[发明专利]一种铜片氧化方法

说明书

本发明涉及一种铜片氧化方法，将铜片与陶瓷层键合的一面形成特定厚度的氧化层，另一面不形成氧化层。其中，氧化炉内设置有入口、加温区、冷却区以及出口，加温区包括十个温区，各区温度设置如下：一区550℃、二区650℃、三区680℃、四区720℃、五区720℃、六区720℃、七区750℃、八区750℃、九区720℃、十区710℃；氧化炉顶部和底部的进气口处均分别设置有氧气进气管和氮气进气管，氧气的流量设定为38mL/min，氮气的流量设定如下：入口25～35L/min；加温区中一至三区顶部0L/min、四至六区顶部75～85L/min、八至十区顶部75～85L/min、一至十区底部0L/min；冷却区25～35L/min；出口25～35L/min。

技术领域

本发明属于半导体基板制备技术领域，涉及一种覆铜陶瓷基板制备技术，具体而言涉及DBC技术中的铜片氧化方法。

背景技术

铜片氧化工艺是铜直接键合(Direct Bonded Copper，简称DBC)技术的一道关键工艺。要使铜片与Al₂O₃陶瓷牢固键合，必须在铜表面形成一定厚度Cu₂O层，铜片进入氧化炉后逐步升温到约800℃，并在约1000ppm的氧氛围下进行氧化，铜下表面形成CuO层，接下来铜片进入贫氧的恒温区，CuO层逐步转化为Cu₂O。

若要形成均匀的氧化层，需要设备在气源方面提供稳定流速和流量的氮气和氧气混合气。现有铜片氧化的方式是利用Koyo氧化炉进行氧化，具有11个温区，氧化主要发生在3区，N₂和O₂分别单独通入炉内，在炉膛的局部进行混合，实测炉内氧化浓度波动达到±200ppm，影响后续工序的稳定性和产品良率。同时由于设备通气位置和治具设备的原因，氧化发生在底部，带速170mm/min，氧化效率不高。

发明内容

本发明是为解决上述不足进行的，对后烧结工序设备(TCA141-10-90N120)进行改进，使之作为氧化炉使用，同时结合设备特点综合考虑温度及气体通入的组合，设计合理的温区及气体通入，确保氧化品质。

本发明的技术改进思路如下：1)按照工艺设计和产品要求，需要在铜片表面形成氧化层，与陶瓷键合的一面形成特定厚度的氧化层，而另一面需要稍浅的氧化层；2)根据设备主体结构重新设计氧化方式，根据上述思路设计顶部进行氧化，底部不需要氧化的工艺设计；3)将原有烧结工序设备改造，通入一定流量N₂和O₂，同时增强气体流量监测，并通过加大氮气的流量，实现两种气体在炉膛的局部实现充分混合，以达到均匀混合的目的；4)根据铜片氧化原理，综合考虑温度及气体通入的组合，设计合理的温区及气体通入，保证氧化的品质。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

本发明第一方面，提供了一种铜片氧化方法，在氧化炉内进行，将铜片与陶瓷层键合的一面形成特定厚度的氧化层，另一面不形成氧化层。

其中，氧化炉内设置有入口、加温区、冷却区以及出口，加温区包括十个温区，各区温度设置如下：一区545～555℃、二区645～655℃、三区675～685℃、四区715～725℃、五区715～725℃、六区715～725℃、七区745～755℃、八区745～755℃、九区715～725℃、十区705～715℃；

所述氧化炉顶部和底部的进气口处均分别设置有氧气进气管和氮气进气管，所述氧气的流量设定为35～40mL/min，优选38mL/min；

氮气的流量远大于氧气的流量，通过大流量的氮气使得氧气再炉膛内进行充分混合，氮气的流量设定如下：入口25～35L/min；加温区中一至三区顶部0L/min、四至六区顶部75～85L/min、八至十区顶部75～85L/min、一至十区底部0L/min；冷却区25～35L/min；出口25～35L/min。