本發(fā)明屬于半導(dǎo)體器件制造領(lǐng)域，尤其涉及一種陶瓷覆銅基板及其制備方法和半導(dǎo)體器件。

背景技術(shù)：

1、陶瓷覆銅基板具有熱導(dǎo)率高、介電常數(shù)小的優(yōu)勢，已廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體器件；陶瓷覆銅基板通常采用銅箔與陶瓷基材通過直接敷銅法（dbc、direct?bonded?copper）制成。為了實(shí)現(xiàn)銅箔與陶瓷基板的緊密結(jié)合，以及解決銅材與陶瓷基板結(jié)合后熱膨脹系數(shù)不匹配的問題，銅箔與陶瓷基板之間需要形成一層銅氧尖晶石結(jié)構(gòu)化合物，這就導(dǎo)致需要在銅箔與陶瓷基板之間引入氧。

2、目前，傳統(tǒng)工藝中通過對銅箔采用干法氧化方式或濕法氧化方式，在銅箔表面形成cu2o層，cu2o層在高溫下與al2o3反應(yīng)生成cualo2尖晶石化合物，這層尖晶石合物能夠緊密貼合銅箔與陶瓷基板，解決銅箔與陶瓷基板熱膨脹系數(shù)不匹配的問題；其中，干法氧化普遍將銅箔在低氧分壓環(huán)境下使其表面受熱生成一層薄的cu2o，然而這種方式很難調(diào)控cu2o層的均勻性及厚度，并且需要嚴(yán)格控制氧分壓，工藝成本較大；而濕法氧化方式普遍涉及kmno4、na2s2o8、k2s2o8等強(qiáng)氧化劑，不符合綠色環(huán)保的發(fā)展原則，極易對生產(chǎn)環(huán)境造成污染，不利于操作人員健康；此外，無論是采用干法氧化還是濕法氧化，均容易在cu2o層內(nèi)形成cuo雜相，導(dǎo)致銅箔與陶瓷基板敷接鍵合時生成cual2o4尖晶石結(jié)構(gòu)化合物而降低敷接鍵合質(zhì)量，致使陶瓷覆銅基板的可靠性較差。

3、針對上述，特提出本發(fā)明。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本申請?zhí)峁┮环N陶瓷覆銅基板及其制備方法和半導(dǎo)體器件，旨在解決上述的問題或者至少緩解上述現(xiàn)有技術(shù)中所存在的缺陷。

2、本申請的第一方面提供一種陶瓷覆銅基板的制備方法，包括：

3、將五水硫酸銅溶解于乳酸鈉溶液得到混合溶液，向混合溶液中加入液堿調(diào)節(jié)至預(yù)設(shè)ph值，得到沉積液；

4、對銅箔進(jìn)行表面處理，將表面處理后的銅箔置入沉積液內(nèi)、并在0.4-1ma/cm2電流密度下對表面處理后的銅箔進(jìn)行直流電化學(xué)沉積處理，以得到表面形成有純相cu2o氧化層的濕法氧化后銅箔；

5、將濕法氧化后銅箔與陶瓷基板相貼合并進(jìn)行高溫敷接，得到陶瓷覆銅基板。

6、本申請通過對陶瓷覆銅基板的制備方法進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用五水硫酸銅、乳酸鈉溶液及液堿制成的溶液作為電化學(xué)沉積處理時的沉積液，五水硫酸銅作為主鹽，能夠?yàn)榧兿郼u2o氧化層的形成提供銅離子，乳酸鈉作為絡(luò)合劑能夠起到絡(luò)合作用，防止沉積液體系ph升高過程中的銅離子沉淀，液堿能夠提供為電化學(xué)沉積處理過程中陰極發(fā)生的還原反應(yīng)提供氫氧根離子，以利于濕法氧化后銅箔表面形成純相cu2o氧化層；應(yīng)強(qiáng)調(diào)的是，本申請?jiān)?.4-1ma/cm2電流密度下對銅箔進(jìn)行直流電化學(xué)沉積處理，電化學(xué)沉積處理電流密度大于1ma/cm2會導(dǎo)致沉積產(chǎn)物轉(zhuǎn)變?yōu)閏uo，導(dǎo)致cu2o氧化層中出現(xiàn)雜相，而電流密度小于0.4ma/cm2會導(dǎo)致形成的cu2o氧化層均勻性較差，且沉積速率較低；通過電流密度控制在0.4-1ma/cm2范圍內(nèi)，能夠綜合控制cu2o氧化層的純度與形貌，進(jìn)而有效提高濕法氧化后銅箔與陶瓷基板結(jié)合時的敷接鍵合質(zhì)量，促使陶瓷覆銅基板的可靠性顯著提高。

7、由此，本申請采用濕法結(jié)合電化學(xué)沉積的方式，沉積液所用試劑價格低廉，工藝操作簡單，不需進(jìn)行控制氧分壓等復(fù)雜流程，工藝成本明顯降低；同時，五水硫酸銅、乳酸鈉及液堿均不具備強(qiáng)氧化性和腐蝕性，配方更為環(huán)保，以符合綠色環(huán)保的發(fā)展原則，避免對生產(chǎn)環(huán)境造成污染，有效地保護(hù)了操作人員健康；相比于傳統(tǒng)干法氧化方式或濕法氧化方式而言，本申請銅箔與陶瓷基板之間形成的氧化產(chǎn)物為純相的cu2o氧化層，不會產(chǎn)生cuo雜質(zhì)，成膜穩(wěn)定可靠，以避免銅箔與陶瓷基板敷接鍵合時生成cual2o4尖晶石結(jié)構(gòu)而降低敷接鍵合質(zhì)量。

8、一些實(shí)施方式中，上述制備方法滿足以下條件中的至少一者：

9、（1）沉積液內(nèi)的五水硫酸銅濃度為40-120g/l；沉積液內(nèi)的乳酸鈉濃度為300-400g/l；沉積液的ph為9-12；

10、（2）液堿為氫氧化鈉；

11、（3）銅箔為無氧銅，厚度為0.2-0.4mm；

12、（4）陶瓷基板為al2o3陶瓷基板、aln陶瓷基板、zta陶瓷基板中的任一種，陶瓷基板的厚度為0.3mm-0.4mm；

13、（5）將五水硫酸銅溶解于乳酸鈉溶液在磁力攪拌下進(jìn)行，攪拌轉(zhuǎn)速為550-650r/min，溫度為50-70℃；

14、（6）高溫敷接在氮?dú)夥諊逻M(jìn)行，敷接溫度為1065-1083℃，敷接時間為10-20min。

15、一些實(shí)施方式中，電化學(xué)沉積處理中的陽極為304不銹鋼，陰極為表面處理后的銅箔，且電極之間的間距控制為15mm，電流由恒流源提供。

16、一些實(shí)施方式中，電化學(xué)沉積處理在沉積溫度為50-70℃的條件下進(jìn)行，沉積時間為20-30分鐘；電化學(xué)沉積處理在磁力攪拌下進(jìn)行。

17、一些實(shí)施方式中，純相cu2o氧化層表面上的顆粒呈片狀緊密排布、且分布均勻；純相cu2o氧化層的厚度為5μm-10μm。

18、一些實(shí)施方式中，對銅箔進(jìn)行表面處理滿足以下條件中的至少一者：

19、a、去除銅箔表面油污與氧化膜；

20、b、向銅箔非敷接面貼覆絕緣膠帶。

21、一些實(shí)施方式中，去除銅箔表面油污與氧化膜具體包括：將銅箔浸入除油液中進(jìn)行超聲波清洗處理得到去油后銅箔，將去油后銅箔用去離子水洗凈后再浸入鹽酸溶液內(nèi)進(jìn)行超聲波清洗處理，得到表面處理后的銅箔。

22、一些實(shí)施方式中，將濕法氧化后銅箔與陶瓷基板相貼合并進(jìn)行高溫敷接之前還包括，去除濕法氧化后銅箔上的絕緣膠帶并進(jìn)行離子水沖洗，隨后將經(jīng)過離子水沖洗后的濕法氧化后銅箔置入乙醇中進(jìn)行超聲波清洗處理。

23、本申請的第二方面提供一種陶瓷覆銅基板，采用如上述的制備方法制備得到。

24、本申請的第三方面提供一種半導(dǎo)體器件，包括如上述的陶瓷覆銅基板或陶瓷覆銅基板制成的電子元件。

技術(shù)特征：

1.一種陶瓷覆銅基板的制備方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述制備方法滿足以下條件中的至少一者：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述電化學(xué)沉積處理中的陽極為304不銹鋼，陰極為所述表面處理后的銅箔，且電極之間的間距控制為15mm，電流由恒流源提供。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述電化學(xué)沉積處理在沉積溫度為50-70℃的條件下進(jìn)行，沉積時間為20-30分鐘；所述電化學(xué)沉積處理在磁力攪拌下進(jìn)行。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述純相cu2o氧化層表面上的顆粒呈片狀緊密排布、且分布均勻；

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述對銅箔進(jìn)行表面處理滿足以下條件中的至少一者：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述去除銅箔表面油污與氧化膜具體包括：將銅箔浸入除油液中進(jìn)行超聲波清洗處理得到去油后銅箔，將所述去油后銅箔用去離子水洗凈后再浸入鹽酸溶液內(nèi)進(jìn)行超聲波清洗處理，得到表面處理后的銅箔。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述將所述濕法氧化后銅箔與陶瓷基板相貼合并進(jìn)行高溫敷接之前還包括，去除所述濕法氧化后銅箔上的絕緣膠帶并進(jìn)行離子水沖洗，隨后將經(jīng)過所述離子水沖洗后的濕法氧化后銅箔置入乙醇中進(jìn)行超聲波清洗處理。

9.一種陶瓷覆銅基板，其特征在于，采用權(quán)利要求1~8任一項(xiàng)所述的制備方法制備得到。

10.一種半導(dǎo)體器件，其特征在于，包括如權(quán)利要求9所述的陶瓷覆銅基板或所述陶瓷覆銅基板制成的電子元件。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體器件制造領(lǐng)域，尤其涉及一種陶瓷覆銅基板及其制備方法和半導(dǎo)體器件。本發(fā)明提供的陶瓷覆銅基板的制備方法，包括：將五水硫酸銅溶解于乳酸鈉溶液得到混合溶液，向混合溶液中加入液堿調(diào)節(jié)至預(yù)設(shè)pH值，得到沉積液；對銅箔進(jìn)行表面處理，將表面處理后的銅箔置入沉積液內(nèi)、并在0.4?1mA/cm2電流密度下對銅箔進(jìn)行直流電化學(xué)沉積處理，以得到表面形成有純相Cu<subgt;2</subgt;O氧化層的濕法氧化后銅箔；將濕法氧化后銅箔與陶瓷基板相貼合并進(jìn)行高溫敷接，得到陶瓷覆銅基板。通過對陶瓷覆銅基板的制備方法優(yōu)化設(shè)計(jì)，顯著降低了制造成本，避免對生產(chǎn)環(huán)境造成污染、保障操作人員健康的同時，極大地提高了陶瓷覆銅基板的可靠性。

技術(shù)研發(fā)人員：程瑞,岑福星,黃禮侃,馮家云,卞中成,劉安格,林曉光,趙尉寧
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南京中江新材料科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9