CN105332020B - 纳米双晶金膜、其制备方法、及包含其的接合结构 - Google Patents
纳米双晶金膜、其制备方法、及包含其的接合结构 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105332020B CN105332020B CN201410548282.9A CN201410548282A CN105332020B CN 105332020 B CN105332020 B CN 105332020B CN 201410548282 A CN201410548282 A CN 201410548282A CN 105332020 B CN105332020 B CN 105332020B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- golden film
- twin crystal
- nanometer
- gold
- preparation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000010931 gold Substances 0.000 title claims abstract description 83
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 76
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 70
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 51
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 115
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 59
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 21
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 238000007747 plating Methods 0.000 claims description 8
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 7
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 6
- -1 gold ion Chemical class 0.000 claims description 6
- XTEGARKTQYYJKE-UHFFFAOYSA-N chloric acid Chemical compound OCl(=O)=O XTEGARKTQYYJKE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229940005991 chloric acid Drugs 0.000 claims description 5
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 5
- 241000370738 Chlorion Species 0.000 claims description 4
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- QBWCMBCROVPCKQ-UHFFFAOYSA-N chlorous acid Chemical compound OCl=O QBWCMBCROVPCKQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229940077239 chlorous acid Drugs 0.000 claims description 2
- JCDVTZPJEWWGHU-UHFFFAOYSA-N gold sulfurous acid Chemical compound [Au].S(O)(O)=O JCDVTZPJEWWGHU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- QWPPOHNGKGFGJK-UHFFFAOYSA-N hypochlorous acid Chemical compound ClO QWPPOHNGKGFGJK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 2
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 claims description 2
- FGIUAXJPYTZDNR-UHFFFAOYSA-N potassium nitrate Chemical compound [K+].[O-][N+]([O-])=O FGIUAXJPYTZDNR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 154
- 238000000034 method Methods 0.000 description 16
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 6
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 5
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 5
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 4
- 239000010437 gem Substances 0.000 description 4
- 229910001751 gemstone Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 3
- SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N iron(II,III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]O[Fe]=O SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 2
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 2
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 2
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- JAJIPIAHCFBEPI-UHFFFAOYSA-N 9,10-dioxoanthracene-1-sulfonic acid Chemical compound O=C1C2=CC=CC=C2C(=O)C2=C1C=CC=C2S(=O)(=O)O JAJIPIAHCFBEPI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000208340 Araliaceae Species 0.000 description 1
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000005035 Panax pseudoginseng ssp. pseudoginseng Nutrition 0.000 description 1
- 235000003140 Panax quinquefolius Nutrition 0.000 description 1
- LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-N Sulfurous acid Chemical compound OS(O)=O LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000004070 electrodeposition Methods 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 description 1
- 235000008434 ginseng Nutrition 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- SRCZENKQCOSNAI-UHFFFAOYSA-H gold(3+);trisulfite Chemical compound [Au+3].[Au+3].[O-]S([O-])=O.[O-]S([O-])=O.[O-]S([O-])=O SRCZENKQCOSNAI-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 1
- 229910000041 hydrogen chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N hydrogen chloride Substances Cl.Cl IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 239000002932 luster Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 150000007522 mineralic acids Chemical class 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000002070 nanowire Substances 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 150000007524 organic acids Chemical class 0.000 description 1
- 238000012797 qualification Methods 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000010415 tropism Effects 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
- C25D3/00—Electroplating: Baths therefor
- C25D3/02—Electroplating: Baths therefor from solutions
- C25D3/48—Electroplating: Baths therefor from solutions of gold
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
- B32B15/01—Layered products comprising a layer of metal all layers being exclusively metallic
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
- B32B15/01—Layered products comprising a layer of metal all layers being exclusively metallic
- B32B15/018—Layered products comprising a layer of metal all layers being exclusively metallic one layer being formed of a noble metal or a noble metal alloy
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C5/00—Alloys based on noble metals
- C22C5/02—Alloys based on gold
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
- C25D21/00—Processes for servicing or operating cells for electrolytic coating
- C25D21/10—Agitating of electrolytes; Moving of racks
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
- C25D5/00—Electroplating characterised by the process; Pretreatment or after-treatment of workpieces
- C25D5/48—After-treatment of electroplated surfaces
- C25D5/50—After-treatment of electroplated surfaces by heat-treatment
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Electroplating Methods And Accessories (AREA)
- Electroplating And Plating Baths Therefor (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
Abstract
本发明是有关于一种具有优选排列方向的纳米双晶金膜、其制备方法、及包含其的接合结构。该金膜具有一厚度方向，且在该厚度方向沿着[220]晶轴方向堆叠；其中，该金膜至少50％以上的体积是由多个纳米双晶金所构成，该些纳米双晶金彼此相邻且沿着垂直该厚度的方向排列，并沿着[111]晶轴方向堆叠而成。
Description
技术领域
本发明是关于一种具有优选排列方向的金膜及其制备方法，尤指一种厚度方向沿着[220]晶轴方向堆叠由多个纳米双晶金所构成的金膜，以及其制备方法。
背景技术
金属材料的硬度以及其机械性质会随着金属的晶粒大小而改变，举例而言，一些具有纳米级晶粒以及具有纳米双晶结构的金属薄膜具有特别高硬度。一般而言，金的硬度较低，当作为饰品时，常因为碰撞或挤压而造成金饰的变形，降低其美观程度，同时也降低了金饰加工的价值，此外，金也常用于珠宝镶嵌上，然而其硬度不足，镶嵌于金上的宝石容易掉落。据此，若通过形成纳米级晶粒的金结构，或者形成具有纳米双晶结构以提高硬度，可应用于饰品或珠宝镶嵌金属的表面，以提升其硬度，除了不易磨损，亦可确保镶嵌的宝石不易掉落，此外，具有纳米结晶性质的双晶金属，也可应用作为如直通硅晶穿孔(TSV，through silicon via)、半导体芯片中的内连线(interconnect)、封装基板的引脚通孔(pin through hole)、金属导线(如，铜导线(copper interconnect))、或基板线路等的金属材料，以确保其电性接点的可靠性，并延长其使用寿命。
此外，金具有高传导系数，相当适合作为封装结构的电性连接金属，然而由于现有的金材料所制备的电性接点，由于金的晶粒结晶方向并无一定的趋势，其接点表面形成方向性零散的晶粒，因此在接合时需在高温或高压下进行接合，而过高的温度或压力容易造成电子产品元件的损坏，如半导体芯片，若降低金接合的工艺温度，及工艺压力则需增加，如此一来，金接合的工艺将过于繁复且设备昂贵，过大的工艺压力也影响了电子产品的合格率。
目前现有制备纳米双晶金的方法包括：(1)利用电镀纳米线的方法制备纳米双晶金的纳米线，然而此方法无法制备纳米双晶金薄膜，且其制备所需时间过长，无法广为利用；(2)利用退火的方法形成双晶金薄膜，然而，此方法无法成功形成高密度且规则的纳米双晶结构；(3)利用合金方法并通过退火过程以形成纳米双晶结构，然而，此方法需使用合金，会降低其制备的金属纯度，若应用于金饰上，将降低其价值；或者，(4)利用掺入铜的方法以增加金的硬度，然而掺入铜所形成的K金会失去纯金的色泽及纯度，其价值也会降低。
因此目前急需一种新颖的金膜以及其制备方法，其具有优选排列方向以及纳米双晶的结构，以应用于饰品业，增加金饰的硬度，提升金饰加工的可靠度。除了应用于饰品业外，利用其具有优选排列方向以及具有纳米双晶的特性，应用于电子产业中，以改善电性接点工艺中需经高温高压的缺点，以提升产品合格率，降低成本，同时达到高效能且小体积的电子产品。
发明内容
本发明提供了一种具有优选排列方向的纳米双晶金膜以及其制备方法，该纳米双晶金膜包括多个纳米双晶金，可使得该纳米双晶金膜具有良好硬度以及机械性质，且该纳米双晶金膜可应用于珠宝业与金饰业，在金饰表面形成该包括多个纳米双晶金的纳米双晶金膜，以提高金饰的硬度，但不影响其外观。
此外，根据本发明所提供的具有优选排列方向的纳米双晶金膜，以及其优异的机械性质以及其抗电迁移特性，本发明还提供了一种具有优选排列方向的纳米双晶金膜的接合结构及其制备方法，以应用于电子产品中各种电性接点。通过控制形成纳米双晶金膜时的电镀条件，在纳米双晶金膜表面形成具有[220]优选方向的结晶平面，其中的金原子沿着[220]方向堆叠，因此，本发明所提供的具有优选排列方向的纳米双晶金膜的接合结构综合以上两种特点，使得表面具有[220]结晶平面以及包括多个纳米双晶金的纳米双晶金膜，可在低温低压下达到良好的接合情况。
本发明所提供的具有优选排列方向的纳米双晶金膜，该纳米双晶金膜具有一厚度方向，且在该厚度方向沿着[220]晶轴方向堆叠，其中，该纳米双晶金膜至少50％以上的体积是由多个纳米双晶金所构成，该些纳米双晶金彼此相邻且沿着垂直该厚度的方向排列，并沿着[111]晶轴方向堆叠而成。
本发明所提供的具有优选排列方向的纳米双晶金膜的厚度可为0.05～1000μm，优选为1～10μm。而该些纳米双晶金的长轴长度为0.05～100μm，优选为0.05～10μm；该些纳米双晶金的短轴长度为1～200nm，优选为20～100nm。
此外，在本发明所提供的具有优选排列方向的纳米双晶金膜，在垂直该厚度方向的任一截面的至少50％以上的面积为[220]结晶平面。
本发明的另一目的是在于提供一种具有优选排列方向的纳米双晶金膜的制备方法，包括：(A)提供一电镀装置，该电镀装置包括一阳极、一阴极、一直流电流供应源、以及一电镀液，其中，该直流电流供应源与该阳极以及该阴极电性连接，且该阳极及该阴极浸泡于该电镀液中；以及(B)使用该电力供应源提供一直流电流以进行电镀，并在该阴极表面生长一纳米双晶金膜；其中，该具有优选排列方向的纳米双晶金膜具有一厚度方向，且在该厚度方向沿着[220]晶轴方向堆叠；该纳米双晶金膜至少50％以上，优选是由70％以上的体积是由多个纳米双晶金所构成，该些纳米双晶金彼此相邻且沿着垂直该厚度的方向排列，并沿着[111]晶轴方向堆叠而成；且该电镀液包括一金离子、一氯离子、以及一酸。
根据本发明所提供的纳米双晶金膜的制备方法，在步骤(B)中，当电镀进行时，该阴极或该电镀液可以300～1500rpm的转速旋转，而其中以400～1200rpm的转述旋转为较佳，以帮助双晶生长方向及速率。
根据本发明所提供的具有优选排列方向的纳米双晶金膜的制备方法，在步骤(B)中，该直流电流供应器所提供的电流密度为1～100mA/cm2，其中优选为1～10mA/cm2。
根据本发明所提供的具有优选排列方向的纳米双晶金膜的制备方法，其中，该电镀液可还包括至少一选自由：介面活性剂、晶格修整剂、及其混合物所组成的群组。而该电镀液中的该酸可为一有机或无机酸，以增加电解质浓度而提高电镀速度，该酸可为至少一选自由盐酸、硝酸、以及硫酸所组成的群组，其中又以盐酸或硝酸为较佳，且其金离子浓度可为5～15g/L，优选为8～12g/L。此外，该电镀液中的该金离子是由一含金的盐类解离而得，该含金的盐类可为至少一选自由硫酸金、及亚硫酸金所组成的群组，而其中是以亚硫酸盐金为较佳。而该电镀液中的该氯离子的主要功能用以微调整晶粒生长方向，使双晶金属具有结晶优选方向，该氯离子可由一含氯的化合物解离而得，其可为至少一选自由盐酸、过氯酸、氯酸、亚氯酸、以及次氯酸所组成的群组所提供，而其中优选为盐酸、氯酸。
根据本发明所提供的具有优选排列方向的纳米双晶金膜的制备方法，其中，电镀沉积的纳米双晶金膜厚度可依据电镀时间的长短而进行调整，其厚度范围可为0.05～1000μm，优选为1～10μm，而在该纳米双晶金膜中，该纳米双晶金晶粒的厚度可为0.05～1000μm，优选为1～100μm，及直径可为0.05～1000μm，优选为1～100μm。
如图2A的FIB剖面图以及图2B的立体示意图所示，本发明所提供的具有优选方向的纳米双晶金膜20是由大量的纳米双晶金21所构成，接着参照图3所示的放大图，其中该多个纳米双晶金31(如相邻的一组黑线与白线构成一个双晶结构)彼此相邻，朝着32方向依次以[111]结晶表面堆叠，且朝着33方向以[220]结晶表面堆叠而成该纳米双晶金膜。
根据以上所形成的纳米双晶金膜，本发明的另一目的是在于提供一种具有优选排列方向的纳米双晶金膜的接合结构，包括：一第一基板，具有一第一金膜；一第二基板，具有一第二金膜；其中，该第一金膜与该第二金膜中至少一是由上文中所述的具有优选排列方向的纳米双晶金膜，且该第一金膜与该第二金膜彼此接合，并具有一金接合介面。
在本发明所提供的接合结构中，该第一金膜以及该第二金膜的厚度可根据该第一基板以及该第二基板的电性连接结构设计，且可通过调控生长时的参数而控制，其可各自独立为0.05-1000μm，其中优选可为0.05-500μm。
本发明所提供的接合结构中，该第一基板以及该第二基板可各自独立选自由一半导体芯片、一电路板、一导电基板、以及各种电子元件所组成的群组。
上述所提供的一种具有优选排列方向的纳米双晶金膜接合结构可用于电性连接一第一基板以及一第二基板，其制备方法在下文中说明，包括：(A)提供一第一基板以及一第二基板；(B)在该第一基板上形成一第一金膜，该第一金膜具有显露的一第一金膜表面；以及在该第二基板上形成一第二金膜，该第二金膜具有显露的一第二金膜表面，其中该第一金膜以及该第二金膜中至少一是由本发明所提供的具有优选排列方向的纳米双晶金膜所构成，(C)进行一接合程序，其是使该第一金膜表面与该第二金膜表面相互接触，并施加一压合力使得该第一金膜以及该第二金膜彼此接合，并形成一金接合介面，其中，该压合力为1MPa以下。
根据本发明所提供的接合结构的制备方法，步骤(A)中，该第一基板以及该第二基板可各自独立选自由一半导体芯片、一电路板、一导电基板、以及各种电子元件所组成的群组。
在步骤(B)中，当该第一金膜为本发明所提供的具有优选排列方向的纳米双晶金膜时，该第一金膜表面具有50％至100％的表面积为[220]结晶平面，且该第二纳米双晶金膜表面可具有0％至100％的表面积为[220]结晶平面；且第二纳米双晶金膜可为本发明所提供的具有优选排列方向的纳米双晶金膜，或是由本领域中其他现有方法所形成的金膜均可使用，并无特别的限制，举例而言，可由电子枪蒸镀、直流电镀、物理气相沉积、以及化学气相沉积等方法制备，然而该第二金膜优选是使用本发明所提供的纳米双晶金膜的制备方法而形成。此外，第一金膜以及第二金膜的厚度可通过调控上述形成第一金膜以及第二金膜的工艺参数，可得到厚度各自独立为0.05-1000μm的该第一纳米双晶金膜以及该第二纳米双晶金膜，而优选可为0.05-500μm。此外，通过调控形成该第一金膜以及该第二金膜的参数，可在该第一金膜或第二金膜表面提供具有[220]优选方向的结晶平面，而其中，该第一金膜表面可具有50％至100％的表面积为[220]结晶平面，优选为75％至100％的表面积为[220]结晶平面，更佳为85％至100％的表面积为[220]结晶平面；而该第二金膜表面的结晶型态可不受限制，可具有0％至100％的表面积为[220]结晶平面，而优选50％至100％的表面积为[220]结晶平面，更佳为75％至100％的表面积为[220]结晶平面。
在步骤(C)所进行的接合程序中，所施加的该压合力可由该第一基板朝该第二基板方向压合、由该第二基板朝该第二基板方向压合、或该第一基板与该第二基板彼此压合，且该施加的压合力可为0.01至1000MPa，优选为0.1至10MPa。此外，该接合程序可在10-4至1torr的真空度下进行，优选可在10-4至10-2torr的真空度下进行。此外，步骤(C)的接合程序可在20至300℃的温度下进行。再者，接合的时候并无特别的限制，只要可将两基板经由纳米双晶金膜接合即可。具体而言，当接合时的环境温度较低时，所需的接合时间则相对较长，举例而言，当接合温度为150℃时，其接合时间需达1小时以上，然而当接合时的环境温度较高时，所需的接合时间则相对较短，如当接合温度为200℃时，仅需15分钟即可完成接合程序。
此外，在本发明的具有优选排列方向的纳米双晶金膜的接合结构及其制备方法中，第一基板及第二基板可各自独立为一半导体芯片、一封装基板、或一电路板；且优选为半导体芯片。据此，本发明的技术可应用于，例如覆晶封装(Flip chip)、球列阵列基板(Ball grid array，BGA)、晶圆级芯片封装(wafer level chip scale packaging，WLCSP)等常见于IBM C4技术所衍生的各种封装技术中，尤其是高频与高功率元件。特别是，本发明的技术更可应用于需要高机械性质且产品可靠度的三维封装结构上。举例而言，当第一基板及第二基板为半导体芯片时，经接合后则可形成所谓的三维集成电路(3D-IC)；此外，也可将三维集成电路作为第一基板，且封装基板作为第二基板进行接合，然而，本发明并不受限于此。
附图说明
图1为本发明制备例1的电镀装置配置示意图。
图2A为本发明实制备1的具有[220]优选排列方向的纳米双晶金膜的聚焦离子束(Focused Ion Beam)剖面图。
图2B为本发明制备例1的具有[220]优选排列方向的纳米双晶金膜的立体示意图。
图3A为本发明制备例1的具有[220]优选排列方向的纳米双晶金膜的聚焦离子束(Focused Ion Beam)剖面图。
图3B为图3A的俯视图。
图4为本发明制备例1的具有[220]优选排列方向的纳米双晶金膜的X光衍射分析结果图。
图5为本发明制备例1的具有[220]优选排列方向的纳米双晶金膜的硬度测试图。
图6为本发明制备例2的具有[111]优选排列方向的纳米双晶金膜的X光衍射分析结果图。
图7为本发明制备例3的不规则排列的金膜的X光衍射分析结果图。
图8为本发明实施例1的金膜接合光学显微镜图。
图9为本发明实施例2的金膜接合光学显微镜图。
图10为本发明比较例1的金膜接合光学显微镜图。
【符号说明】
阳极 11 阴极 12
电镀液 13 电流供应源 15
纳米双晶金膜 20 内米双晶金 21，31
第一基板 801，901，1001
第一金膜 83，93，103
第二基板 802，903，1003
第二金膜 86，96，106
金接合介面 87，97，107
孔洞 108
具体实施方式
以下是通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明也可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不悖离本发明的精神下进行各种修饰与变更。
[制备例1]-具有[220]优选方向的纳米双晶金膜的制备
提供一如图1所示的电镀装置100，电镀装置100包括有阳极11、阴极12，浸泡于电镀液13中并分别连接至一直流电流供应源15(KEITHLEY2400)。在此，阳极11使用的材料为白金基板或白金网格；阴极12使用的材料为表面镀有金的基板，也可选择使用表面镀有金属层及晶种层的玻璃基板、石英基板、金属基板、塑料基板、或印刷电路板等。电镀液13包括有金离子(10g/L)(亚硫酸金)、氯化氢(150mL/L)、硝酸(150mL/L)、以及二次水(700mL/L)。
接着，施加一具有0.005A/cm2电流密度的直流电流，并加入旋转磁石(图未示)以600rpm的转速搅拌电镀液13，并由阴极12开始朝箭头所指的方向生长纳米双晶金膜。完成的金膜包括多个晶粒。图2A为本实施例所制得的纳米双晶金膜的聚焦离子束(Focused IonBeam，FIB)剖面图，图2B为本实施例的纳米双晶金膜的立体示意图，如图2A的FIB剖面图以及图2B的立体示意图所示，本发明所提供的具有优选方向的纳米双晶金膜20是由大量的纳米双晶金21所构成，接着参照图3A，图3A为图2A的放大截面图，其中该多个纳米双晶金31(如相邻的一组黑线与白线构成一个双晶结构)彼此相邻，朝着32方向依次以[111]结晶表面堆叠，且朝着33方向以[220]结晶表面堆叠而成该纳米双晶金膜，并如图3B所示，图3B为图3A的俯视图，可观察到许多纳米双晶金31存在于金晶粒中。其中，参照图2B，该纳米双晶金膜的厚度为7.5μm，并参照图3B，该纳米双晶金的短轴长度为80nm。
图4为本实施例所制得的纳米双晶金膜的X光分析结果图，由图4可看到，其大部分的金晶粒具有[220]晶轴的优选方向(preferred orientation)(如图3A中标示的「Au(220)」所示)。
图5为本实施例所制得的纳米双晶金膜的硬度测试结果，纳米压痕测试的应变速是0.05(1/s)压痕深度500nm。由图5可发现，当金膜具有纳米双晶金的结构时，其硬度可提升至1.73GPa，是一般电镀金硬度的1.4倍。
[制备例2]-制备具有优选[111]方向的金膜
本制备例提供了一种通过电镀方法以形成具有优选[111]方向的金膜。首先，提供一如制备例1相同的电镀装置以及电镀液，其如图1所示。接着，在室温下施加一具有0.02A/cm2电流密度，Ton/Toff(sec)为0.1s/1.0s的脉冲电流，并加入旋转磁石(图未示)以600rpm的转速搅拌电镀液13，并由阴极12开始朝箭头所指的方向生长金膜以完成不规则排列的金膜。
图6为本制备例所制得的金膜的X光分析结果图，由图6可看到，其大部分的金晶粒具有[111]晶轴的优选方向(preferred orientation)(如图6中标示的「Au(111)」所示)。
[制备例3]-制备不规则排列的金膜
本制备例提供了一种通过电镀方法以形成不规则金膜。首先，提供一如制备例1相同的电镀装置以及电镀液，其如图1所示。接着，将该电镀液加热至60℃，并施加一具有0.02A/cm2电流密度，Ton/Toff(sec)为0.1s/1.0s的脉冲电流，并加入旋转磁石(图未示)以600rpm的转速搅拌电镀液13，并由阴极12开始朝箭头所指的方向生长金膜以完成不规则排列的金膜。
图7为本实施例所制得的金膜的X光分析结果图，由图7可看到，其金膜表面的晶粒排列包含多种方向(如图7中标示的「Au(111)」、「Au(200)」、「Au(220)」、「Au(400)」、「Au(311)」、及「Au(222)」所示)。
[实施例1]
首先，提供一第一基板以及一第二基板，并利用制备例1所提供的制备方法在该第一基板以及第二基板上分别形成具有[220]优选方向的纳米双晶金膜作为第一金膜以及第二金膜，其中，该第一金膜以及该第二金膜具有约7μm的厚度。接着，分别将第一基板与第二基板置于夹具上，并使得第一金膜以及第二金膜彼此相对。而后，置于真空炉管中，在10- 3torr的低真空度下，将炉管升温至200℃并维持1小时，并施以0.78MPa的压合力。通过以上步骤，得到一具有优选排列方向的金膜的接合结构。所完成的金膜接合结构如图8所示，包括：第一基板801，具有第一金膜83；以及第二基板802，具有第二金膜86；其中，第一金膜83与第二金膜86彼此接合，且具有金接合介面87，接合介面87并无大面积的孔洞产生，接合情况相当良好。
[实施例2]
首先，提供一第一基板以及一第二基板，并利用制备例1所提供的制备方法在该第一基板上形成一具有[220]优选方向的纳米双晶金膜作为第一金膜，接着，利用制备例2所提供的制备方法在第二基板上形成一具有优选[111]排列方向的纳米双晶金膜作为第二金膜，在本实施例中，该第一金膜具有约6μm的厚度，该第二金模具有约2μm的厚度。接着，分别将第一基板与第二基板置于夹具上，并使得第一金膜以及第二金膜彼此相对。而后，置于真空炉管中，在10-3torr的低真空度下，将炉管升温至200℃并维持1小时，并施以0.78MPa的压合力。通过以上步骤，得到一具有优选排列方向的金膜的接合结构。所完成的金膜接合结构如图9所示，包括：第一基板901，具有第一金膜93；以及第二基板902，具有第二金膜96；其中，第一金膜93与第二金膜96彼此接合，且具有金接合介面97，接合介面97并无大面积的孔洞产生，接合情况相当良好。
[比较例1]
首先，提供一第一基板以及一第二基板，并利用制备例3所提供的制备方法，分别在该第一基板以及该第二基板上形成一具有不规则排列方向的金膜作为第一金膜以及第二金膜，在本比较例中，该第一金膜以及该第二金膜具有约4μm的厚度。接着，分别将第一基板与第二基板置于夹具上，并使得第一金膜以及第二金膜彼此相对。而后，置于真空炉管中，在10-3torr的低真空度下，将炉管升温至200℃并维持1小时，并施以0.78MPa的压合力。通过以上步骤，得到一金膜的接合结构。所完成的金膜接合结构如图10所示，包括：第一基板1001，具有第一金膜103；以及第二基板1002，具有第二金膜100；其中，第一金膜103与第二金膜106彼此接合，且具有金接合介面107。其中，该接合介面107处包括多个孔洞108，其接合情况不佳，可能会造成机械强度不佳等问题。
由以上实施例以及比较例的结果可得知，本发明所提供的具有[220]优选方向的纳米双晶金膜具有良好硬度以及机械性质，且可在低温低压下，与其他排列方向的金膜达到良好的接合情况，因此可应用于珠宝饰品业，以增加金饰的硬度，以及可应用于电子产业中作为电性连接的用途。
上述实施例仅是为了方便说明而举例而已，本发明所主张的权利范围自应以权利要求所述为准，而非仅限于上述实施例。
Claims (14)
1.一种具有优选排列方向的纳米双晶金膜，其特征在于，该纳米双晶金膜具有一厚度方向，且在该厚度方向沿着[220]晶轴方向堆叠；
其中，该纳米双晶金膜至少50％以上的体积是由多个纳米双晶金所构成，该些纳米双晶金彼此相邻且沿着垂直该厚度的方向排列，并沿着[111]晶轴方向堆叠而成；
其中，该纳米双晶金膜在垂直该厚度方向的任一截面的至少50％以上的面积为[220]结晶平面。
2.根据权利要求1所述的纳米双晶金膜，其中，该纳米双晶金膜的厚度为0.05～1000μm。
3.根据权利要求1所述的纳米双晶金膜，其中，该些纳米双晶金的短轴长度为1～200nm。
4.一种具有优选排列方向的纳米双晶金膜的制备方法，其特征在于，包括：
A，提供一电镀装置，该电镀装置包括一阳极、一阴极、一直流电流供应源、以及一电镀液，其中，该直流电流供应源与该阳极以及该阴极电性连接，且该阳极及该阴极浸泡于该电镀液中；以及
B，使用该直流电流供应源提供一直流电流以进行电镀，并在该阴极表面生长一纳米双晶金膜；
其中，该具有优选排列方向的纳米双晶金膜具有一厚度方向，且在该厚度方向沿着[220]晶轴方向堆叠；该纳米双晶金膜至少50％以上的体积是由多个纳米双晶金所构成，该些纳米双晶金彼此相邻且沿着垂直该厚度的方向排列，并沿着[111]晶轴方向堆叠而成；且该电镀液包括一金离子、一氯离子、以及一酸。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其中，在步骤B中，当电镀进行时，该阴极或该电镀液以300～1500rpm的转速旋转。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其中，在步骤B中，该直流电流供应源所提供的该直流电流密度为1～100mA/cm2。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其中，该电镀液还包括至少一选自由：介面活性剂、晶格修整剂、及其混合物所组成的群组。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其中，该电镀液中的该酸是至少一选自由盐酸、硝酸、以及硫酸所组成的群组。
9.根据权利要求4所述的制备方法，其中，该电镀液中的该酸的浓度为5～15g/L。
10.根据权利要求4所述的制备方法，其中，该电镀液中的该金离子是由一含金的盐类解离而得，该含金的盐类是至少一选自由硫酸金、以及亚硫酸金所组成的群组。
11.根据权利要求4所述的制备方法，其中，该电镀液中的该氯离子是由至少一选自由盐酸、过氯酸、氯酸、亚氯酸、次氯酸所组成的群组所提供。
12.一种具有优选排列方向的纳米双晶金膜的接合结构，其特征在于，包括：一第一基板，具有一第一金膜；一第二基板，具有一第二金膜；其中，该第一金膜与该第二金膜中至少一是由上述权利要求1～3中任一项所述的具有优选排列方向的纳米双晶金膜，且该第一金膜与该第二金膜彼此接合，并具有一金接合介面。
13.根据权利要求12所述的接合结构，其中，该第一金膜以及该第二金膜各自独立为0.05-1000μm。
14.根据权利要求12所述的接合结构，其中，该第一基板以及该第二基板是各自独立选自由一半导体芯片、一电路板、一导电基板、以及各种电子元件所组成的群组。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW103127879 | 2014-08-14 | ||
| TW103127879A TWI519681B (zh) | 2014-08-14 | 2014-08-14 | 具有優選排列方向之奈米雙晶金膜、其製備方法、及包含其之接合結構 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105332020A CN105332020A (zh) | 2016-02-17 |
| CN105332020B true CN105332020B (zh) | 2018-06-29 |
Family
ID=55282774
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201410548282.9A Active CN105332020B (zh) | 2014-08-14 | 2014-10-16 | 纳米双晶金膜、其制备方法、及包含其的接合结构 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US9758886B2 (zh) |
| CN (1) | CN105332020B (zh) |
| TW (1) | TWI519681B (zh) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI507548B (zh) * | 2014-07-24 | 2015-11-11 | Univ Nat Chiao Tung | 具有優選排列方向之金膜、其製備方法、及包含其之接合結構 |
| TWI519681B (zh) | 2014-08-14 | 2016-02-01 | 國立交通大學 | 具有優選排列方向之奈米雙晶金膜、其製備方法、及包含其之接合結構 |
| JP2020100874A (ja) * | 2018-12-21 | 2020-07-02 | 国立大学法人東京工業大学 | 貴金属またはその合金の微細結晶組織を有する金属材料 |
| TWI686518B (zh) * | 2019-07-19 | 2020-03-01 | 國立交通大學 | 具有奈米雙晶銅之電連接結構及其形成方法 |
| CN110699720A (zh) * | 2019-10-30 | 2020-01-17 | 深圳市金百泰珠宝实业有限公司 | 黄金电铸液、黄金电铸液制备方法及电铸方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4401719A (en) * | 1980-05-02 | 1983-08-30 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Highly hard material coated articles |
| CN101899587A (zh) * | 2006-07-21 | 2010-12-01 | 株式会社神户制钢所 | 电气电子零件用铜合金板 |
| CN103730445A (zh) * | 2012-10-16 | 2014-04-16 | 财团法人交大思源基金会 | 具有双晶铜线路层的电路板及其制作方法 |
| CN103985667A (zh) * | 2013-02-07 | 2014-08-13 | 财团法人交大思源基金会 | 电性连接结构及其制备方法 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02226704A (ja) * | 1989-02-28 | 1990-09-10 | Tdk Corp | 単層磁性膜 |
| JPH10251835A (ja) | 1997-03-13 | 1998-09-22 | Tanaka Kikinzoku Kogyo Kk | Ａｕ被覆シート及びその製造方法 |
| US6452211B1 (en) | 1997-06-10 | 2002-09-17 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor thin film and semiconductor device |
| US8299341B2 (en) * | 2009-05-13 | 2012-10-30 | The California Institute Of Technology | Fabrication of vertically aligned metallic nanopillars |
| WO2010138996A1 (en) * | 2009-06-01 | 2010-12-09 | Rmit University | Electrodeposited gold nanostructures |
| US8557507B2 (en) * | 2010-11-05 | 2013-10-15 | California Institute Of Technology | Fabrication of nano-twinned nanopillars |
| TWI519681B (zh) | 2014-08-14 | 2016-02-01 | 國立交通大學 | 具有優選排列方向之奈米雙晶金膜、其製備方法、及包含其之接合結構 |
-
2014
- 2014-08-14 TW TW103127879A patent/TWI519681B/zh active
- 2014-10-16 CN CN201410548282.9A patent/CN105332020B/zh active Active
-
2015
- 2015-03-09 US US14/641,614 patent/US9758886B2/en active Active
-
2017
- 2017-07-24 US US15/657,269 patent/US10161054B2/en active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4401719A (en) * | 1980-05-02 | 1983-08-30 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Highly hard material coated articles |
| CN101899587A (zh) * | 2006-07-21 | 2010-12-01 | 株式会社神户制钢所 | 电气电子零件用铜合金板 |
| CN103730445A (zh) * | 2012-10-16 | 2014-04-16 | 财团法人交大思源基金会 | 具有双晶铜线路层的电路板及其制作方法 |
| CN103985667A (zh) * | 2013-02-07 | 2014-08-13 | 财团法人交大思源基金会 | 电性连接结构及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US10161054B2 (en) | 2018-12-25 |
| TW201606144A (zh) | 2016-02-16 |
| TWI519681B (zh) | 2016-02-01 |
| US9758886B2 (en) | 2017-09-12 |
| US20160046099A1 (en) | 2016-02-18 |
| CN105332020A (zh) | 2016-02-17 |
| US20170321339A1 (en) | 2017-11-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105332020B (zh) | 纳米双晶金膜、其制备方法、及包含其的接合结构 | |
| CN103985667B (zh) | 电性连接结构及其制备方法 | |
| US11439007B2 (en) | Nanotwinned structure | |
| US20160024678A1 (en) | Preferred oriented au film, method for preparing the same and bonding structure comprising the same | |
| US9476140B2 (en) | Electrodeposited nano-twins copper layer and method of fabricating the same | |
| TWI474398B (zh) | 製造電絕緣膜之方法及通孔之金屬化的應用 | |
| CN103390565B (zh) | 包括在优选方向生长的Cu6Sn5晶粒的电性连接结构及其制备方法 | |
| CN104419983B (zh) | 单晶铜、其制备方法及包含其的基板 | |
| CN103730445A (zh) | 具有双晶铜线路层的电路板及其制作方法 | |
| CN104862750B (zh) | 电沉积组合物和使用所述组合物涂覆半导体衬底的方法 | |
| TW202038409A (zh) | 低溫銅-銅直接接合 | |
| JP6149306B2 (ja) | 半導体構造およびその製造方法 | |
| TWI521104B (zh) | 奈米雙晶鎳金屬層、其製備方法、及包含其之電性連接結構、基板及封裝結構 | |
| CN109628968B (zh) | 一种tsv快速填充方法与装置 | |
| KR101908144B1 (ko) | 금속화 프로세스, 혼합물 및 전자 디바이스 | |
| US10213986B2 (en) | Electric connection and method of manufacturing the same | |
| US20080063594A1 (en) | Rhodium sulfate production for rhodium plating | |
| CN116240597B (zh) | 电镀金镀液及其应用 | |
| US20180355499A1 (en) | Manufacturing method of ultra-large copper grains without heat treatment | |
| CN104233410A (zh) | 在衬底上电化学沉积金属的装置 | |
| TW201609558A (zh) | 焊料包覆球及其製造方法 | |
| JP6317878B2 (ja) | 電極付基板の製造方法および電極付基板 | |
| CN107104052A (zh) | 封装基板的线路制作方法 | |
| TW201204880A (en) | A method for making a light emitting diode |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |