[发明专利]集成热敏电阻的金刚石热沉

说明书

技术领域

本发明属于半导体技术领域，它涉及到一种利用沉积法和光刻腐蚀法在绝缘金刚石衬底上集成由Ti/Au双层薄膜组成的热敏电阻的金刚石热沉。本发明的独特之处在于成本和工艺复杂性投入很小的前提下，形成具有体积小、制作容易、成本低廉、灵敏度高、热惯性小、线性度好、可靠性高的金刚石热沉。

背景技术

由于半导体器件的性能随温度变化而变化，能够实时精确地检测器件的温度对其工作寿命和可靠性是至关重要的。而随着器件的小型化、微型化发展，把温度传感器集成在器件的封装结构内则是必然途径。但目前，大部分集成热敏电阻的器件普遍采用两种方法：

1：热敏元件直接制作在器件上(例如CPU)；

2：热敏元件直接制作在热沉上(主要采用掺B金刚石热敏电阻的金刚石热沉)。

前一种方法增加了器件的设计和工艺复杂性；而后一种由于生长过程中需要额外的设备因此有很昂贵的成本。如何在成本和工艺复杂性投入很小的前提下，把热敏元件与器件集成在一起将成为器件小型化发展的关键。由金属薄膜组成集成热敏电阻的金刚石热沉是解决这一问题的一个有效途径。高热导率金刚石热沉的采用能显著降低器件的热阻，对提高器件(尤其是大功率器件)的性能有重要作用。且由于本发明的热敏电阻与器件烧结区距离仅100-200um，因此具有高灵敏度的特点。现有技术中，金属薄膜热敏电阻广泛采用铂、镍、铜等金属材料制成。其工艺比较成熟，已能基本满足大温度范围、高精度等的各种要求。铂的电阻温度系数较高，工作范围大，也有良好的感温灵敏度，但制造困难，成本昂贵。镍虽然有相当高的灵敏度，但其线性度差，需要作非线性校正。铜虽然线性度较好，但具有热容大、电阻率小的缺点，因此其面积较大且对温度的反应比较缓慢，热惯性大。金作为一种热敏电阻材料被研究的甚少，主要是由于其电阻温度系数和价格并不占优。但目前很多器件，尤其是大功率器件，都被烧结在蒸发了Ti/Au薄膜的绝缘衬底上，因此采用Ti/Au双层薄膜组成集成热敏电阻的金刚石热沉并未显著增加其成本，而只是对沉积的Ti/Au材料的质量和厚度提出了一定的要求，而由于其与现有工艺的可兼容性，工艺的复杂性也并未大幅增加。而且Au具有热容小、物理化学性质稳定等特点，因此本发明还具有热惯性小，后封装工艺简单的特点。

发明内容

本发明的目的在于设计一种集成热敏电阻的金刚石热沉，以实现热敏电阻与器件的集成，解决了以往热敏元件与器件集成制作过程中设计和工艺复杂、成本昂贵等问题。

为了实现上述目的，本发明提供一种集成热敏电阻的金刚石热沉，包括：

一衬底；

一第一Ti薄膜，该第一Ti薄膜制作在衬底上的一侧，该第一Ti薄膜为一弯折条形结构；

一Au薄膜，该Au薄膜制作在第一Ti薄膜上，形状与第一Ti薄膜相同，该Au薄膜分为第一热敏电阻引线区、第二热敏电阻引线区和热敏电阻区；

一第二Ti薄膜，该第二Ti薄膜制作在衬底上的另一侧；

一器件烧结区，该器件烧结区制作在第二Ti薄膜上。

其中衬底为双面抛光的高热导率金刚石衬底。

其中热敏电阻区的阻值为100-200Ω，电阻温度系数为3.5×10^-3/℃，其能在0℃-50℃范围内使用，最大非线性度仅0.20-0.24％。

其中热敏电阻区上的第一Ti薄膜和Au薄膜的线条宽度为10-15um。

其中第一Ti薄膜和第二Ti薄膜的厚度为30-50nm。

其中Au薄膜的厚度为400-500nm。

其中器件烧结区与热敏电阻区的间隔宽度为100-200um。

其中该器件烧结区的材料为Au薄膜，厚度为400-500nm。

附图说明

为详细说明本发明的内容及特点，以下结合附图及实施例对本发明作进一步的描述，其中：

图1是本发明提供的集成热敏电阻的金刚石热沉结构示意图。

图2是本发明制备的热敏电阻的两次测量(正向、逆向)电阻-温度特征曲线。

具体实施方式

如图1所示，本发明提供一种集成热敏电阻的金刚石热沉，包括：

一衬底1，该衬底1为双面抛光的高热导率金刚石衬底；

由于金刚石衬底1具有非常高的热导率，从器件有源区产生的热量能很快传导至热敏电阻，从而使本发明提供的集成热敏电阻的金刚石热沉具有较高的热灵敏度及较小的热惯性。另外，双面抛光的金刚石衬底1的采用，能显著增加器件与热沉、热沉与制冷器的有效接触面积，从而使烧结在本发明提供的集成热敏电阻的金刚石热沉上的器件更容易散热。