一种大功率半导体高频激光器封装用的硅热沉及制备方法技术

一种大功率半导体高频激光器封装用的硅热沉及制备方法，涉及光电子领域，其中硅热沉包括一硅片，所述硅片的正、反面均抛光，硅片的正面上方由下往上依次设有第一二氧化硅层、第一氮化硅层，硅片的反面下方由上往下依次设有第二二氧化硅层、第二氮化硅层，所述第一氮化硅层上制作有金属电路，所述第二氮化硅层上制作有背面金锡层，该金属电路与背面金锡层之间由通孔电路连接，本发明专利技术的目的在于，提出一种大功率半导体高频激光器封装用的硅热沉及制备方法，通过改变硅热沉结构，使得本发明专利技术具有热导率相差不大(硅热导率：148W/m/℃)而成本更加低廉，工艺周期更短，特别是能满足高频激光器的需求。

A silicon heat sink for packaging high power semiconductor high frequency laser and its preparation method

The invention relates to a silicon heat sink for packaging high-power semiconductor high-frequency laser and a preparation method thereof, which relates to the field of optoelectronics. The silicon heat sink includes a silicon wafer. The positive and negative sides of the silicon wafer are polished. The first silicon dioxide layer and the first silicon nitride layer are arranged on the front and upper sides of the silicon wafer from bottom to top, and the second silicon dioxide layer and the second silicon nitride layer are arranged on the reverse side and on the bottom from top to bottom A metal circuit is fabricated on the first silicon nitride layer and a back tin-gold layer is fabricated on the second silicon nitride layer. The metal circuit is connected with the back tin-gold layer by a through-hole circuit. The purpose of the present invention is to propose a silicon heat sink and a preparation method for packaging high-power semiconductor high-frequency laser. By changing the structure of the silicon heat sink, the present invention has a thermal conductivity phase. The difference is small (silicon thermal conductivity: 148W/m/ (?) and the cost is lower, the process cycle is shorter, especially to meet the needs of high frequency lasers.

【技术实现步骤摘要】
一种大功率半导体高频激光器封装用的硅热沉及制备方法
本专利技术涉及光电子领域，具体涉及一种大功率半导体高频激光器封装用的硅热沉及制备方法，主要用于解决大功率半导体激光器散热封装问题。
技术介绍
散热技术是光电子和微电子器件封装技术的重要组成部分，尤其对于半导体器件来说，由于温度对半导体材料的禁带宽度、带边吸收和发射带等物理特性有重要影响，体现在宏观上，即器件的基本光电特性如功率、电流特性、光谱曲线等随着温度会发生较大的变化，如对于大功率半导体激光器列阵器件来说，随着器件温度的升高，斜率效率降低、输出功率减少、中心波长产生红移，这些特性的变化对于实际应用极为不利。所以如何将器件工作中产生的废热耗散掉是半导体光电子和微电子器件研究中重要的方向之一。针对散热问题，通常采用高导热性能的金属材料作为热沉进行封装，比如无氧铜或紫铜。但是在某些场合中需要对器件散热的同时还需进行绝缘，这时常采用的热沉材料有氮化铝陶瓷。首先将陶瓷材料进行双面抛光，然后双面金属化，用陶瓷划片设备将陶瓷划开，焊接激光器芯片，最后引出正负电极。常用陶瓷是氮化铝陶瓷，氮化铝陶瓷属于共价化合物，自扩散系数很小，难于烧结致密，且杂质等各种缺陷的存在对其热导率影响很大。中国专利文献CN103166105A公开了一种用于大功率半导体激光器封装用的硅热沉及制备方法，其专利技术具有热导率相差不大而成本低廉、散热效果更好的优点，但是其二氧化硅绝缘层总厚度达到6000埃—3微米，在实际的热氧化工艺来制作绝缘层时，花费时间长，效率低，耗费的原材料量大，同时也不能满足高频激光器的需求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提出一种大功率半导体高频激光器封装用的硅热沉及制备方法，通过改变硅热沉结构，使得本专利技术具有热导率相差不大(硅热导率：148W/m/℃)而成本更加低廉，工艺周期更短，特别是能满足高频激光器的需求，其技术方案如下：一种大功率半导体高频激光器封装用的硅热沉，包括一硅片，所述硅片的正、反面均抛光，硅片的正面上方由下往上依次设有第一二氧化硅层、第一氮化硅层，硅片的反面下方由上往下依次设有第二二氧化硅层、第二氮化硅层，所述第一氮化硅层上制作有金属电路，所述第二氮化硅层上制作有背面金锡层，该金属电路与背面金锡层之间由通孔电路连接。进一步地，所述硅片的厚度为200~1000微米。进一步地，所述第一、二二氧化硅层的厚度为100~2000埃，所述第一、二二氧化硅层为第一、二氮化硅层的应力缓解层。进一步地，所述第一、二氮化硅层的厚度为1000埃~1微米，所述第一、二氮化硅层为绝缘层。进一步地，所述背面金锡层的厚度为1~5微米。一种大功率半导体高频激光器封装用的硅热沉的制备方法，包括以下步骤：步骤一：取一厚度为200~1000微米的硅片，且其正、反面均抛光处理；步骤二：清洗；步骤三：用热氧化设备在硅片正、反面分别生长第一、二二氧化硅层，其厚度均在100~2000埃；步骤四：在第一、二二氧化硅层上用PECVD工艺再分别生长第一、二氮化硅层，其厚度均为1000埃~1微米；步骤五：在本专利技术的硅热沉刻蚀通孔，孔径在20~100微米之间；步骤六：电镀铜，形成上下互联的通孔电路；步骤七：利用光刻和刻蚀工艺在第一氮化硅层上形成金属电路；步骤八：在第二氮化硅层上蒸镀背面金锡层。进一步地，步骤八中蒸镀的背面金锡层的厚度为1~5微米。依据上述技术方案，本专利技术与现有技术相比：硅导热性能稳定，硅工艺稳定成熟。硅片的正、反面均分别设有二氧化硅层、氮化硅层，二氧化硅层为氮化硅层的应力缓解层，氮化硅层为绝缘层，这种稳定结构使得二氧化硅层、氮化硅层的厚度大大缩小，其中氮化硅与二氧化硅相比除了具有更高绝缘性之外，高纯度氮化硅因介电常数和介电损耗的优势还同时能满足高频激光器的需求。附图说明下面通过具体实施方式结合附图对本专利技术作进一步详细说明。图1为本专利技术中的硅热沉几何结构示意图；图2为本专利技术中的硅热沉制备方法流程图。其中，1、硅片；2、第一二氧化硅层；3、第一氮化硅层；4、第二二氧化硅层；5、第二氮化硅层；6、金属电路；7、背面金锡层；8、通孔电路。具体实施方式下面通过具体实施方式结合附图对本专利技术作进一步详细说明。如图1所示，一种大功率半导体高频激光器封装用的硅热沉，包括一硅片1，所述硅片1的正、反面均抛光，硅片1的正面上方由下往上依次设有第一二氧化硅层2、第一氮化硅层3，硅片1的反面下方由上往下依次设有第二二氧化硅层4、第二氮化硅层5，所述第一氮化硅层3上制作有金属电路6，所述第二氮化硅层5上制作有背面金锡层7，该金属电路6与背面金锡层7之间由通孔电路8连接。所述硅片1的厚度为200~1000微米。所述第一、二二氧化硅层（2、4）的厚度为100~2000埃，所述第一、二二氧化硅层（2、4）为第一、二氮化硅层（3、5）的应力缓解层。所述第一、二氮化硅层（3、5）的厚度为1000埃~1微米，所述第一、二氮化硅层（3、5）为绝缘层。进一步地，所述背面金锡层7的厚度为1~5微米。如图2所示，一种大功率半导体高频激光器封装用的硅热沉的制备方法，包括以下步骤：步骤一：取一厚度为200~1000微米的硅片1，且其正、反面均抛光处理；步骤二：清洗；清洗方式采用半导体行业内的常规SC1+SPM的方式清洗，去除表面颗粒。步骤三：用热氧化设备在硅片1正、反面分别生长第一、二二氧化硅层（2、4），其厚度均在100~2000埃；热氧化设备用管式氧化炉，控制温度在800~1200度，往其通氧气或者通氧气加水蒸气（流量比例为1/1）进行，在氧化炉里硅片1正、反两面同时生长第一、二二氧化硅层（2、4）。步骤四：在第一、二二氧化硅层（2、4）上用PECVD工艺再分别生长第一、二氮化硅层（3、5），其厚度均为1000埃~1微米；PECVD工艺设置为频率2.45GHZ,功率范围2600~3200瓦，源物质为高纯硅烷和氨气，流量比例为1/2，温度设置为250~420度。步骤五：在本专利技术的硅热沉刻蚀通孔，孔径在20~100微米之间；采用半导体行业常规的BOSCH工艺，反应气体为SF6/C4F8。步骤六：电镀铜，形成上下互联的通孔电路8；其中电镀液采用商用化电镀专用硫酸铜溶液，电流设置在10~100mA。步骤七：利用光刻和刻蚀工艺在第一氮化硅层3上形成金属电路6；根据图形设计，选择合适分辨率的光刻设备做图形化。根据金属材质，选用合适的干法或者湿法刻蚀即可形成金属电路6。步骤八：在第二氮化硅层5上蒸镀背面金锡层7。背面金锡层7（实际包括分层的金层和锡层）采用分层蒸镀，使金层厚度和锡层厚度比例为1.5:1，调节电子束功率，使蒸发速率控制在10~20A/S。其中，步骤八中蒸镀的背面金锡层7的厚度为1~5微米。以上应用了具体个例对本专利技术进行阐述，只是用于帮助理解本专利技术，并不用以限制本专利技术。对于本专利技术所属
的技术人员，依据本专利技术的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大功率半导体高频激光器封装用的硅热沉，其特征在于，包括一硅片，所述硅片的正、反面均抛光，硅片的正面上方由下往上依次设有第一二氧化硅层、第一氮化硅层，硅片的反面下方由上往下依次设有第二二氧化硅层、第二氮化硅层，所述第一氮化硅层上制作有金属电路，所述第二氮化硅层上制作有背面金锡层，该金属电路与背面金锡层之间由通孔电路连接。

【技术特征摘要】
1.一种大功率半导体高频激光器封装用的硅热沉，其特征在于，包括一硅片，所述硅片的正、反面均抛光，硅片的正面上方由下往上依次设有第一二氧化硅层、第一氮化硅层，硅片的反面下方由上往下依次设有第二二氧化硅层、第二氮化硅层，所述第一氮化硅层上制作有金属电路，所述第二氮化硅层上制作有背面金锡层，该金属电路与背面金锡层之间由通孔电路连接。2.如权利要求1所述的一种大功率半导体高频激光器封装用的硅热沉，其特征在于，所述硅片的厚度为200~1000微米。3.如权利要求2所述的一种大功率半导体高频激光器封装用的硅热沉，其特征在于，所述第一、二二氧化硅层的厚度为100~2000埃，所述第一、二二氧化硅层为第一、二氮化硅层的应力缓解层。4.如权利要求3所述的一种大功率半导体高频激光器封装用的硅热沉，其特征在于，所述第一、二氮化硅层的厚度为1000埃~1微米，所述第一、二氮化硅层为绝缘层。5.如权利要求4所述的一种大...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐建卫，
申请(专利权)人：上海矽安光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31