功率半導(dǎo)體用封裝散熱Mo基片Ru涂層及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于耐蝕涂層技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種涂層及其制備方法，特別是一種具有較高膜基結(jié)合力及耐蝕性能的功率半導(dǎo)體用封裝散熱Mo基片Ru涂層及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]功率半導(dǎo)體器件是發(fā)電、配電、輸電、用電、儲(chǔ)能的核心變流部件，可對(duì)電流、電壓、功率、頻率進(jìn)行精確高效的控制和變換，用于電能分配、電能轉(zhuǎn)換、電能控制，起到節(jié)能環(huán)保的作用，廣泛應(yīng)用于鋼鐵冶煉、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、大功率電源、輸變電和配電、軌道交通、機(jī)械制造、電焊機(jī)、化工、新能源等行業(yè)和領(lǐng)域。
[0003]鉬(Mo)基片作為功率半導(dǎo)體器件中首選的封裝散熱材料，要求其有較高的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性。然而，純鉬基片耐蝕性能不佳，壓降不穩(wěn)定，不能夠長(zhǎng)期保證芯片的正常運(yùn)行，而且抗疲勞壽命較短。為了能提高器件的可靠性和使用壽命，通常在其表面上鍍釕(Ru)或鍍銠，以改善鉬片的導(dǎo)電性能、耐蝕性能和抗氧化性能。銠的價(jià)格相對(duì)更加昂貴，由于銠和釕的性質(zhì)相似，且釕的成本低，所以鍍釕開(kāi)始逐漸受到人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注。現(xiàn)有的鉬基片鍍釕工藝通常采取電鍍工藝。電鍍釕工藝有它先天不足一一產(chǎn)生電鍍邊緣效應(yīng)，即鉬基片釕層中間薄，周邊厚，鍍層不均勻，并鍍層結(jié)合力、致密度差。近兩年來(lái)，國(guó)內(nèi)企業(yè)開(kāi)始嘗試采用環(huán)保型、清潔型的真空鍍膜技術(shù)，該技術(shù)是一種對(duì)材料表面進(jìn)行改性處理的高新技術(shù)，最初和最成功的發(fā)展是在半導(dǎo)體工業(yè)、航天航空等特殊領(lǐng)域。物理氣相沉積(PVD)工藝具有很多優(yōu)勢(shì)，比如處理溫度低，零件變形小;適合多種材質(zhì)，可實(shí)現(xiàn)涂層的多樣化;減少工藝時(shí)間，可提高生產(chǎn)率;對(duì)環(huán)境無(wú)污染等。目前，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)利用PVD方法在Mo基片上鍍Ru的研究鮮有報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有較高膜基結(jié)合力及耐蝕性能的功率半導(dǎo)體用封裝散熱Mo基片Ru涂層及其制備方法。本發(fā)明克服了現(xiàn)有電鍍Ru涂層膜基結(jié)合力不高及耐蝕性能不佳等缺點(diǎn)，具有較高生產(chǎn)效率，兼具高膜基結(jié)合力和優(yōu)異的耐蝕性能。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0006]一種功率半導(dǎo)體用封裝散熱Mo基片上沉積的Ru涂層，所述Ru涂層的最低表面粗糙度為0.639nm，最高膜基結(jié)合力為14.lN，Ru涂層的點(diǎn)蝕電位均高于Mo襯底，Ru涂層的最高點(diǎn)蝕電位差為0.7438V。
[0007]一種制備功率半導(dǎo)體用封裝散熱Mo基片Ru涂層的方法，利用磁控濺射法在Mo基片上沉積Ru涂層，Ru靶安裝在濺射槍上，沉積時(shí)，真空度優(yōu)于6.0 X 10—4Pa，以氬氣起弧，基底負(fù)偏壓為O?200V。
[0008]進(jìn)一步的，負(fù)偏壓為100V時(shí)，涂層表面粗糙度最低，膜基結(jié)合力及耐蝕性能最優(yōu)。
[0009]本發(fā)明的有益技術(shù)效果是:
[0010] (I)當(dāng)負(fù)偏壓在O?10V時(shí)，薄膜六方結(jié)構(gòu)(hep)，具有(002)擇優(yōu)取向。隨負(fù)偏壓的進(jìn)一步升高，薄膜中出現(xiàn)面心立方(f cc)R11O2相，此時(shí)薄膜兩相共存，即hcp-Ru+f cc_Ru02。隨負(fù)偏壓的升高，Ru晶粒尺寸及沉積速率逐漸降低。
[0011 ] (2)當(dāng)負(fù)偏壓在O?100V時(shí)，薄膜致密度升高，表面粗糙度逐漸降低;過(guò)高的負(fù)偏壓會(huì)對(duì)薄膜產(chǎn)生刻蝕和反濺射的效果，所以當(dāng)負(fù)偏壓進(jìn)一步升高時(shí)，薄膜致密度降低，表面粗糙度升高。
[0012](3)隨負(fù)偏壓的升高，Ru薄膜膜基結(jié)合力先升高后降低，當(dāng)負(fù)偏壓為100V時(shí)，薄膜膜基結(jié)合力最大，其最大值約為14.1N。
[0013](4)在3.5 %NaCl溶液中，不同負(fù)偏壓條件下的Ru薄膜點(diǎn)蝕電位均高于Mo襯底，且隨負(fù)偏壓的升高，Ru薄膜點(diǎn)蝕電位先升高后降低，當(dāng)負(fù)偏壓為100V時(shí)，薄膜點(diǎn)蝕電位最高，其最高值約為0.7438V。
[0014]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)將在下面【具體實(shí)施方式】部分的描述中給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐了解到。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是本發(fā)明同負(fù)偏壓Ru薄膜AFM形貌圖。
[0016]圖2是本發(fā)明不同負(fù)偏壓條件下Ru薄膜膜基結(jié)合力。
[0017]圖3是本發(fā)明Mo襯底及不同負(fù)偏壓Ru薄膜在3.5% NaCl溶液中的極化曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0019]本發(fā)明提供一種具有較高膜基結(jié)合力及耐蝕性能的功率半導(dǎo)體用封裝散熱Mo基片Ru涂層及其制備方法。制備方法為:利用磁控濺射法在功率半導(dǎo)體用封裝散熱Mo基片上沉積Ru涂層，Ru靶安裝在濺射槍上;沉積時(shí)，真空度<6.0 X 10—4Pa，以氬氣起弧，Ru靶到Mo基片的距離固定為7.8cm，固定濺射氣壓0.3Pa，濺射時(shí)間120min，Ru靶濺射功率120W，通過(guò)改變制備過(guò)程中的負(fù)偏壓獲得不同負(fù)偏壓的Ru薄膜，基底負(fù)偏壓為O?200V。
[0020]負(fù)偏壓為100V時(shí)，Ru涂層表面粗糙度最低，膜基結(jié)合力及耐蝕性能最優(yōu)。Ru涂層的最低表面粗糙度為0.639nm，最高膜基結(jié)合力為14.lN，Ru涂層的點(diǎn)蝕電位均高于Mo襯底，Ru涂層的最高點(diǎn)蝕電位差為0.7438V。
[0021]以下結(jié)合本發(fā)明的內(nèi)容提供實(shí)施例:
[0022]實(shí)施例1
[0023]本實(shí)施例主要實(shí)驗(yàn)參數(shù)為Ru靶功率120W，負(fù)偏壓0V。此時(shí)涂層沉積速率約為12nm/min，由六方Ru相構(gòu)成。涂層平均晶粒尺寸為26nm，表面粗糙度為0.932nm，膜基結(jié)合力為10.3N，3.5 % NaCl溶液中的點(diǎn)蝕電位為0.2235V。
[0024]實(shí)施例2
[0025]本實(shí)施例主要實(shí)驗(yàn)參數(shù)為Ru靶功率120W，負(fù)偏壓100V。此時(shí)涂層沉積速率約為10nm/min，由六方Ru相構(gòu)成。涂層平均晶粒尺寸為20nm，涂層表面粗糙度為0.639nm，膜基結(jié)合力為14.1Ν，3.5% NaCl溶液中的點(diǎn)蝕電位為0.7438V。
[0026]實(shí)施例3
[0027]本實(shí)施例主要實(shí)驗(yàn)參數(shù)為Ru靶功率120W，負(fù)偏壓0V。此時(shí)涂層沉積速率約為5nm/min，由六方Ru及立方R11O2相構(gòu)成。涂層平均晶粒尺寸為9nm，涂層表面粗糙度為1.219nm，膜基結(jié)合力為9.5N，3.5 % NaCl溶液中的點(diǎn)蝕電位為0.3011V。
[0028]綜上所述，本發(fā)明采用磁控濺射法在Mo襯底上制備了不同負(fù)偏壓的Ru薄膜，利用XRD，臺(tái)階儀，XPS，AFM，納米劃痕儀和電化學(xué)工作站對(duì)薄膜相結(jié)構(gòu)、表面形貌、膜基結(jié)合力以及腐蝕電化學(xué)性能進(jìn)行了研究。采用本發(fā)明方法制備的Ru涂層具有晶粒尺寸小，致密度高，缺陷少，膜基結(jié)合力高和耐蝕性能優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn)。其最低表面粗糙度為0.639nm，最高膜基結(jié)合力為14.1N，最高點(diǎn)蝕電位差為0.7438V。
[0029]以上所述的僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明不限于以上實(shí)施例?？梢岳斫?，本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的基本構(gòu)思的前提下直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的其他改進(jìn)和變化，均應(yīng)認(rèn)為包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種功率半導(dǎo)體用封裝散熱Mo基片上沉積的Ru涂層，其特征在于:所述Ru涂層的最低表面粗糙度為0.639nm，最高膜基結(jié)合力為14.lN，Ru涂層的點(diǎn)蝕電位均高于Mo襯底，Ru涂層的最高點(diǎn)蝕電位差為0.7438V。2.制備權(quán)利要求1所述的功率半導(dǎo)體用封裝散熱Mo基片Ru涂層的方法，其特征在于:利用磁控濺射法在Mo基片上沉積Ru涂層，Ru靶安裝在濺射槍上，沉積時(shí)，真空度優(yōu)于6.0X10—4Pa，以氬氣起弧，基底負(fù)偏壓為O?200V。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備功率半導(dǎo)體用封裝散熱Mo基片Ru涂層的方法，其特征在于:負(fù)偏壓為100V時(shí)，涂層表面粗糙度最低，膜基結(jié)合力及耐蝕性能最優(yōu)。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種功率半導(dǎo)體用封裝散熱Mo基片Ru涂層及其制備方法。利用磁控濺射法在功率半導(dǎo)體用封裝散熱Mo基片上沉積Ru涂層，沉積時(shí)，真空度優(yōu)于6.0×10-4Pa，以氬氣起弧，固定濺射氣壓0.3Pa，濺射時(shí)間120min，Ru靶功率120W，通過(guò)改變制備過(guò)程中的負(fù)偏壓獲得不同負(fù)偏壓的Ru薄膜。該方法制備的Ru涂層具有晶粒尺寸小，致密度高，缺陷少，膜基結(jié)合力高和耐蝕性能優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn)。其最低表面粗糙度為0.639nm，最高膜基結(jié)合力為14.1N，最高點(diǎn)蝕電位差為0.7438V。
【IPC分類(lèi)】C23C14/35, C23C14/16
【公開(kāi)號(hào)】CN105671502
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610030468
【發(fā)明人】陳敏, 郭麗萍, 許俊華
【申請(qǐng)人】江蘇時(shí)代華宜電子科技有限公司
【公開(kāi)日】2016年6月15日
【申請(qǐng)日】2016年1月18日