜是作为热传输媒介。

此外，本发明的具氮化铝薄膜的热扩散元件的制作方法，包括下列步骤：(A)提供一基板，其具有一上表面、及一下表面；以及(B)形成一氮化铝薄膜于基板的上表面上，其中氮化铝薄膜的厚度是介于1nm至10μm之间，且氮化铝薄膜是作为热传输媒介。

由于本发明的具氮化铝薄膜的热扩散元件及其制作方法，未使用烧结方式制作，故可改善以烧结工艺所制作的氮化铝块材因工艺不易控制而易产生批次瑕疵的缺点。同时，本发明的氮化铝薄膜的热扩散元件及其制作方法，更可与一般半导体工艺整合在一起，而可应用于多种电子元件上。

由于本发明的氮化铝薄膜的热扩散元件及其制作方法是采用镀制的方式形成氮化铝薄膜，故基板的材质、形状、结构均无特殊限制。于本发明的氮化铝薄膜的热扩散元件及其制作方法中，基板可为一硬质基板、或一软质基板。关于基板的具体例子可为：一硅基板、一金属基板、一玻璃基板、一塑料基板、一陶瓷基板、一镀有金属膜的硅基板、一碳-碳复合材质基板、一镀有金属膜的碳-碳复合材质基板、或一具有多层膜结构的基板。此外，基板甚至可为一半导体芯片、或一具有线路的封装基板。其中，金属基板或金属膜的材料可为铜、金、白金、钨、钛、铝、银、镍、或其合金等金属；且金属基板亦可为一不锈钢基板。再者，基板的欲镀制的表面型态并无特殊限制，可为一平面基板、或一图案化基板。

另一方面，于本发明的氮化铝薄膜的热扩散元件及其制作方法中，氮化铝薄膜可透过各式可行的沉积方法镀制至基板上，如：直流真空溅镀、脉冲式直流真空溅镀、磁控溅镀、射频溅镀系统、蒸镀法、化学气相沉积法、电浆辅助化学气相沉积法、感应耦合式电浆沉积法、或微波电子回旋共振沉积法、原子气相沉积法等各种薄膜工艺。较佳为，氮化铝薄膜是透过直流真空溅镀、脉冲式直流真空溅镀、射频溅镀、磁控溅镀、化学气相沉积法、以及原子气相沉积法所形成。

此外，于本发明的氮化铝薄膜的热扩散元件的制作方法中，可先于基板上形成一散热鳍片，或于氮化铝薄膜形成后再形成散热鳍片。亦即，于本发明的制作方法中，于步骤(A)中，基板的下表面上设置有一散热鳍片；或者于步骤(B)后还包括一步骤(C)：贴附一散热鳍片于基板的下表面上。据此，本发明所形成的热扩散元件，可还包括一散热鳍片，其设于基板的下表面上。

再者，于本发明的氮化铝薄膜的热扩散元件及其制作方法中，氮化铝薄膜的厚度可介于1nm至10μm之间。较佳为，氮化铝薄膜的厚度是介于10nm至1μm之间。更佳为，氮化铝薄膜的厚度是介于10nm至500nm之间。

附图说明

图1是本发明实施例1所使用的直流真空溅镀系统的示意图。

图2是本发明实施例1的具氮化铝薄膜的热扩散元件的示意图。

图3是本发明实施例4的具氮化铝薄膜的热扩散元件的示意图。

主要元件符号说明

10 真空腔室 11 直流电源供应器

12 溅镀气体入口 13 铝金属板

14 基板 15 氮化铝薄膜

16 抽气出口 17 散热鳍片

具体实施方式

以下是通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟习此技艺的人士可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可针对不同观点与应用，在不悖离本创作的精神下进行各种修饰与变更。

实施例1-以直流真空溅镀法形成氮化铝薄膜

本实施例可透过一般的直流真空溅镀系统形成具氮化铝薄膜的热扩散元件。在此，仅约略描述本实施例所使用的直流真空溅镀系统。

如图1所示，其为本实施例所使用的直流真空溅镀系统的示意图。此直流真空溅镀系统包括：一真空腔室10、一直流电源供应器11、一溅镀气体入口12、以一抽气出口16。于真空腔室10的一侧设有一铝金属靶13，此铝金属靶13与直流电源供应器11连接而做为一阴极端；而于真空腔室10的另一侧则设有一基板14，此基板14可直接与系统接地而做为相对于靶材的阳极端。于本实施例中，直流电源供应器11提供一负偏压，而基板14为一金属铜板。

于本实施例中，先将腔室10通过连接的出气孔16将腔室抽至高真空(＜10^-5Pa(Pa为帕斯卡，简称帕))后，再以120sccm∶80sccm(sccm为标况毫升每分)的比例通入惰性气体氩与反应气体氮气，且并将腔室10真空度控制在4x10^-3Torr(Torr为托，真空压强单位)；将直流电源供应器11的输出功率控制在300W(电压约500V)，并在腔室10内形成电浆；当带正电的游离氩离子受到阴极吸引而揰向铝金属靶13时，会将铝从金属靶上揰出(如虚线所示)；当被揰出的铝与氮在被加热的基板14上产生反应后，即形成一氮化铝薄膜15，其厚度可为100nm。

因此，本实施例所形成的具氮化铝薄膜的热扩散元件，其结构如图2所示，包括：一基板14；以及一氮化铝薄膜15，其设于基板14的表面。

实施例2-以射频溅镀法形成氮化铝薄膜

本实施例的具氮化铝薄膜的热扩散元件可透过一般的射频溅镀系统制作。本实施例所制作的具氮化铝薄膜的热扩散元件与实施例1大致相同，而基板为一硅基板，且氮化铝薄膜的厚度约为200nm；其可能工艺参数如下：RF电源(射频电源)供应器的输出功率为1400W，溅镀压力控制在6x10^-3Torr，氮氩比为3∶2，基板的加热温度为400℃。

此外，在镀制氮化铝(AlN)前，可选择性的在硅基材上先镀制一层金属层或氧化层(如Pt、Au、Cr、Mo、SiO₂...等)，以增加AlN薄膜与基材间的附着力或AlN薄膜本身的晶格优选方向。

实施例3-以化学气相沉积法形成氮化铝薄膜

本实施例的具氮化铝薄膜的热扩散元件可透过一般的化学气相沉积法制作。本实施例所制作的具氮化铝薄膜的热扩散元件与实施例2相同(元件构造与AlN膜厚相同)，只是实施方法不同，即成长AlN薄膜的方法不同；其可能工艺参数如下：在850℃的温度下，以1∶20的比例通入三甲基铝(TMAl)与氨，并将炉管的内的压力控制在4Torr，由此使得三甲基铝与氨裂解并在硅基材上产生化学反应而形成AlN薄膜。

实施例4-具有散热鳍片的热扩散元件

本实施例的具氮化铝薄膜的热扩散元件其制作方法与实施例1相同，除了于形成氮化铝薄膜后更包括一贴附散热鳍片的工艺。

于形成氮化铝薄膜后，提供一散热鳍片，并使用本技术领域常用的方法将散热鳍片贴附于基板的下表面上。据此，则可得到本实施例的热扩散元件，如图3所示，包括：一基板14；一氮化铝薄膜15，其设于基板14的上表面；以及一散热鳍片17，其设于基板14的下表面上。通过设置此散热鳍片17，电子元件所产生的热量除了可透过氮化铝薄膜15排除外，更可经由基板14将热传至散热鳍片17排除。

实施例5-具有散热鳍片的热扩散元件

本实施例的具氮化铝薄膜的热扩散元件其制作方法是与实施例1相同，除了基板的下表面设置有一散热鳍片。据此，则可制得与实施例4具有相同结构的热扩散元件。

综上所述，本发明提供一种具氮化铝薄膜的热扩散元件及其制作方法，通过采用直流真空溅镀、脉冲式直流真空溅镀、磁控溅镀、射频溅镀系统、蒸镀法、化学气相沉积法、电浆辅助化学气相沉积法、感应耦合式电浆沉积法、或微波电子回旋共振沉积法、原子气相沉积法...等方式形成的氮化铝薄膜，可解决烧结所形成的氮化铝块材容易产生批次瑕疵的问题。同时，因本发明的形成氮化铝薄膜的工艺可与现今半导体工艺结合，故可使氮化铝薄膜做为散热元件的应用更为广泛。

上述实施例仅是为了方便说明而举例而已，本发明所主张的权利范围自应以申请专利范围所述为准，而非仅限于上述实施例。

Claims

1.一种具氮化铝薄膜的热扩散元件，其特征在于，包括：

一基板，其具有一上表面、及一下表面；以及

一氮化铝薄膜，其设于该基板的该上表面上，该氮化铝薄膜的厚度是介于1nm至10μm之间，且该氮化铝薄膜是作为热传输媒介。

2.如权利要求1所述的热扩散元件，其特征在于，还包括一散热鳍片，其设于该基板的该下表面上。

3.如权利要求1所述的热扩散元件，其特征在于，该基板为一硬质基板、一软质基板、一单质基板、一多层结构基板、或一复合材料基板。

4.如权利要求1所述的热扩散元件，其特征在于，该基板为一硅基板、一金属基板、一玻璃基板、一塑料基板、一陶瓷基板、一镀有金属膜的硅基板、一碳-碳复合材质基板、一镀有金属膜的碳-碳复合材质基板、或一具有多层膜结构的基板。

5.如权利要求4所述的热扩散元件，其特征在于，该金属膜的材料为铜、金、白金、钨、钛、铝、银、镍、或其合金。

6.如权利要求1所述的热扩散元件，其特征在于，该基板为一半导体芯片。

7.如权利要求1所述的热扩散元件，其特征在于，该基板为一具有线路的封装基板。

8.如权利要求1所述的热扩散元件，其特征在于，该基板为一平面基板、或一图案化基板。

9.如权利要求1所述的热扩散元件，其特征在于，该氮化铝薄膜是透过直流真空溅镀、脉冲式直流真空溅镀、磁控溅镀、射频溅镀系统、蒸镀法、化学气相沉积法、电浆辅助化学气相沉积法、感应耦合式电浆沉积法、微波电子回旋共振沉积法、或原子气相沉积法所形成。

10.一种具氮化铝薄膜的热扩散元件的制作方法，其特征在于，包括下列步骤：

(A)提供一基板，其具有一上表面、及一下表面；以及

(B)形成一氮化铝薄膜于该基板的该上表面上，其中该氮化铝薄膜的厚度是介于1nm至10μm之间，且该氮化铝薄膜是作为热传输媒介。

11.如权利要求10所述的制作方法，其特征在于，在步骤(A)中，该基板的该下表面上是设置有一散热鳍片。

12.如权利要求10所述的制作方法，其特征在于，在步骤(B)后还包括一步骤(C)：贴付一散热鳍片于该基板的该下表面上。

13.如权利要求10所述的制作方法，其特征在于，在步骤(B)中，该氮化铝薄膜是透过直流真空溅镀、脉冲式直流真空溅镀、磁控溅镀、射频溅镀系统、蒸镀法、或化学气相沉积法、电浆辅助化学气相沉积法、感应耦合式电浆沉积法、微波电子回旋共振沉积法、或原子气相沉积法所形成。

14.如权利要求10所述的制作方法，其特征在于，该基板为一硬质基板、一软质基板、一单质基板、一多层结构基板、或一复合材料基板。

15.如权利要求10所述的制作方法，其特征在于，该基板为一硅基板、一金属基板、一玻璃基板、一塑料基板、或一陶瓷基板、一镀有金属膜的硅基板、一碳-碳复合材质基板、一镀有金属膜的碳-碳复合材质基板、或具有多层膜结构的基板。

16.如权利要求15所述的制作方法，其特征在于，该金属膜的材料为铜、金、白金、钨、钛、铝、银、镍、或其合金。

17.如权利要求10所述的制作方法，其特征在于，该基板为一半导体芯片。

18.如权利要求10所述的制作方法，其特征在于，该基板为一具有线路的封装基板。

19.如权利要求10所述的制作方法，其特征在于，该基板为一平面基板、或一图案化基板。