專利名稱：具氮化鋁薄膜的熱擴散元件及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種具氮化鋁薄膜的熱擴散元件及其制作方法，尤指一種使用鍍膜工藝制造的具氮化鋁薄膜的熱擴散元件及其制作方法。
背景技術(shù)：
隨著電子產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，各種高功率元件的應(yīng)用越來越廣泛。對于高功率元件而言，若無法改善散熱效果，往往容易造成電路元件或半導(dǎo)體元件使用壽命大幅縮短。氮化鋁為一種良好的散熱材料。一般而言，氮化鋁的散熱元件多采用燒結(jié)方式所制作的塊材式氮化鋁。然而，一般使用燒結(jié)法制作的氮化鋁塊材，需于1400至1900°C的高溫條件下制作。由于燒結(jié)過程不易控制，往往不易得到良好燒結(jié)的氮化鋁，且容易出現(xiàn)批次瑕疵(rim to run difference) 0此外，若燒結(jié)條件控制不當，所形成的氮化鋁塊材可能會有孔洞過多的問題，造成氮化鋁塊材的機械與熱傳導(dǎo)特性不佳的缺點。若使用這種特性不佳的氮化鋁塊材，容易造成產(chǎn)品可靠度降低。另一方面，以燒結(jié)方式所制作的塊材式氮化鋁，若應(yīng)用于散熱元件上，因塊材體積較大，所消耗的材料也多。因此，目前極需發(fā)展出一種氮化鋁的散熱元件及其制作方法，以解決燒結(jié)所形成的氮化鋁塊材容易產(chǎn)生批次瑕疵的問題，而提升產(chǎn)品的可靠度、降低工藝難度與制造成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是在提供一種具氮化鋁薄膜的熱擴散元件，以與現(xiàn)今半導(dǎo)體工
藝整合在一起。本發(fā)明的另一目的是在提供一種具氮化鋁薄膜的熱擴散元件的制作方法，能制作出不具批次瑕疵的氮化鋁散熱元件。為達成上述目的，本發(fā)明的具氮化鋁薄膜的熱擴散元件，包括一基板，其具有一上表面、及一下表面，且基板可為一單一材質(zhì)基板、一具有多層結(jié)構(gòu)的基板、或一由復(fù)合材料所組成的基板；以及一氮化鋁薄膜，其設(shè)于基板的上表面，氮化鋁薄膜的厚度介于Inm至 10 μ m之間，且氮化鋁薄膜是作為熱傳輸媒介。此外，本發(fā)明的具氮化鋁薄膜的熱擴散元件的制作方法，包括下列步驟(A)提供一基板，其具有一上表面、及一下表面；以及(B)形成一氮化鋁薄膜于基板的上表面上，其中氮化鋁薄膜的厚度是介于Inm至10 μ m之間，且氮化鋁薄膜是作為熱傳輸媒介。由于本發(fā)明的具氮化鋁薄膜的熱擴散元件及其制作方法，未使用燒結(jié)方式制作， 故可改善以燒結(jié)工藝所制作的氮化鋁塊材因工藝不易控制而易產(chǎn)生批次瑕疵的缺點。同時，本發(fā)明的氮化鋁薄膜的熱擴散元件及其制作方法，更可與一般半導(dǎo)體工藝整合在一起， 而可應(yīng)用于多種電子元件上。由于本發(fā)明的氮化鋁薄膜的熱擴散元件及其制作方法是采用鍍制的方式形成氮化鋁薄膜，故基板的材質(zhì)、形狀、結(jié)構(gòu)均無特殊限制。于本發(fā)明的氮化鋁薄膜的熱擴散元件及其制作方法中，基板可為一硬質(zhì)基板、或一軟質(zhì)基板。關(guān)于基板的具體例子可為一硅基板、一金屬基板、一玻璃基板、一塑料基板、一陶瓷基板、一鍍有金屬膜的硅基板、一碳-碳復(fù)合材質(zhì)基板、一鍍有金屬膜的碳-碳復(fù)合材質(zhì)基板、或一具有多層膜結(jié)構(gòu)的基板。此外， 基板甚至可為一半導(dǎo)體芯片、或一具有線路的封裝基板。其中，金屬基板或金屬膜的材料可為銅、金、白金、鎢、鈦、鋁、銀、鎳、或其合金等金屬；且金屬基板亦可為一不銹鋼基板。再者， 基板的欲鍍制的表面型態(tài)并無特殊限制，可為一平面基板、或一圖案化基板。另一方面，于本發(fā)明的氮化鋁薄膜的熱擴散元件及其制作方法中，氮化鋁薄膜可透過各式可行的沉積方法鍍制至基板上，如直流真空濺鍍、脈沖式直流真空濺鍍、磁控濺鍍、射頻濺鍍系統(tǒng)、蒸鍍法、化學氣相沉積法、電漿輔助化學氣相沉積法、感應(yīng)耦合式電漿沉積法、或微波電子回旋共振沉積法、原子氣相沉積法等各種薄膜工藝。較佳為，氮化鋁薄膜是透過直流真空濺鍍、脈沖式直流真空濺鍍、射頻濺鍍、磁控濺鍍、化學氣相沉積法、以及原子氣相沉積法所形成。此外，于本發(fā)明的氮化鋁薄膜的熱擴散元件的制作方法中，可先于基板上形成一散熱鰭片，或于氮化鋁薄膜形成后再形成散熱鰭片。亦即，于本發(fā)明的制作方法中，于步驟 (A)中，基板的下表面上設(shè)置有一散熱鰭片；或者于步驟(B)后還包括一步驟(C)貼附一散熱鰭片于基板的下表面上。據(jù)此，本發(fā)明所形成的熱擴散元件，可還包括一散熱鰭片，其設(shè)于基板的下表面上。再者，于本發(fā)明的氮化鋁薄膜的熱擴散元件及其制作方法中，氮化鋁薄膜的厚度可介于Inm至IOym之間。較佳為，氮化鋁薄膜的厚度是介于IOnm至1 μ m之間。更佳為， 氮化鋁薄膜的厚度是介于IOnm至500nm之間。


圖1是本發(fā)明實施例1所使用的直流真空濺鍍系統(tǒng)的示意圖。圖2是本發(fā)明實施例1的具氮化鋁薄膜的熱擴散元件的示意圖。圖3是本發(fā)明實施例4的具氮化鋁薄膜的熱擴散元件的示意圖。主要元件符號說明10真空腔室11直流電源供應(yīng)器12濺鍍氣體入口 13鋁金屬板14基板15氮化鋁薄膜16抽氣出口17散熱鰭片
具體實施例方式以下是通過特定的具體實施例說明本發(fā)明的實施方式，熟習此技藝的人士可由本說明書所揭示的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其它優(yōu)點與功效。本發(fā)明亦可通過其它不同的具體實施例加以施行或應(yīng)用，本說明書中的各項細節(jié)亦可針對不同觀點與應(yīng)用，在不悖離本創(chuàng)作的精神下進行各種修飾與變更。實施例1-以直流真空濺鍍法形成氮化鋁薄膜本實施例可透過一般的直流真空濺鍍系統(tǒng)形成具氮化鋁薄膜的熱擴散元件。在此，僅約略描述本實施例所使用的直流真空濺鍍系統(tǒng)。
如圖1所示，其為本實施例所使用的直流真空濺鍍系統(tǒng)的示意圖。此直流真空濺鍍系統(tǒng)包括一真空腔室10、一直流電源供應(yīng)器11、一濺鍍氣體入口 12、以一抽氣出口 16。 于真空腔室10的一側(cè)設(shè)有一鋁金屬靶13，此鋁金屬靶13與直流電源供應(yīng)器11連接而做為一陰極端；而于真空腔室10的另一側(cè)則設(shè)有一基板14，此基板14可直接與系統(tǒng)接地而做為相對于靶材的陽極端。于本實施例中，直流電源供應(yīng)器11提供一負偏壓，而基板14為一金屬銅板。于本實施例中，先將腔室10通過連接的出氣孔16將腔室抽至高真空 (< KT5PaO3a為帕斯卡，簡稱帕))后，再以120SCCm 80SCCm(SCCm為標況毫升每分)的比例通入惰性氣體氬與反應(yīng)氣體氮氣，且并將腔室10真空度控制在^10_3Torr (Torr為托， 真空壓強單位)；將直流電源供應(yīng)器11的輸出功率控制在300W(電壓約500V)，并在腔室10 內(nèi)形成電漿；當帶正電的游離氬離子受到陰極吸引而撞向鋁金屬靶13時，會將鋁從金屬靶上撞出(如虛線所示)；當被撞出的鋁與氮在被加熱的基板14上產(chǎn)生反應(yīng)后，即形成一氮化鋁薄膜15，其厚度可為lOOnm。因此，本實施例所形成的具氮化鋁薄膜的熱擴散元件，其結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括 一基板14 ；以及一氮化鋁薄膜15，其設(shè)于基板14的表面。實施例2-以射頻濺鍍法形成氮化鋁薄膜本實施例的具氮化鋁薄膜的熱擴散元件可透過一般的射頻濺鍍系統(tǒng)制作。本實施例所制作的具氮化鋁薄膜的熱擴散元件與實施例1大致相同，而基板為一硅基板，且氮化鋁薄膜的厚度約為200nm ；其可能工藝參數(shù)如下RF電源(射頻電源)供應(yīng)器的輸出功率為 1400W，濺鍍壓力控制在6X10_3TOrr，氮氬比為3 2，基板的加熱溫度為400°C。此外，在鍍制氮化鋁(AlN)前，可選擇性的在硅基材上先鍍制一層金屬層或氧化層(如Pt、Au、Cr、Mo、SiO2. ··等)，以增加AlN薄膜與基材間的附著力或AlN薄膜本身的晶格優(yōu)選方向。實施例3-以化學氣相沉積法形成氮化鋁薄膜本實施例的具氮化鋁薄膜的熱擴散元件可透過一般的化學氣相沉積法制作。本實施例所制作的具氮化鋁薄膜的熱擴散元件與實施例2相同(元件構(gòu)造與AlN膜厚相同)，只是實施方法不同，即成長AlN薄膜的方法不同；其可能工藝參數(shù)如下在850°C的溫度下，以 1 20的比例通入三甲基鋁(TMAl)與氨，并將爐管的內(nèi)的壓力控制在4Τοπ·，由此使得三甲基鋁與氨裂解并在硅基材上產(chǎn)生化學反應(yīng)而形成AlN薄膜。實施例4-具有散熱鰭片的熱擴散元件本實施例的具氮化鋁薄膜的熱擴散元件其制作方法與實施例1相同，除了于形成氮化鋁薄膜后更包括一貼附散熱鰭片的工藝。于形成氮化鋁薄膜后，提供一散熱鰭片，并使用本技術(shù)領(lǐng)域常用的方法將散熱鰭片貼附于基板的下表面上。據(jù)此，則可得到本實施例的熱擴散元件，如圖3所示，包括一基板14 ；一氮化鋁薄膜15，其設(shè)于基板14的上表面；以及一散熱鰭片17，其設(shè)于基板14的下表面上。通過設(shè)置此散熱鰭片17，電子元件所產(chǎn)生的熱量除了可透過氮化鋁薄膜15排除夕卜，更可經(jīng)由基板14將熱傳至散熱鰭片17排除。實施例5-具有散熱鰭片的熱擴散元件本實施例的具氮化鋁薄膜的熱擴散元件其制作方法是與實施例1相同，除了基板的下表面設(shè)置有一散熱鰭片。據(jù)此，則可制得與實施例4具有相同結(jié)構(gòu)的熱擴散元件。綜上所述，本發(fā)明提供一種具氮化鋁薄膜的熱擴散元件及其制作方法，通過采用直流真空濺鍍、脈沖式直流真空濺鍍、磁控濺鍍、射頻濺鍍系統(tǒng)、蒸鍍法、化學氣相沉積法、 電漿輔助化學氣相沉積法、感應(yīng)耦合式電漿沉積法、或微波電子回旋共振沉積法、原子氣相沉積法...等方式形成的氮化鋁薄膜，可解決燒結(jié)所形成的氮化鋁塊材容易產(chǎn)生批次瑕疵的問題。同時，因本發(fā)明的形成氮化鋁薄膜的工藝可與現(xiàn)今半導(dǎo)體工藝結(jié)合，故可使氮化鋁薄膜做為散熱元件的應(yīng)用更為廣泛。上述實施例僅是為了方便說明而舉例而已，本發(fā)明所主張的權(quán)利范圍自應(yīng)以申請專利范圍所述為準，而非僅限于上述實施例。
權(quán)利要求
1.一種具氮化鋁薄膜的熱擴散元件，其特征在于，包括一基板，其具有一上表面、及一下表面；以及一氮化鋁薄膜，其設(shè)于該基板的該上表面上，該氮化鋁薄膜的厚度是介于Inm至10 μ m 之間，且該氮化鋁薄膜是作為熱傳輸媒介。
2.如權(quán)利要求1所述的熱擴散元件，其特征在于，還包括一散熱鰭片，其設(shè)于該基板的該下表面上。
3.如權(quán)利要求1所述的熱擴散元件，其特征在于，該基板為一硬質(zhì)基板、一軟質(zhì)基板、 一單質(zhì)基板、一多層結(jié)構(gòu)基板、或一復(fù)合材料基板。
4.如權(quán)利要求1所述的熱擴散元件，其特征在于，該基板為一硅基板、一金屬基板、一玻璃基板、一塑料基板、一陶瓷基板、一鍍有金屬膜的硅基板、一碳-碳復(fù)合材質(zhì)基板、一鍍有金屬膜的碳-碳復(fù)合材質(zhì)基板、或一具有多層膜結(jié)構(gòu)的基板。
5.如權(quán)利要求4所述的熱擴散元件，其特征在于，該金屬膜的材料為銅、金、白金、鎢、 鈦、鋁、銀、鎳、或其合金。
6.如權(quán)利要求1所述的熱擴散元件，其特征在于，該基板為一半導(dǎo)體芯片。
7.如權(quán)利要求1所述的熱擴散元件，其特征在于，該基板為一具有線路的封裝基板。
8.如權(quán)利要求1所述的熱擴散元件，其特征在于，該基板為一平面基板、或一圖案化基板。
9.如權(quán)利要求1所述的熱擴散元件，其特征在于，該氮化鋁薄膜是透過直流真空濺鍍、 脈沖式直流真空濺鍍、磁控濺鍍、射頻濺鍍系統(tǒng)、蒸鍍法、化學氣相沉積法、電漿輔助化學氣相沉積法、感應(yīng)耦合式電漿沉積法、微波電子回旋共振沉積法、或原子氣相沉積法所形成。
10.一種具氮化鋁薄膜的熱擴散元件的制作方法，其特征在于，包括下列步驟(A)提供一基板，其具有一上表面、及一下表面；以及(B)形成一氮化鋁薄膜于該基板的該上表面上，其中該氮化鋁薄膜的厚度是介于Inm 至10 μ m之間，且該氮化鋁薄膜是作為熱傳輸媒介。
11.如權(quán)利要求10所述的制作方法，其特征在于，在步驟(A)中，該基板的該下表面上是設(shè)置有一散熱鰭片。
12.如權(quán)利要求10所述的制作方法，其特征在于，在步驟(B)后還包括一步驟(C)貼付一散熱鰭片于該基板的該下表面上。
13.如權(quán)利要求10所述的制作方法，其特征在于，在步驟(B)中，該氮化鋁薄膜是透過直流真空濺鍍、脈沖式直流真空濺鍍、磁控濺鍍、射頻濺鍍系統(tǒng)、蒸鍍法、或化學氣相沉積法、電漿輔助化學氣相沉積法、感應(yīng)耦合式電漿沉積法、微波電子回旋共振沉積法、或原子氣相沉積法所形成。
14.如權(quán)利要求10所述的制作方法，其特征在于，該基板為一硬質(zhì)基板、一軟質(zhì)基板、 一單質(zhì)基板、一多層結(jié)構(gòu)基板、或一復(fù)合材料基板。
15.如權(quán)利要求10所述的制作方法，其特征在于，該基板為一硅基板、一金屬基板、一玻璃基板、一塑料基板、或一陶瓷基板、一鍍有金屬膜的硅基板、一碳-碳復(fù)合材質(zhì)基板、一鍍有金屬膜的碳-碳復(fù)合材質(zhì)基板、或具有多層膜結(jié)構(gòu)的基板。
16.如權(quán)利要求15所述的制作方法，其特征在于，該金屬膜的材料為銅、金、白金、鎢、 鈦、鋁、銀、鎳、或其合金。
17.如權(quán)利要求10所述的制作方法，其特征在于，該基板為一半導(dǎo)體芯片。
18.如權(quán)利要求10所述的制作方法，其特征在于，該基板為一具有線路的封裝基板。
19.如權(quán)利要求10所述的制作方法，其特征在于，該基板為一平面基板、或一圖案化基板。
全文摘要
本發(fā)明是有關(guān)于一種具氮化鋁薄膜的熱擴散元件及其制作方法，包含一基板，基板的組成可為單一材質(zhì)、多層結(jié)構(gòu)、或復(fù)合材料；及一氮化鋁薄膜，其設(shè)于該基板的表面，該氮化鋁薄膜的厚度是介于1nm至10μm之間，而該氮化鋁薄膜是作為熱傳輸媒介；尤指將置于其上的發(fā)熱元件所產(chǎn)生的熱傳輸至基板，再經(jīng)由基板將熱傳至散熱鰭片。
文檔編號H01L21/48GK102479760SQ20101060073
公開日2012年5月30日 申請日期2010年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月24日
發(fā)明者岑尚仁, 林溥如, 陳建亨 申請人:岑尚仁