CN100431106C - 形成纳米碳管与金属复合材料的电镀互连导线的方法 - Google Patents

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Abstract

一种形成纳米碳管与金属复合材料的电镀互连导线的方法被揭示，包含于一含有金属离子及纳米碳管的电镀浴中对一表面具有一导电基线的基材进行电镀，于是在该导电基线形成纳米碳管与金属复合材料的电镀互连导线。本发明亦揭示另一种形成纳米碳管与金属复合材料的电镀互连导线的方法，包含准备一纳米碳管的分散液，其包含一有机溶剂及分散于该有机溶剂的纳米碳管；将该纳米碳管的分散液印刷于一基材的一表面，及从该表面挥发移除该有机溶剂，而形成一导电基线；及于一含有金属离子的电镀浴中对该表面进行电镀，于是在该导电基线形成纳米碳管与金属复合材料的电镀互连导线。

Description

形成纳米碳管与金属复合材料的电镀互连导线的方法
技术领域
本发明是关于一种形成纳米碳管与金属复合材料的电镀互连导线的方法，尤其有关一种形成纳米碳管与铜复合材料的电镀互连导线的方法。
背景技术
美国专利6709562B1揭示一种于集成电路芯片上制造次微米互连结构的方法，包含在一基材上形成一绝缘材料，于该绝缘材料通过光刻方式形成凹陷，在该绝缘材料形成一作为镀敷基底的导电层，从一含有铜及添加物的电镀浴电镀一无缝导体，及磨平所形成的结构。此专利内容以参考方式被并入本案。
美国专利5916642提出以氢电弧放电的方式将铜包覆于纳米碳管的方法，及进一步去除纳米碳管得到纳米铜导线的方法。然而此方法并不适用于一具有较大表面积的基材。
发明内容
本发明的一主要目的在于提供一种形成纳米碳管与金属(例如铜)复合材料的电镀互连导线的方法，该电镀互连导线当作为导电信道时具有增加的电流密度及降低的铜的电子迁移效应。此外，本发明方法所形成的纳米碳管与金属复合材料的电镀互连导线，因为纳米碳管具有高的杨氏模数(Young’smodulus)(1TPa～1.24TPa)，因此可以增强铜导线可承受的机械强度。当导线用于可挠曲基材时，组件间的导线必须有较高的延展性与强度。本发明的铜与纳米碳管复合材料的互连导线非常适合应用作为可挠曲基材的导线。
依本发明所完成的一种形成纳米碳管与金属复合材料的电镀互连导线的方法，包含于一含有金属离子及纳米碳管的电镀浴中对一表面具有一导电基线的基材进行电镀，于是在该导电基线形成纳米碳管与金属复合材料的电镀互连导线。
较佳的，本发明方法进一步包含以平板印刷术(lithography)于该基材的该表面形成一金属线作为该导电基线。
较佳的，该纳米碳管与金属复合材料为纳米碳管与铜复合材料，其中该电镀浴包含一含有铜离子及电解质阴离子的电镀水溶液，及一有机溶剂及分散于该有机溶剂的纳米碳管。
较佳的，于本发明方法中该电镀浴在进行电镀时被施予一超声波震荡。
本发明亦提供另一种形成纳米碳管与金属复合材料的电镀互连导线的方法，包含准备一纳米碳管的分散液，其包含一有机溶剂及分散于该有机溶剂的纳米碳管；将该纳米碳管的分散液印刷于一基材的一表面，及从该表面挥发移除该有机溶剂，而形成一导电基线；及于一含有金属离子的电镀浴中对该表面进行电镀，于是在该导电基线形成纳米碳管与金属复合材料的电镀互连导线。
较佳的，该纳米碳管与金属复合材料为纳米碳管与铜复合材料，其中该电镀浴包含一含有铜离子及电解质阴离子的电镀水溶液。
较佳的，该纳米碳管与金属复合材料为纳米碳管与铜复合材料，其中该电镀浴包含一含有铜离子及电解质阴离子的电镀水溶液，及一有机溶剂及分散于该有机溶剂的纳米碳管。
较佳的，该电镀浴在进行电镀时被施予一超声波震荡。
附图说明
图1及图2显示使用铜的电镀水溶液与一纳米碳管分散液的混合作为电镀浴于一还原电极上电镀纳米碳管与铜复合材料的SEM照片，其中图1的电镀时间为80秒而图2为300秒。
具体实施方式
本发明提供一种可在一具有大表面积的基材上形成互连导线的方法，其中该互连导线是由纳米碳管与金属(例如铜)的复合材料所组成。本发明方法可被应用在一空白基材上形成互连导线，或者在一已被设有组件的基材上形成连接组件的互连导线。本发明方法首先在该基材的一表面上形成一作为电镀基底的导电基线，再以电镀方式于该导电基线形成纳米碳管与金属复合材料的互连导线。依该导电基线的材料，本发明方法可分成两种实施方式。以下以一可挠曲基材为例进行说明。
于一聚合物例如聚酰亚胺所制成的可挠曲基材上，使用一屏蔽以溅镀或蒸镀方式形成一作为电镀基底的金属(例如铜)基线，将该基材浸于一电镀浴中并连接于一直流电源的负极，同时一阳极(例如多孔铂)浸于该电镀浴中并连接于该直流电源的正极，于是从电镀浴将金属离子还原并电镀在该金属基线。本发明的特点在于该电镀浴被进一步掺混有纳米碳管，例如已知的铜的电镀水溶液与一纳米碳管分散液的混合。较佳的，该纳米碳管分散液包含一有机溶剂例如二甲基甲酰胺(dimethylformamide；DMF)及分散于其中的单壁或多壁的纳米碳管。在进行电镀时该电镀浴被施予一超声波震荡，以使纳米碳管均勺分散于该电镀浴中，于是在该铜基线所获得的电镀层为纳米碳管与铜的复合材料。
形成纳米碳管与金属复合材料的电镀互连导线的本发明方法另一种实施方式，包含使用前述的纳米碳管分散液在该可挠曲基材的表面上印刷(例如喷墨印刷方式)一线状结构，及挥发移除该有机溶剂，而形成一导电基线；及于一含有金属离子的电镀浴中(例如已知的铜的电镀水溶液)对该表面进行电镀，于是在该导电基线形成纳米碳管与金属(例如铜)复合材料的电镀互连导线。
于本发明方法中所使用的纳米碳管分散液，为了决定纳米碳管的合适用量，首先以一固定的纳米碳管重量分散于DMF中，将其印刷于一绝缘基材上，挥发移除其中的DMF燥后，再量测纳米碳管印刷线的电流。若未达到想要的电流值(例如μA电流等级)，再增加纳米碳管用量，即可得到适用于本发明的纳米碳管分散液。此后即可以使用比色法来达到纳米碳管分散液复制的目的。
图1及图2显示使用铜的电镀水溶液与一纳米碳管分散液的混合作为电镀浴于一还原电极上电镀纳米碳管与铜复合材料的SEM照片，其中图1的电镀时间为80秒而图2为300秒。电镀使用0.189A电流(电流密度0.189A/cm2)。电镀时超声波震荡电镀浴，电镀浴的温度为24℃，其为纳米碳管DMF分散液与电镀水溶液1∶50体积比的混合。该纳米碳管DMF分散液是将3.74～11.2ml的单壁纳米碳管(Rice University)分散于1升DMF中而制备。该电镀水溶液的组成如表1。
从图1及2可以看出纳米碳管与铜复合材料被成功的电镀于阴极表面。
表1
电镀水溶液的组成     Cutek conc.
S-2001<sup>*</sup>(ml/L)     19
A-2001<sup>**</sup>(ml/L)     4.6
铜(g/L)     16.9
硫酸(g/L)     135
*Ultrafill S-2001 suppressor，Shipley Company，Marlborough，MA 01752，US
**Ultrafill A-2001 accelerator，Shipley Company，Marlborough，MA 01752，US

Claims (4)

1.一种形成纳米碳管与金属复合材料的电镀互连导线的方法，包含准备一纳米碳管的分散液，其包含一有机溶剂及分散于该有机溶剂的纳米碳管；将该纳米碳管的分散液印刷于一基材的一表面，及从该表面挥发移除该有机溶剂，而形成一导电基线；及于一含有金属离子的电镀浴中对该表面进行电镀，于是在该导电基线形成纳米碳管与金属复合材料的电镀互连导线。
2.如权利要求1所述的方法，其中该纳米碳管与金属复合材料为纳米碳管与铜复合材料，其中该电镀浴包含一含有铜离子及电解质阴离子的电镀水溶液。
3.如权利要求1所述的方法，其中该纳米碳管与金属复合材料为纳米碳管与铜复合材料，其中该电镀浴包含一含有铜离子及电解质阴离子的电镀水溶液，及一有机溶剂及分散于该有机溶剂的纳米碳管。
4.如权利要求3所述的方法，其中在进行电镀时该电镀浴被施予一超声波震荡。
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