DE102015121633A1

DE102015121633A1 - Elektrolyt, Verfahren zum Ausbilden einer Kupferschicht und Verfahren zum Ausbilden eines Chips

Info

Publication number: DE102015121633A1
Application number: DE102015121633.7A
Authority: DE
Inventors: Franziska HAERING; Michael Melzl; Werner Robl; Manfred Schneegans; Bernhard Weidgans
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2014-12-12
Filing date: 2015-12-11
Publication date: 2016-06-16
Also published as: US20160168739A1; CN105696034A; US10648096B2

Abstract

In verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren (400A) zum Ausbilden einer Metallschicht bereitgestellt sein: Das Verfahren kann das Abscheiden einer Metallschicht auf einem Träger unter Verwendung eines Elektrolyts, wobei der Elektrolyt zumindest einen Zusatz, der konfiguriert ist, um sich bei einer Temperatur über ungefähr 100°C zu zersetzen, und ein wasserlösliches Metallsalz umfassen kann, wobei der Elektrolyt frei von Kohlenstoff-Nanoröhrchen ist (409); und das Tempern der Metallschicht, um eine Metallschicht auszubilden, die eine Vielzahl von Poren umfasst, umfassen (419).

Description

Diese Anmeldung ist eine Teil-Fortsetzungsanmeldung der US-Anmeldung Nr. 14/568.163 , eingereicht am 12. Dezember 2014, deren Inhalt in seiner Gesamtheit durch Verweis hierin aufgenommen ist.
Verschiedene Ausführungsformen betreffen im Allgemeinen einen Elektrolyt, ein Verfahren zum Ausbilden einer Kupferschicht und ein Verfahren zum Ausbilden eines Chips.
Eine elektronische Vorrichtung, z. B. eine moderne Leistungsvorrichtung, die beispielsweise einen Halbleiterchip, beispielsweise einen Siliciumchip, umfassen kann, kann eine oder mehrere Kupferschichten, z. B. dicke Kupferschichten, um eine hohe Stromführungskapazität zu erreichen und/oder um Wärme effizient von dem Chip wegzuleiten, oder Kupferschichten in einer Metallisierungsschicht, z. B. in einer Umverteilungsschicht, verwenden. Ein Wärmeausdehnungskoeffizient (CTE) kann sich zwischen dem Halbleitermaterial, z. B. dem Silicium (CTE ~3 ppm/K), und dem Kupfer (CTE ~16 ppm/K) signifikant unterscheiden. Als eine Konsequenz kann eine Temperaturveränderung zu einer mechanischen Belastung in der Kupferschicht und/oder in einer Grenzfläche zwischen der Kupferschicht und dem Halbleiterchip führen, die schließlich zu einer Verschlechterung der Cu-Schicht führt. Zusätzlich dazu kann eine Barriereschicht erforderlich sein, um eine Diffusion von Metall-, z. B. Cu-, Atomen in den Halbleiter, z. B. in eine Unterschicht von Transistoren, zu verhindern. Jedoch kann solch eine Barriereschicht eher schwach an der Cu-Schicht anhaften. Dies kann ferner zu der Verschlechterung der Cu-Schicht beitragen, beispielsweise indem eine Wahrscheinlichkeit einer Delaminierung der Cu-Schicht von dem Halbleiter (mit der Barriereschicht) oder eines Risses von Cu-Korngrenzen in der Cu-Schicht erhöht wird. Zu diesem Zweck ist, um die Haftung zu verbessern, eine zusätzliche Haftauskleidung notwendig.
In verschiedenen Ausführungsformen kann ein Elektrolyt bereitgestellt sein. Der Elektrolyt kann zumindest einen Zusatz, der konfiguriert ist, um sich bei einer Temperatur von über ungefähr 100°C zu zersetzen oder zu verdampfen, und ein wasserlösliches Metallsalz umfassen, und der Elektrolyt kann frei von Kohlenstoff-Nanoröhrchen sein. In verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren zum Ausbilden einer Metallschicht bereitgestellt sein: Das Verfahren kann das Abscheiden einer Metallschicht auf einem Träger unter Verwendung eines Elektrolyts, wobei der Elektrolyt zumindest einen Zusatz, der konfiguriert ist, um sich bei einer Temperatur von über ungefähr 100°C zu zersetzen oder zu verdampfen, und ein wasserlösliches Metallsalz umfassen kann, wobei der Elektrolyt frei von Kohlenstoff-Nanoröhrchen ist; und das Tempern der Metallschicht, um eine Metallschicht zu bilden, die aus einer Vielzahl von Poren besteht, umfassen. In verschiedenen Ausführungsformen kann eine Halbleitervorrichtung bereitgestellt sein. Die Halbleitervorrichtung kann eine Metallschicht umfassen, die eine Vielzahl von Poren umfasst, wobei die Vielzahl von Poren als Reste eines Zusatzes, der sich in der Vielzahl von Poren befand und sich zumindest teilweise zersetzte oder verdampfte, in der Metallschicht ausgebildet sein kann. Um in einem weiten Temperaturbereich (bis 45.0°C) eine hohe Elastizität beizubehalten, kann eine Haftschicht die Metall-Korngrenzen stabilisieren und kann ein Versetzungsgleiten innerhalb von Metallkörnern fixieren. In verschiedenen Ausführungsformen ist eine Metallschicht bereitgestellt. Die Metallschicht kann eine Vielzahl von Poren umfassen, die eine ellipsoide oder spheroide Form aufweisen.
In verschiedenen Ausführungsformen ist ein Elektrolyt bereitgestellt. Der Elektrolyt kann zumindest einen Zusatz, der konfiguriert ist, um sich bei einer Temperatur über ungefähr 100°C zu zersetzen oder zu verdampfen, und Kupfersulfat umfassen. Der Elektrolyt kann frei von Kohlenstoff-Nanoröhrchen sein.
In verschiedenen Ausführungsformen ist ein Elektrolyt bereitgestellt. Der Elektrolyt kann zumindest einen Zusatz, der konfiguriert ist, um sich bei einer Temperatur über ungefähr 100°C zu zersetzen oder zu verdampfen, und ein wasserlösliches Metallsalz umfassen. Der Elektrolyt kann frei von Kohlenstoff-Nanoröhrchen sein.
In verschiedenen Ausführungsformen kann der Zusatz ein organisches Molekül umfassen.
In verschiedenen Ausführungsformen kann das organische Molekül Carbonsäure umfassen.
In verschiedenen Ausführungsformen kann der Elektrolyt ferner Ammoniumsulfat umfassen.
In verschiedenen Ausführungsformen kann der Zusatz die Formel (CRR'R''R''')_n erfüllen, wobei n größer oder gleich 1 und kleiner oder gleich 20.000 sein kann, und wobei die Anheftungen R, R', R'', und R''' für jedes C-Atom aus der folgenden Gruppe von Anheftungen einzeln definiert sein können: COOQ, C(O)X, C(O)Q, C(O)NQ, CN, COQ, SQ, H, NQQ', SOO(OQ), C(O)OOQ, O, OH, wobei Q =
(CRR'R''R''')_m oder H und X = F, Cl, Br.
In verschiedenen Ausführungsformen kann der Zusatz eine Konzentration in einem Bereich von etwa 0,05 g/l bis etwa 30 g/l aufweisen.
In verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verhältnis von Ammoniumsulfat zu dem Zusatz 10 sein.
In verschiedenen Ausführungsformen kann der Elektrolyt einen pH-Wert in einem Bereich von etwa 1,0 bis etwa 2,7 aufweisen.
In verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verhältnis des wasserlöslichen Metallsalzes zu dem Zusatz 20 sein.
In verschiedenen Ausführungsformen kann das wasserlösliche Metallsalz eine Konzentration in einem Bereich von etwa 50 g/l bis etwa 150 g/l aufweisen.
In verschiedenen Ausführungsformen kann das wasserlösliche Metallsalz ein Sulfat, ein Nitrat oder ein Cyanid umfassen oder daraus bestehen.
In verschiedenen Ausführungsformen kann das wasserlösliche Metallsalz Kupfersulfat umfassen.
In verschiedenen Ausführungsformen kann das wasserlösliche Metallsalz Kupfersulfat-Pentahydrat umfassen oder daraus bestehen.
In verschiedenen Ausführungsformen kann das Kupfersulfat-Pentahydrat eine Konzentration in einem Bereich von etwa 50 g/l bis etwa 150 g/l aufweisen.
In verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verhältnis von Kupfersulfat zu dem Zusatz 20 sein.
In verschiedenen Ausführungsformen ist ein Elektrolyt bereitgestellt. Der Elektrolyt kann Citronensäure und Kupfersulfat umfassen. Der Elektrolyt kann frei von Kohlenstoff-Nanoröhrchen sein.
In verschiedenen Ausführungsformen kann der Elektrolyt ferner Ammoniumsulfat umfassen.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Citronensäure eine Konzentration in einem Bereich von etwa 0,05 g/l bis etwa 30 g/l aufweisen.
In verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verhältnis von Ammoniumsulfat zu Citronensäure 10 sein.
In verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verhältnis von Kupfersulfat zu Citronensäure 20 sein.
In verschiedenen Ausführungsformen kann der Elektrolyt ferner zumindest eine aus einer anderen Säure oder einer Base umfassen.
In verschiedenen Ausführungsformen kann der Elektrolyt, der die Citronensäure umfasst, einen pH-Wert in einem Bereich von etwa 1,3 bis etwa 2,7 aufweisen.
In verschiedenen Ausführungsformen kann der Elektrolyt frei von Kohlenstoff-Allotropen sein.
In verschiedenen Ausführungsformen kann das Ammoniumsulfat eine Konzentration in einem Bereich von etwa 20 g/l bis etwa 80 g/l aufweisen.
In verschiedenen Ausführungsformen kann das Kupfersulfat-Pentahydrat eine Konzentration in einem Bereich von etwa 50 g/l bis etwa 150 g/l aufweisen.
In verschiedenen Ausführungsformen ist ein Verfahren zum Ausbilden einer Metallschicht bereitgestellt. Das Verfahren kann das Abscheiden einer Metallschicht über einem Träger unter Verwendung eines Elektrolyts, wobei der Elektrolyt einen Zusatz und ein wasserlösliches Metallsalz umfasst, wobei der Elektrolyt frei von Kohlenstoff-Nanoröhrchen sein kann, und wobei der Zusatz konfiguriert sein kann, um sich bei einer Temperatur über ungefähr 100°C zu zersetzen oder zu verdampfen; und das Tempern der Metallschicht, um eine Metallschicht auszubilden, die eine Vielzahl von Poren umfasst, umfassen.
In verschiedenen Ausführungsformen kann das Metall der Metallschicht und des Metallsalzes zumindest ein Metall aus einer Gruppe von Metallen umfassen oder daraus bestehen, die aus Kupfer (Cu), Gold (Au), Silber (Ag), Platin (Pt), Palladium (Pd), Nickel (Ni), und Zinn (Sn) besteht.
In verschiedenen Ausführungsformen kann das Tempern das Erwärmen der Metallschicht auf eine Temperatur über etwa 150°C umfassen.
In verschiedenen Ausführungsformen ist ein Verfahren zum Ausbilden einer Kupferschicht bereitgestellt. Das Verfahren kann das Abscheiden einer Kupferschicht über einem Träger unter Verwendung eines Elektrolyts umfassen. Der Elektrolyt kann einen Zusatz und Kupfersulfat umfassen. Der Elektrolyt kann frei von Kohlenstoff-Nanoröhrchen sein und der Zusatz kann konfiguriert sein, um sich bei einer Temperatur über ungefähr 100°C zu zersetzen oder zu verdampfen. Das Verfahren kann ferner das Tempern der Kupferschicht umfassen, um eine Kupferschicht auszubilden, die eine Vielzahl von Poren umfasst.
In verschiedenen Ausführungsformen kann der Zusatz ein organisches Molekül umfassen.
In verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren zum Ausbilden einer Kupferschicht bereitgestellt sein. Das Verfahren kann das Abscheiden einer Kupferschicht auf einem Träger unter Verwendung eines Elektrolyts umfassen, wobei der Elektrolyt Citronensäure und Kupfersulfat umfassen kann, wobei der Elektrolyt frei von Kohlenstoff-Nanoröhrchen sein kann. Das Verfahren kann ferner das Tempern der Kupferschicht umfassen, um eine Kupferschicht auszubilden, die eine Vielzahl von Poren umfasst.
In verschiedenen Ausführungsformen kann der Elektrolyt ferner Ammoniumsulfat umfassen.
In verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren ferner umfassen, dass ein pH-Wert des Elektrolyts angepasst wird, um in dem Bereich von etwa 1,5 bis etwa 2,7 zu liegen.
In verschiedenen Ausführungsformen kann das Tempern das Erwärmen der Kupferschicht auf eine Temperatur von über 200°C umfassen.
In verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren ferner das Ausbilden einer gemusterten Maske auf dem Träger umfassen.
In verschiedenen Ausführungsformen kann der Träger einen Halbleiter umfassen oder daraus bestehen.
In verschiedenen Ausführungsformen ist ein Verfahren zum Ausbilden eines Chips bereitgestellt. Das Verfahren kann das Abscheiden einer Metallschicht über einem Halbleiter unter Verwendung eines Elektrolyts, wobei der Elektrolyt einen Zusatz und ein wasserlösliches Metallsalz umfassen kann, wobei der Zusatz konfiguriert sein kann, um sich bei einer Temperatur über 100°C zu zersetzen oder zu verdampfen; und das Tempern der Metallschicht, um eine Metallschicht auszubilden, die eine Vielzahl von Poren aufweist, umfassen.
In verschiedenen Ausführungsformen ist ein Verfahren zum Ausbilden eines Chips bereitgestellt. Das Verfahren kann das Abscheiden einer Kupferschicht über einem Halbleiter unter Verwendung eines Elektrolyts umfassen, wobei der Elektrolyt einen Zusatz und Kupfersulfat umfassen kann, wobei der Zusatz konfiguriert sein kann, um sich bei einer Temperatur über 100°C zu zersetzen oder zu verdampfen. Das Verfahren kann ferner das Tempern der Kupferschicht umfassen, um eine Kupferschicht auszubilden, die eine Vielzahl von Poren umfasst.
In verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren zum Ausbilden eines Chips bereitgestellt sein. Das Verfahren kann das Abscheiden einer Kupferschicht über einem Halbleiter unter Verwendung eines Elektrolyts, wobei der Elektrolyt Citronensäure und Kupfersulfat umfassen kann; und das Tempern der Kupferschicht, um eine Kupferschicht auszubilden, die eine Vielzahl von Poren umfasst, umfassen.
In verschiedenen Ausführungsformen ist ein Verfahren zum Ausbilden einer Halbleitervorrichtung bereitgestellt. Das Verfahren kann das Ausbilden einer Haftschicht über einem Träger; das Abscheiden einer Metallschicht über der Haftschicht unter Verwendung eines Elektrolyts, wobei der Elektrolyt einen Zusatz und ein wasserlösliches Metallsalz umfassen kann, und wobei der Zusatz konfiguriert sein kann, um sich bei einer Temperatur über ungefähr 100°C zu zersetzen oder zu verdampfen; und das Tempern der Metallschicht, um eine Metallschicht auszubilden, die eine Vielzahl von Poren und Dotierungsatome aus der Haftschicht aufweist, umfassen.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Haftschicht eine metallische Haftschicht sein. Die Dotierungsatome können Dotierungsmetallatome sein.
In verschiedenen Ausführungsformen kann sich das Metall der Metallschicht von dem Metall der Haftschicht unterscheiden.
In verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren ferner vor dem Abscheiden der Metallschicht das Abscheiden einer Keimlingsschicht auf der metallischen Haftschicht umfassen.
In verschiedenen Ausführungsformen ist ein Verfahren zum Ausbilden einer Halbleitervorrichtung bereitgestellt. Das Verfahren kann das Ausbilden einer Haftschicht über einem Träger; das Abscheiden einer Kupferschicht über der Haftschicht unter Verwendung eines Elektrolyts, wobei der Elektrolyt einen Zusatz und Kupfersulfat umfassen kann, und wobei der Zusatz konfiguriert sein kann, um sich bei einer Temperatur über ungefähr 100°C zu zersetzen oder zu verdampfen; und das Tempern der Kupferschicht, um eine Kupferschicht auszubilden, die eine Vielzahl von Poren umfasst, umfassen. Die Kupferschicht kann ferner Dotierungsatome aus der Haftschicht umfassen.
In verschiedenen Ausführungsformen kann sich das Metall der Haftschicht von Kupfer unterscheiden.
In verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren ferner vor dem Abscheiden der Kupferschicht das Abscheiden einer Keimlingsschicht auf der metallischen Haftschicht umfassen.
In verschiedenen Ausführungsformen ist eine Halbleitervorrichtung bereitgestellt. Die Halbleitervorrichtung kann eine Metallschicht umfassen, die eine Vielzahl von Poren umfasst, wobei die Vielzahl von Poren als Reste eines Zusatzes, der sich in der Vielzahl von Poren befand und sich zumindest teilweise zersetzte oder verdampfte, in der Metallschicht ausgebildet sein kann.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Halbleitervorrichtung ferner einen Träger und eine Haftschicht, die zwischen dem Träger und der Metallschicht angeordnet ist, umfassen.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Halbleitervorrichtung ferner eine Legierungsregion zwischen der Metallschnitt und der Haftschicht umfassen, wobei die Legierungsregion eine Legierung des Metalls der Haftschicht und des Metalls der Metallschicht umfassen kann.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Halbleitervorrichtung ferner einen Träger und eine Haftschicht, die zwischen dem Träger und der Metallschicht angeordnet ist, umfassen.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Halbleitervorrichtung ferner eine Legierungsregion zwischen der Metallschicht und der Haftschicht umfassen, wobei die Legierungsregion eine Legierung des Metalls der Haftschicht und des Metalls der Metallschicht umfassen kann.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Metallschicht eine strukturierte Metallschicht sein.
In verschiedenen Ausführungsformen ist eine Halbleitervorrichtung bereitgestellt. Die Halbleitervorrichtung kann eine Kupferschicht umfassen, die eine Vielzahl von Poren umfasst, wobei die Vielzahl von Poren als Reste eines Zusatzes, der sich in der Vielzahl von Poren befand und sich zumindest teilweise zersetzte oder verdampfte, in der Kupferschicht ausgebildet sein kann.
In verschiedenen Ausführungsformen kann eine Volumensdichte der Vielzahl von Poren in einem Bereich von etwa 1% bis etwa 50% liegen.
In verschiedenen Ausführungsformen kann eine durchschnittliche Größe von Kupferkristalliten der Kupferschicht nach einem Tempern der Kupferschicht in einem Bereich von etwa 10 nm bis etwa 50 nm liegen.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Halbleitervorrichtung ferner einen Träger und eine Haftschicht, die zwischen dem Träger und der Kupferschicht angeordnet ist, umfassen.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Halbleitervorrichtung ferner eine Legierungsregion zwischen der Kupferschicht und der Haftschicht umfassen, wobei die Legierungsregion eine Legierung des Metalls der Haftschicht und des Kupfers der Kupferschicht umfassen kann.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Haftschicht eine Dicke in einem Bereich von 10 nm bis 1000 nm aufweisen.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Kupferschicht eine strukturierte Kupferschicht sein.
In den Zeichnungen verweisen gleiche Referenzzeichen überall in den unterschiedlichen Ansichten im Allgemeinen auf dieselben Teile. Die Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu, die Betonung liegt stattdessen im Allgemeinen auf dem Veranschaulichen der Prinzipien der Erfindung. In der folgenden Beschreibung sind verschiedene Ausführungsformen der Erfindung mit Verweis auf die folgenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 eine graphische Darstellung eines experimentellen Aufbaus zum Durchführen eines Verfahrens zum Ausbilden einer Kupferschicht gemäß verschiedenen Ausführungsformen zeigt;
2A bis 2C Verfahrensabläufe von Verfahren zum Ausbilden einer Kupferschicht in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen zeigen;
3A und 3B Verfahrensabläufe von Verfahren zum Ausbilden eines Chips in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen zeigen;
4A und 4B jeweils ein Bild eines fokussierten Ionenstrahlschnitts einer Kupferschicht, die unter Verwendung eines Elektrolyts und/oder eines Verfahrens zum Ausbilden einer Kupferschicht gemäß verschiedenen Ausführungsformen ausgebildet wurde, vor (in 4A) und nach (in 4B) einem Tempern der Kupferschicht, das zu einer Ausbildung von Poren führt, zeigen;
5 eine Vielzahl von Bildern eines fokussierten Ionenstrahlschnitts zeigt, die ein Vergleichsbeispiel und drei Kupferschichten, die unter Verwendung eines Elektrolyts und/oder eines Verfahrens zum Ausbilden einer Kupferschicht gemäß verschiedenen Ausführungsformen ausgebildet wurden, zeigen, wobei einer oder mehrere Parameter eines Temperverfahrens variiert wurden;
6 eine Vielzahl von Bildern eines fokussierten Ionenstrahlschnitts zeigt, die jeweils eine Kupferschicht zeigen, die unter Verwendung eines Elektrolyts und/oder eines Verfahrens zum Ausbilden einer Kupferschicht gemäß verschiedenen Ausführungsformen ausgebildet wurde, wobei eine Zusatz-Konzentration variiert wurde;
7 eine Vielzahl von Bildern eines fokussierten Ionenstrahlschnitts zeigt, die jeweils eine Kupferschicht zeigen, die unter Verwendung eines Elektrolyts und/oder eines Verfahrens zum Ausbilden einer Kupferschicht gemäß verschiedenen Ausführungsformen ausgebildet wurde, wobei ein pH-Wert und eine Stromdichte variiert wurden; und
8A bis 8C im oberen Bild von jeder der Figuren ein Bild eines Ionenstrahlschnitts einer herkömmlichen Halbleitervorrichtung (8A), einer Halbleitervorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen mit einer Kupferschicht, die eine Vielzahl von Poren umfasst (8B) bzw. einer Halbleitervorrichtung mit einer Kupferschicht, die eine Vielzahl von Poren und eine Haftschicht umfasst (8C), zeigen. In dem unteren Bild jeder der Figuren sind Graphen gezeigt, die die Belastung jeder der Halbleitervorrichtungen während thermischer Wechselbeanspruchung anzeigen.
Die folgende ausführliche Beschreibung betrifft die begleitenden Zeichnungen, die als Veranschaulichung spezifische Details und Ausführungsformen zeigen, in denen die Erfindung praktiziert werden kann.
Das Wort „beispielhaft” wird hierin verwendet, um „als ein Beispiel, ein Fall oder eine Veranschaulichung dienend” zu bedeuten. Eine Ausführungsform oder ein Entwurf, die/der hierin als „beispielhaft” beschrieben ist, soll nicht notwendigerweise als anderen Ausführungsformen oder Entwürfen gegenüber bevorzugt oder vorteilhaft ausgelegt werden.
Das Wort „über”, das mit Bezug auf ein abgeschiedenes Material, das „über” einer Seite oder Oberfläche ausgebildet ist, verwendet wird, kann hierin verwendet werden, um zu bedeuten, dass das abgeschiedene Material „direkt auf”, z. B. in direkter Berührung mit, der implizierten Seite oder Oberfläche ausgebildet ist. Das Wort „über”, das mit Bezug auf ein abgeschiedenes Material, das „über” einer Seite oder Oberfläche ausgebildet ist, verwendet wird, kann hierin verwendet werden, um zu bedeuten, dass das abgeschiedene Material „indirekt auf” der implizierten Seite oder Oberfläche ausgebildet ist, mit einer oder mehreren zusätzlichen Schichten, die zwischen der implizierten Seite oder Oberfläche und dem abgeschiedenen Material angeordnet sind.
Die Begriffe Elektroabscheidung, Elektroplattieren und Galvanisieren können hierin als Synonyme verwendet werden und können so verstanden werden, dass sie auf ein Verfahren verweisen, bei dem ein elektrischer Strom in einem Elektrolyt verwendet wird, um Metallionen, die in dem Elektrolyt aufgelöst sind, auf eine der Elektroden abzuscheiden. Als eine Konsequenz können die abgeschiedenen Metallionen eine Schicht oder eine Struktur aus festem Metall ausbilden.
In verschiedenen Ausführungsformen kann eine Metallschicht, die eine Vielzahl von Poren aufweist, ausgebildet sein.
In verschiedenen Ausführungsformen kann ein Elektrolyt bereitgestellt sein. Der Elektrolyt kann einen Zusatz, der konfiguriert ist, um sich bei einer Temperatur über ungefähr 100°C zu zersetzen oder zu verdampfen, und ein wasserlösliches Metallsalz umfassen. Der Elektrolyt kann ferner Ammoniumsulfat umfassen. Der Elektrolyt kann beispielsweise Ammoniumsulfat, Citronensäure und Kupfersulfat umfassen. Der Elektrolyt kann frei von Kohlenstoff-Nanoröhrchen sein. Der Elektrolyt kann verwendet werden, um eine Metall-, z. B. Kupfer-, Schicht auszubilden, beispielsweise zum Abscheiden einer Metall-, z. B. Kupfer-, Schicht. In verschiedenen Ausführungsformen kann ein Elektrolyt zum Ausbilden einer Metall-, z. B. Kupfer-, Schicht bereitgestellt sein, die eine Vielzahl von Poren umfasst. Nach, z. B. direkt nach, dem Ausbilden, z. B. der Abscheidung, kann die Metallschicht frei von Poren oder im Wesentlichen frei von Poren sein.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Metallschicht nach dem Ausbilden der Metallschicht getempert werden. Das Tempern kann beispielsweise das Erwärmen der Metall-, z. B. Kupfer-, Schicht umfassen, beispielsweise das Erwärmen der Metall-, z. B. Kupfer-, Schicht auf eine Temperatur von zwischen 100°C und 600°C, beispielsweise für eine Dauer von zwischen 1 Minute und 10 Stunden. Das Erwärmen der Metallschicht kann beispielsweise in einer Umgebung ausgeführt werden, die ein Ausbildungsgas enthält, z. B. etwa 30 Minuten lang auf eine Temperatur von etwa 400°C. Das Tempern kann verursachen, dass sich in der Metallschicht eine Vielzahl von Poren ausbildet. Die Poren können einen Einfluss, beispielsweise einen günstigen Einfluss, auf thermomechanische Eigenschaften der Metall-, z. B. Kupfer-, Schicht aufweisen. Beispielsweise kann sich an einer Grenze der Metallschicht zu einem Träger, auf dem die Metallschicht ausgebildet sein kann, oder innerhalb der Metallschicht während einer Temperaturveränderung nur eine geringe Belastung bilden. Die Belastung kann beispielsweise niedriger als in einer Vergleichsmetall-, z. B. Kupfer-, Schicht mit ähnlichen oder denselben äußeren Dimensionen aber ohne die Vielzahl von Poren sein. Wie für eine Kupferschicht experimentell gezeigt wurde, kann die Belastung in der Kupferschicht beispielsweise auf weniger als die Hälfte der Belastung in der Vergleichskupferschicht verringert werden. Ähnlich dazu können bei Metallschichten, die eine Vielzahl von Poren umfassen und ein anderes Metall als Kupfer umfassen oder aus diesem bestehen, beispielsweise Gold (Au), Silber (Ag), Platin (Pt), Palladium (Pd), Nickel (Ni) oder Zinn (Sn), günstige Wirkungen erreicht werden.
Das Ausbilden, z. B. die Abscheidung, der Metallschicht aus dem Elektrolyt kann auf im Wesentlichen dieselbe Art durchgeführt werden, z. B. unter Verwendung derselben oder ähnlicher Hilfsmittel, wie sie derzeit zum Ausbilden, z. B. Abscheiden, einer Metallschicht ohne die Vielzahl von Poren verwendet werden. Beispielsweise können fein strukturierte elektrisch leitende Kupferleitungen unter Verwendung des Elektrolyts ausgebildet sein, im Fall, dass der Elektrolyt Kupfersulfat als das wasserlösliche Metallsalz umfasst. Wie experimentell gezeigt wurde, kann eine elektrisch leitende Verbindung zu der Kupferschicht, z. B. zu einer Kupferleitung, durch Löten oder Bonden ausgebildet sein. Auch im Fall, dass die Metallschicht ein anderes Metall umfasst oder daraus besteht, kann eine elektrisch leitende Verbindung zu der Metallschicht, z. B. zu einer Metallleitung, durch Löten oder Bonden ausgebildet sein.
In verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren zum Ausbilden einer Metall-, z. B. Kupfer-, Schicht bereitgestellt sein. Das Verfahren kann das Ausbilden, z. B. Abscheiden, z. B. Elektroplattieren, einer Metallschicht auf einer Trägerplatte unter Verwendung eines Elektrolyts umfassen, wobei der Elektrolyt einen Zusatz, der konfiguriert ist, um sich bei einer Temperatur von über ungefähr 100°C zu zersetzen oder zu verdampfen, und ein wasserlösliches Metallsalz, z. B. Kupfersulfat, umfassen kann, und wobei der Elektrolyt frei von Kohlenstoff-Nanoröhrchen sein kann. Unter Verwendung dieses Elektrolyts zur Abscheidung kann die abgeschiedene Metallschicht geeignet sein, um darin eine Vielzahl von Poren auszubilden. Das Verfahren kann ferner das Tempern der Metallschicht umfassen. Das Tempern der Metallschicht kann zur Ausbildung der Vielzahl von Poren führen, die verschiedene Eigenschaften, z. B. thermomechanische Eigenschaften, der Metallschicht verbessern können.
In verschiedenen Ausführungsformen kann eine Halbleitervorrichtung bereitgestellt sein. Die Halbleitervorrichtung kann eine Metall-, z. B. Kupfer-, Schicht umfassen, die eine Vielzahl von Poren umfasst, wobei die Vielzahl von Poren als Reste eines Zusatzes, der sich in der Vielzahl von Poren befand und sich zumindest teilweise zersetzte oder verdampfte, in der Metallschicht ausgebildet sein kann. Der Zusatz kann sich gemeinsam mit dem Metall, z. B. dem Kupfer, beispielsweise als Zusatz-Teilchen oder als Zusatz-Kupfer-Verbindungsteilchen abgeschieden haben. Der Zusatz kann, beispielsweise im Wesentlichen homogen, überall in der Metallschicht verteilt worden sein. Während eines Erwärmungsverfahrens, z. B. eines Temperverfahrens, während dessen die Halbleitervorrichtung, die den Träger mit der darauf ausgebildeten Metallschicht umfassen kann, auf eine Temperatur von über ungefähr 100°C erwärmt worden sein kann, kann sich der Zusatz zersetzt haben oder verdampft sein (zumindest teilweise) und kann die Vielzahl von Poren zurückgelassen haben.
In verschiedenen Ausführungsformen können die in der Metallschicht durch Zersetzung oder Verdampfung des Zusatzes ausgebildeten Poren im Allgemeinen eine spheroide (auch als globular bezeichnet) oder ellipsoide Form aufweisen, im Gegensatz zu Öffnungen, die in gesinterten Metallschichten ausgebildet sind, die eher eine polygonale Form aufweisen. Abhängig von verschiedenen Parametern, z. B. einer Größe und einer Konzentration der Poren, können die Poren im Wesentlichen als einzelne Poren in der Schicht verteilt sein oder mehrere Poren können miteinander verbunden sein, wodurch sie größere und/oder längere Öffnungen oder Kanäle in der Metallschicht ausbilden, oder ein Gemisch beider Arten. Im Fall, dass die Kanäle eine oder mehrere Oberflächen der Metallschicht erreichen und daher mit einer Außenseite der Metallschicht verbunden sind, kann die Metallschicht offenporig sein. Im Fall, dass die Poren nicht mit der Außenseite der Metallschicht verbunden sind, kann die Metallschicht geschlossenporig sein.
In verschiedenen Ausführungsformen kann eine Verlässlichkeit einer Halbleitervorrichtung, die eine Metallschicht umfasst, verbessert werden, indem eine Nachgiebigkeit der Metallschicht und/oder ihrer Verbindung mit einem Halbleiterträger während Temperaturveränderungen verbessert wird. Zu diesem Ziel kann ein Elektrolyt bereitgestellt sein. Seine Zusammensetzung (Ammoniumsulfat (optional), ein Zusatz, der konfiguriert ist, um sich bei einer Temperatur über ungefähr 100°C zu zersetzen, und ein wasserlösliches Metallsalz, keine Kohlenstoff-Nanoröhrchen), können eine Abscheidung einer Metallschicht gestatten, die gestatten kann, das sich in der Kupferschicht während eines Temperverfahrens eine Vielzahl von Poren ausbildet.
Die Vielzahl von Poren kann thermomechanische Eigenschaften der Metallschicht verbessern, beispielsweise eine Menge von Arbeit, z. B. thermodynamische Arbeit, verringern, die während einer thermischen Wechselbeanspruchung der Halbleitervorrichtung durchgeführt werden soll, und/oder eine Menge von Hysterese in der Belastung-Temperatur-Kurve senken, die während der thermischen Wechselbeanspruchung der Halbleitervorrichtung angetroffen wird.
In dem Elektrolyt kann das wasserlösliche Metallsalz, z. B. Kupfersulfat, bereitstellen, dass das Metall, z. B. Kupfer, abgeschieden wird. Der Zusatz kann als einzelne Komplexe innerhalb der Metallschicht abgeschieden werden und kann während eines Temperns der Metallschicht verdampfen, wodurch die Poren ausgebildet werden. Das Ammoniumsulfat kann eine Leitfähigkeit des Elektrolyts erhöhen. Seine Gegenwart kann eine Homogenität der Poren verbessern, beispielsweise die einer Größe und/oder einer Verteilung der Poren.
In verschiedenen Ausführungsformen kann eine gemeinsame Elektroplattiervorrichtung zum Abscheiden der Metallschicht verwendet werden.
In verschiedenen Ausführungsformen, beispielsweise im Fall, dass eine Barriereschicht zwischen der Metallschicht (z. B. eine dicke Kupferschicht) und dem Halbleiterträger ausgebildet ist, um eine Diffusion von Metall-, z. B. Kupfer-, Atomen in den Halbleiterträger zu hemmen, kann eine Haftung der Metallschicht an die Barriereschicht verbessert werden, indem eine Haftschicht zwischen der Metallschicht und der Barriereschicht angeordnet ist. Die Haftschicht kann beispielsweise ein Metall (z. B. Aluminium), das eine hohe Bindungsenergie in Bezug auf sowohl das Metall der Metallschicht, z. B. das Kupfer, als auch das Material der Barriereschicht aufweist, umfassen oder daraus bestehen. Die Barriereschicht kann beispielsweise Wolfram 90%–Titan 10% umfassen oder daraus bestehen, was aufgrund seiner Barriereeigenschaften und seiner Eignung für Nassätzen ohne Rückstände zurückzulassen insbesondere für dicke elektrochemisch abgeschiedene Metallsystem verwendet werden kann. Um über einen weiten Temperaturbereich (bis zu 450°C) eine hohe Elastizität beizubehalten, wird die zusätzliche Haftschicht (auch als Auskleidungsmetall bezeichnet) die Metall-, z. B. Cu-, Korngrenzen stabilisieren und wird ein Versetzungsgleiten innerhalb von Metall-, z. B. Cu-, Körnern fixieren. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Haftschicht in die Metall-, z. B. Cu-, Matrix diffundieren (wie dotieren), oder eine Legierung mit der Metallschicht bilden. Dies kann beispielsweise während des Temperns der Metallschicht erreicht werden. Eine Elastizität der Metallschicht kann durch die Vielzahl von Poren in der Metallschicht und durch Dotieren der Metallschicht aus dem Material der Haftschicht erhöht werden. Das Dotieren der Metallschicht kann so verstanden werden, dass sich zumindest manche der Atome der Haftschicht in die Metallschicht verlagern, z. B. diffundieren.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Halbleitervorrichtung ein Chip sein. Anders gesagt kann ein Verfahren zum Herstellen eines Chips bereitgestellt sein. Das Verfahren kann das Abscheiden einer Metallschicht über einem Halbleiter unter Verwendung eines Elektrolyts umfassen, wobei der Elektrolyt einen Zusatz und ein wasserlösliches Metallsalz umfassen kann. Das Verfahren kann ferner das Tempern der Metallschicht umfassen, um eine Metallschicht auszubilden, die eine Vielzahl von Poren umfasst.
1 zeigt eine graphische Darstellung eines experimentellen Aufbaus 300, um ein Verfahren zum Ausbilden einer Metallschicht 336 gemäß verschiedenen Ausführungsformen durchzuführen.
In dem experimentellen Aufbau 300 kann ein Elektrolyt 330 in einem Behälter 332 angeordnet sein.
Obwohl der Elektrolyt 330 als in Verbindung mit dem experimentellen Aufbau 300 verwendet beschrieben ist, kann der Elektrolyt 330 in Verbindung mit einer/einem beliebigen anderen Vorrichtung oder System verwendet werden, das das Ausbilden einer Metallschicht unter Verwendung des Elektrolyts 330 gestatten kann.
In verschiedenen Ausführungsformen kann der Elektrolyt 330 ein wasserlösliches Metallsalz, z. B. Kupfersulfat (CuSO₄), z. B. Kupfersulfat-Pentahydrat (CuSO₄ 5H₂O), Ammoniumsulfat (NH₄)₂SO₄ (optional) und einen Zusatz umfassen.
In verschiedenen Ausführungsformen kann das wasserlösliche Metallsalz ein Sulfat, ein Nitrat oder ein Cyanid umfassen, beispielsweise Kupfersulfat (CuSO₄), z. B. Kupfersulfat-Pentahydrat (CuSO₄ 5H₂O), Silbernitrat, Nickelsulfat, Silbercyanid, Kaliumgoldcyanid oder ein beliebiges anderes wasserlösliches Metallsalz, das zum Elektroplattieren einer Metallschicht geeignet sein kann.
In verschiedenen Ausführungsformen kann das Metall des Metallsalzes durch das Elektroplattieren als die Metallschicht abgeschieden werden. Das Metall der Metallschicht (und daher des Metallsalzes) kann ein beliebiges Metall, das elektroplattiert werden kann, beispielsweise Kupfer (Cu), Gold (Au), Silber (Ag), Platin (Pt), Palladium (Pd), Nickel (Ni) und/oder Zinn (Sn), umfassen oder daraus bestehen.
In verschiedenen Ausführungsformen kann der Zusatz die folgenden Eigenschaften aufweisen: Der Zusatz kann in Wasser löslich sein, anders gesagt fähig sein, sich in Wasser aufzulösen, und/oder mit Wasser mischbar sein, anders gesagt ein homogenes Gemisch mit Wasser bilden (im Gegensatz zu z. B. getrennten Schichten von Wasser und Zusatz). Der Zusatz kann sich vollständig oder teilweise zersetzen oder verdampfen, wenn er erwärmt wird, z. B. über eine Temperatur von etwa 100°C erwärmt, z. B. über etwa 200°C, z. B. auf eine Temperatur im Bereich von etwa 100°C bis etwa 600°C. Der Zusatz kann ein organisches Molekül sein, beispielsweise eine Carbonsäure, ein Derivat davon oder ein Salz davon.
In verschiedenen Ausführungsformen kann der Zusatz gesättigt, teilweise ungesättigt oder ungesättigt sein. Der Zusatz kann verzweigt oder unverzweigt sein.
In verschiedenen Ausführungsformen kann eine Vielzahl von Zusätzen verwendet werden, z. B. als ein gemischter Zusatz.
In verschiedenen Ausführungsformen kann der Zusatz durch die Formel (CRR'R''R''')_n beschrieben sein, wobei n größer oder gleich 1 und kleiner oder gleich 20.000 sein kann, und wobei die Anheftungen R, R', R'', und R''' für jedes C-Atom aus der folgenden Gruppe von Anheftungen einzeln definiert sein können: COOQ, C(O)X, C(O)Q, C(O)NQ, CN, COQ, SQ, H, NQQ', SOO(OQ), C(O)OOQ, O, OH, wobei Q = (CRR'R''R''')_m, oder H und X = F, Cl, Br. m kann größer oder gleich 1 und kleiner oder gleich 20.000 sein. R, R', R'', und R''' müssen nicht alle in einem gegebenen Molekül oder für ein gegebenes C-Atom vorliegen.
Beispiele des Zusatzes umfassen das Folgende: Methansäure (auch als Ameisensäure bezeichnet)
Gemäß der obigen Definition gilt n = 1, R = H, R' = O und R'' = OH. Da der Sauerstoff doppelt an den Kohlenstoff gebunden ist, liegt R''' nicht vor. Ethansäure (auch als Essigsäure bezeichnet)
In Übereinstimmung mit der obigen Definition gilt n = 2, R(C1) = R'(C1) = R''(C1) = H, R(C2) = O, R'(C2) = OH. Alternativ dazu und auch in Übereinstimmung mit der obigen Definition gilt n = 1, R = R' = R'' = H, R''' = COOH. Butansäure (auch als Buttersäure bezeichnet)
In Übereinstimmung mit der obigen Definition gilt n = 4, R(C1) = R'(C1) = R''(C1) = H, R(C2) = R'(C2) = H, R(C3) = R'(C3) = H, R(C4) = O, R'(C4) = OH. Alternativ dazu und auch in Übereinstimmung mit der obigen Definition gilt n = 3, R(C1) = R'(C1) = R''(C1) = H, R(C2) = R'(C2) = H, R(C3) = R'(C3) = H, R''(C3) = COOH. Citronensäure
In Übereinstimmung mit der obigen Definition gilt n = 5, R(C1) = O, R'(C1) = OH, R(C2) = R'(C2) = H, R(C3) = COOH, R'(C3) = OH, R(C4) = R'(C4) = H, R(C5) O, R'(C5) = OH. Alternativ dazu und auch in Übereinstimmung mit der obigen Definition gilt n = 3, R(C1) = R'(C1) = H, R'(C1) = COOH, R(C2) = COOH, R'(C2) = OH, R(C3) = R'(C3) = H, R'(C3) = COOH. Oxalsäure (auch als Ethandisäure bezeichnet)
In Übereinstimmung mit der obigen Definition gilt n = 2, R(C1) = O, R'(C1) = OH, R(C2) = O, R'(C2) = OH. Alternativ dazu und auch in Übereinstimmung mit der obigen Definition gilt n = 1, R(C1) = O, R'(C1) = OH, R''(C1) = COOH. Ethylendiamintetraessigsäure, üblicherweise als EDTA abgekürzt
In Übereinstimmung mit der obigen Definition gilt n = 2, R(C1) = R(C2) = NQQ' mit Q = Q' = (CRR'R''R''')_m, wobei m = 2 und R(C1(Q)) = R'(C1(Q)) = R(C1(Q')) = R'(C1(Q')) = H, R(C2(Q)) = R(C2(Q')) = O und R'(C2(Q)) = R'(C2(Q')) = OH. Alternativ dazu und auch in Übereinstimmung mit der obigen Definition gilt n = 2, R(C1) = R(C2) = NQQ' mit Q = Q' = (CRR'R''R''')m, wobei m = 1 und R(C1(Q)) = R'(C1(Q)) = R(C1(Q')) = R'(C1(Q')) = H, R''(C1(Q)) = R''(C1(Q')) = COOH. Polyvinylalkohol (beispielsweise mit n = 100)
In Übereinstimmung mit der obigen Definition gilt n = 100, R(C1-C100) = R'(C1) = R'(C100) = R''(C1) = R''(C100) = H und R'(C2-C99) = OH.
Beispiele des Zusatzes umfassen Methansäure, Ethansäure, Propansäure, Propandisäure (auch als Malonsäure oder als 1,3-Propandisäure bezeichnet), Butansäure, Butandisäure (auch als Bernsteinsäure oder als 1,4-Butandisäure bezeichnet), Ethandisäure (auch als Oxalsäure bezeichnet), 2-Hydroxypropan-1,2,3-tricarbonsäure (auch als Citronensäure bezeichnet), Pentandisäure (auch als Glutarsäure bezeichnet), Hydroxymalonsäure (auch als Tartronsäure bezeichnet), 2,3-Dihydroxybutandisäure (auch als Weinsäure bezeichnet), 2-Hydroxybutandisäure (auch als Apfelsäure bezeichnet), Oxobutandisäure (auch als Oxalessigsäure bezeichnet), Acrylsäure, 3-Butensäure, Cis-Butendisäure (auch als Maleisäure bezeichnet), Trans-Butendisäure (auch als Fumarsäure bezeichnet), Methandicarbonsäure, 2-Hydroxypropansäure (auch als Milchsäure bezeichnet), Diaminoethantetraessigsäure, Diethylentriaminpentaessigsäure (auch als Pentetsäure bezeichnet), Triethylentetraminhexaessigsäure, Methanol, Ethanol, Methylacetat, Ethylacetat und 3-Hydroxybutansäure.
Der Elektrolyt 330 kann in verschiedenen Ausführungsformen frei von Kohlenstoff-Nanoröhrchen sein. Der Elektrolyt 330 kann frei von Kohlenstoff-Allotropen, z. B. Teilchen, die aus Kohlenstoff bestehen wie Kohlenstofffasern, Graphit, Fullerene usw., sein. Der Elektrolyt 330 kann frei von Teilchen sein, anders gesagt kann es sein, dass der Elektrolyt 330 keine Suspension ist, aus der Teilchen sedimentieren können.
In verschiedenen Ausführungsformen kann eine Konzentration des Zusatzes im Bereich von etwa 0,05 g/l bis etwa 50 g/l, z. B. von etwa 0,1 g/l bis etwa 30 g/l, z. B. von etwa 2,5 g/l bis etwa 15 g/l, z. B. von etwa 4 g/l bis etwa 10 g/l, z. B. bei etwa 5 g/l liegen.
In verschiedenen Ausführungsformen kann eine Konzentration des wasserlöslichen Metallsalzes, z. B. von Kupfersulfat, z. B. von Kupfersulfat-Pentahydrat, in einem Bereich von etwa 50 g/l bis etwa 250 g/l, z. B. von etwa 50 g/l bis etwa 150 g/l, z. B. von etwa 80 g/l bis etwa 120 g/l, z. B. bei etwa 100 g/l liegen.
In verschiedenen Ausführungsformen kann eine Konzentration von Ammoniumsulfat in einem Bereich von etwa 20 g/l bis etwa 80 g/l, z. B. von etwa 40 g/l bis etwa 60 g/l, z. B. bei etwa 50 g/l liegen.
In verschiedenen Ausführungsformen kann eine relative Konzentration eines Zusatzes, z. B. von Citronensäure, und eines wasserlöslichen Metallsalzes, z. B. von Kupfersulfat, z. B. von Kupfersulfat-Pentahydrat, in einem Bereich von etwa 1/50 bis etwa 1/10 liegen, beispielsweise bei etwa oder genau 1/20. Anders gesagt kann ein Verhältnis des wasserlöslichen Metallsalzes, z. B. des Kupfersulfats, z. B. Kupfersulfat-Pentahydrat, und des Zusatzes, z. B. der Citronensäure, in einem Bereich von etwa 10 bis etwa 50, z. B. bei etwa 20, z. B. bei genau 20 liegen. Eine relative Konzentration von Ammoniumsulfat und einem wasserlöslichen Metallsalz, z. B. Kupfersulfat, z. B. Kupfersulfat-Pentahydrat, kann in einem Bereich von etwa 1/3 bis etwa 2/3, beispielsweise bei etwa 1/2 liegen. Anders gesagt kann ein Verhältnis des wasserlöslichen Metallsalzes, z. B. des Kupfersulfats, z. B. Kupfersulfat-Pentahydrat, und Ammoniumsulfat in einem Bereich von etwa 1,5 bis etwa 3, z. B. bei etwa 2, z. B. bei genau 2 liegen. Eine relative Konzentration von Ammoniumsulfat und dem Zusatz, z. B. der Citronensäure, kann in einem Bereich von etwa 1/20 bis etwa 1/5, beispielsweise bei etwa 1/10 liegen. Anders gesagt kann ein Verhältnis von Ammoniumsulfat zu dem Zusatz in einem Bereich von etwa 5 bis etwa 20, z. B. bei etwa 10, z. B. bei genau 10 liegen.
In verschiedenen Ausführungsformen kann der Elektrolyt 330 ferner andere Komponenten umfassen, beispielsweise saure und/oder alkalische Komponenten, beispielsweise um einen pH-Wert des Elektrolyts 330 zu senken oder zu heben, beispielsweise H₂SO₄ bzw. NH₄OH. Der pH-Wert des Elektrolyts 330 kann in einem Bereich von etwa 1,4 bis etwa 2,7 liegen, beispielsweise in einem Bereich von etwa 1,9 bis etwa 2,5, z. B. bei etwa oder genau 2,25. Anders gesagt kann in dem Elektrolyt 330 H₂SO₄ oder eine beliebige andere geeignete saure Komponente und/oder NH₄OH oder eine beliebige andere geeignete alkalische Komponente umfasst sein, um seinen pH-Wert anzupassen, um in dem Bereich von 1,4 bis etwa 2,7, z. B. von etwa 1,9 bis etwa 2,5, z. B. bei etwa oder genau 2,25 zu liegen.
In verschiedenen Ausführungsformen kann der Behälter 332 ein beliebiger Behälter 332 sein, der geeignet ist, um in ihm unter Verwendung eines Verfahrens zum Ausbilden einer Kupferschicht 336 gemäß verschiedenen Ausführungsformen eine Kupferschicht 336 auf einem Träger 334 abzuscheiden. Der Behälter 332 kann beispielsweise ein Behälter einer Vorrichtung sein, die üblicherweise verwendet wird, um einen Träger mit einer Kupferschicht zu elektroplattieren. Der Behälter 332 kann beispielsweise konfiguriert sein, um in seinem Volumen den Elektrolyt 330, den Träger 334 und eine Elektrode 338, z. B. eine Anode 338, zu fassen, wobei der Träger 334 und die Anode 338 den Elektrolyt 330 physikalisch und elektrisch berühren.
In verschiedenen Ausführungsformen kann der Träger 334 eine Elektrode ausbilden, z. B. eine Kathode. Der experimentelle Aufbau 300 kann eine Anode 338 umfassen. Die Anode 338 kann beispielsweise ein Metall, z. B. Kupfer, umfassen oder daraus bestehen, oder sie kann eine inerte Anode, z. B. platinisiertes Titan, sein. Der Träger 334 und die Anode 338 können durch elektrisch leitende Leitungen 342 bzw. 340 elektrisch mit einer Leistungsquelle 344 verbunden sein. Eine Stromdichte, die durch die Leistungsquelle 344 bereitgestellt ist, kann in einem Bereich von etwa 0,1 A dm^–2 bis etwa 10 A dm^–2, z. B. von etwa 1 A dm^–2 bis etwa 4 A dm^–2, z. B. bei etwa oder genau 1 A dm^–2 oder bei etwa oder genau 3 A dm^–2 liegen.
In verschiedenen Ausführungsformen kann der Träger 334 angeordnet sein, um den Elektrolyt 330 physikalisch zu berühren. Der Träger 334 kann aus einem Halbleitermaterial hergestellt sein oder dieses umfassen, beispielsweise zumindest ein Halbleitermaterial aus einer Gruppe von Halbleitermaterialien, wobei die Gruppe aus Silicium, Siliciumcarbid, Galliumnitrid, Germanium, Galliumarsenid, Indiumantimonid, Zinkselenid und Cadmiumsulfid oder einem beliebigen anderen aus der Gruppe der III-V- oder II-VI-Verbindungshalbleiter besteht. Der Träger 334 kann beispielsweise ein Wafer, z. B. ein Siliciumwafer, sein oder diesen umfassen.
In verschiedenen Ausführungsformen kann der Träger 334 zumindest eine zusätzliche Schicht umfassen. Die zumindest eine zusätzliche Schicht kann beispielsweise ein Metall, einen Halbleiter oder ein Dielektrikum umfassen, z. B. zumindest eines aus einer Gruppe bestehend aus Kupfer (Cu), Silber (Ag), Gold (Au), Aluminium (Al), Titan (Ti), Chrom (Cr), Wolfram (W), Wolfram-Titan-Legierung (TiW), Titannitrid (TiN), Tantal (Ta), Tantalnitrid (TaN), Zink (Zn), Zinn (Sn), Nickel (Ni), Blei (Pb) und Kobalt (Co). Die zumindest eine zusätzliche Schicht kann beispielsweise als eine Keimlingsschicht dienen, die das Ausbilden der Metallschicht 336 auf dem Träger 334 fördert, und/oder sie kann als eine Barriereschicht dienen, um eine Diffusion, z. B. von dem Träger 334 zu der Metallschicht 336 oder in die umgekehrte Richtung, zu verhindern, und/oder sie kann als eine Kontaktschicht dienen, die auch als eine Haftschicht oder als eine Haft- und Dotierungsschicht bezeichnet wird, um einen Kontakt, z. B. eine Haftung, zwischen dem Träger 334 und der Metallschicht 336 zu verbessern, und schließlich als ein Dotierungsmaterial für das obige Bulk-Material, z. B. Cu dienen. Im Fall, dass die zumindest eine zusätzliche Schicht als die Haftschicht dient, kann die zumindest eine zusätzliche Schicht, d. h. die Haftschicht, ein Metall umfassen. Die Haftschicht kann ein oder mehrere Metall(e) einer Gruppe von Metallen, bestehend aus Aluminum (Al), Titan (Ti), Zink (Zn), Zinn (Sn), Nickel (Ni), Silber (Ag), Gold (Au), Molybden (Mo) und Blei (Pb), umfassen oder daraus bestehen. Die Haftschicht kann eine Dicke in einem Bereich von weniger als 10 nm bis etwa 1000 nm aufweisen, beispielsweise von weniger als 20 nm bis etwa 500 nm. Im Fall, dass die zumindest eine zusätzliche Schicht als die Barriereschicht dient, kann die zumindest eine zusätzliche Schicht, d. h. die Barriereschicht, eine Dicke in einem Bereich von etwa 50 nm bis etwa 500 nm aufweisen. Im Fall, dass die zumindest eine zusätzliche Schicht als die Keimlingsschicht dient, kann die zumindest eine zusätzliche Schicht, d. h. die Keimlingsschicht, eine Dicke in einem Bereich von etwa 50 nm bis etwa 500 nm aufweisen.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Metall-, z. B. Kupfer-, Schicht 336 auf der zumindest einen zusätzlichen Schicht 334 ausgebildet sein. Anders gesagt kann die Metallschicht 336 über dem Halbleitermaterial des Trägers 334 derartig ausgeführt sein, dass die zumindest eine zusätzliche Schicht zwischen dem Halbleitermaterial des Trägers 334 und der Kupferschicht 336 angeordnet ist. Die zusätzliche Schicht kann auf dem Halbleitermaterial des Trägers 334 ausgebildet sein, beispielsweise mittels Abscheidung, beispielsweise Sputtern oder chemischer Dampfabscheidung, z. B. Atomschichtabscheidung.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die zumindest eine zusätzliche Schicht eine Vielzahl zusätzlicher Schichten umfassen, beispielsweise eine Barriereschicht und eine Keimlingsschicht, eine Barriereschicht, eine Haftschicht und eine Keimlingsschicht oder eine Haftschicht und eine Keimlingsschicht.
In verschiedenen Ausführungsformen kann der experimentelle Aufbau 300 verwendet werden, um die Metallschicht 336 auf der Elektrode 334, z. B. dem Träger 334, z. B. dem Halbleiter 334, auszubilden, z. B. abzuscheiden. Die Metallschicht 336 kann auf den Träger 334 elektroplattiert werden. Anders gesagt können die Metallionen, z. B. Kupferionen, in dem Elektrolyt 330 zu der Kathode 334 gezogen werden und dort als die Metallschicht, z. B. Kupferschicht, 336 abgeschieden werden, indem der Kathode 334 (dem Träger 334) und der Metallanode, z. B. der Kupferanode, 338 mittels der Leistungsquelle 344 Leistung zugeführt wird.
Der Elektrolyt 330 kann wie oben beschrieben konfiguriert sein (z. B. hinsichtlich der Bestandteile, der relativen Mengen der Bestandteile, des pH-Werts des Elektrolyts). Das Abscheiden der Metallschicht 336 aus diesem Elektrolyt kann verursachen, dass die Metallschicht 336 auf eine solche Weise gebildet wird, dass sie geeignet sein kann, um eine Vielzahl von Poren aufzuweisen, die darin ausgebildet sind. Beispielsweise kann zumindest ein Teil des Zusatzes des Elektrolyts in der Metallschicht umfasst sein. Der Zusatz kann beispielsweise in der Metallschicht verteilt sein, beispielsweise als Zusatz-Teilchen oder als Zusatz-Komplexe, z. B. als Metall-Zusatz-Komplexe.
In verschiedenen Ausführungsformen kann ein Erwärmungsverfahren, beispielsweise wie nachfolgend beschrieben, an der Metallschicht 336, die den Zusatz umfasst, durchgeführt werden. Das Erwärmungsverfahren kann beispielsweise ein Temperverfahren sein. Die Metallschicht 336, beispielsweise der Träger 334 mit der darauf abgeschiedenen Metallschicht 336, kann auf eine Temperatur, z. B. eine Maximaltemperatur, in einem Bereich von etwa 100°C bis etwa 600°C erwärmt werden. Eine Dauer des Erwärmungs-, z. B. des Temper-, Verfahrens kann in einem Bereich von etwa 1 Minute bis etwa 10 Stunden liegen. Die Temperatur und Dauer des Erwärmungsverfahrens können von einer Vielzahl von Parametern abhängen und können wie erforderlich angepasst werden. Jedoch kann die Temperatur ausgewählt werden, um zumindest eine Zersetzungstemperatur oder Verdampfungstemperatur des Zusatzes zu erreichen, und die Dauer kann ausreichend lange ausgewählt werden, damit sich zumindest eine Fraktion, z. B. zumindest 10%, z. B. zumindest 20%, z. B. zumindest 50%, z. B. zumindest 80%, z. B. zumindest 90%, des Zusatzes zersetzt oder verdampft. Dadurch, d. h. durch ein Entfernen des Zusatzes aus der Metallschicht 336 durch Zersetzung oder Verdampfung, kann in der Metallschicht 336 eine Vielzahl von Poren (siehe unten, z. B. im Kontext der 2A bis 2C, 3A und 3B) ausgebildet werden.
In verschiedenen Ausführungsformen kann der Zusatz konfiguriert sein, um sich während eines Erwärmungsverfahrens, z. B. während eines Temperverfahrens, z. B. wenn die Metallschicht 336 auf eine Temperatur von 100°C oder mehr erwärmt wird, zumindest teilweise, z. B. vollständig, zu zersetzen oder zu verdampfen.
Anders gesagt kann sich die Vielzahl von Poren in der Metallschicht 336 während des Erwärmens der Metallschicht 336, z. B. während eines Temperverfahrens, aus dem während der Abscheidung der Metallschicht 336, z. B. als in der Metallschicht 336 verteilte Teilchen, in der Metallschicht 336 abgeschiedenen Zusatz durch beabsichtigte Zersetzung oder Verdampfung ausbilden.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Vielzahl von Poren jeweils eine vorteilhafte Wirkung auf thermomechanische Eigenschaften der Metallschicht 336 und/oder auf die Träger-Metallschicht-Kombination und/oder auf die Träger-Metallschicht-Grenzfläche haben. Beispielsweise kann eine Belastung, die in einer Vorrichtung auftritt, die einen Träger 334 und darauf ausgebildet eine Metallschicht 336 aufweist, während eines Zyklus des wiederholten Erwärmens und Kühlens bei einer Metall-, z. B. Kupfer-, Schicht, die eine Vielzahl von Poren aufweist (siehe 8B) niedriger sein und weniger Hysterese zeigen als bei einer Metall-, z. B. Kupfer-, Schicht ohne Poren (siehe 8A). Die Verringerung der Belastung in der/den Schicht(en) kann in einem geringeren Biegen des Trägers 334 resultieren. Im Fall, dass der Träger 334 ein Wafer ist, kann das Biegen als Waferbiegung bezeichnet werden, die daher verringert werden kann, beispielsweise eine Waferbiegung, die während der Herstellung auftritt. Die verringerte Belastung der Träger-Metallschicht-Grenzfläche kann in einem verringerten Delaminierungsrisiko während einer thermischen Wechselbeanspruchung, d. h. der thermischen Belastung, die durch thermische Wechselbeanspruchung herbeigeführt wird, resultieren.
In verschiedenen Ausführungsformen kann eine Größe, beispielsweise ein durchschnittlicher Durchmesser, von Kristalliten der Kupferschicht 336 verglichen mit herkömmlicherweise abgeschiedenen Kupferschichten, z. B. Kupferschichten, die unter Verwendung eines herkömmlichen Elektrolyts abgeschieden sind, klein sein. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Größe der Kupferkristallite kleiner als etwa 12 nm sein, beispielsweise in einem Bereich von etwa 5 nm bis etwa 10 nm. Sogar nach dem Tempern kann die Größe der Kupferkristallite klein bleiben, beispielsweise kleiner als etwa 100 nm, beispielsweise in einem Bereich von 10 nm bis etwa 50 nm, beispielsweise von etwa 10 nm bis etwa 20 nm.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die elektrolytische Abscheidung der Metallschicht 336 im Wesentlichen wie ein bekanntes elektrolytisches Abscheidungsverfahren (im Fall einer strukturierten Metallschicht 336 kann dies auch als Musterplattierungsverfahren bezeichnet werden) ausgeführt werden, z. B. unter Verwendung einer regulären Plattiervorrichtung, wie im Kontext von 1 als der experimentelle Aufbau 300 beschrieben, aber der Elektrolyt 330 kann wie oben beschrieben ausgewählt sein. Dadurch können fein strukturierte Muster, z. B. Muster von leitenden Leitungen und dergleichen, genau wie durch reguläre Musterplattierungswerkzeuge erhalten werden. Zusätzlich dazu wurde gezeigt, dass die abgeschiedene Metall-, z. B. Kupfer-, Schicht 336 wie oben beschrieben zum Löten und Bonden geeignet sein kann. Anders gesagt können elektrisch leitende Strukturen wie leitende Leitungen, Drähte, elektronische Vorrichtungen, z. B. Halbleitervorrichtung, an die Metallschicht 336 gelötet oder gebondet sein.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Metallschicht 336 eine durchgehende Metallschicht 336 sein. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Metallschicht 336 eine strukturierte Metallschicht 336 sein. Die Metallschicht 336 kann beispielsweise eine Vielzahl von elektrisch verbundenen und/oder unverbundenen Metallleitungen umfassen (z. B. Kupferleitungen, auch als Kupferleiterbahnen bezeichnet). Die strukturierte Metallschicht 336 kann beispielsweise durch Ausbilden einer Maske auf dem Träger 334, z. B. einer dielektrischen Maske, z. B. einer photolithographischen Maske, vor der Abscheidung der Metallschicht 336 auf dem Träger 334 erhalten werden. Auf diese Weise kann sich die Metallschicht 336 nur in Regionen ausbilden, wo ein elektrisch leitender Teil des Trägers 334 dem Elektrolyt 330 ausgesetzt ist, z. B. in Regionen, wo die Maske, z. B. die dielektrische Maske, z. B. die photolithographische Maske, abwesend ist.
In verschiedenen Ausführungsformen können, wenn die Metallschicht 336 ausgebildet, z. B. abgeschieden, wird, neben den Metallionen auch andere Komponenten des Elektrolyts 330 abgeschieden werden, z. B. eingebettet in die Metallschicht 336 und/oder einen Teil davon ausbildend. Beispielsweise kann der Zusatz zumindest teilweise in die Metallschicht 336 eingebettet sein, beispielsweise in einer Vielzahl von Positionen.
Die Vielzahl von Metallkomplexen, z. B. Kupferkomplexe, können sich beispielsweise ausbilden, wenn ein pH-Wert des Elektrolyts 330 über 1,0 liegt, z. B. bei 1,5 oder höher, z. B. bei 1,9 oder höher. Die Vielzahl von Metallkomplexen kann in die Metallschicht 336 eingebettet werden, z. B. während des Ausbildens, z. B. der Abscheidung, der Metallschicht 336. Die Vielzahl von Metallkomplexen kann überall in der Metallschicht 336 in einer Vielzahl von Positionen angeordnet sein.
In verschiedenen Ausführungsformen kann der Aufbau 300 verwendet werden, um eine Halbleitervorrichtung auszubilden. Die Halbleitervorrichtung kann die Metallschicht 336 wie oben beschrieben umfassen, d. h. die Metallschicht 336 umfassend die Vielzahl von Poren. Die Metallschicht 336 kann beispielsweise unter Verwendung des hierin beschriebenen Verfahrens durch Abscheidung über dem Träger 334 angeordnet, z. B. ausgebildet, sein. Die Halbleitervorrichtung kann beispielsweise eine Leistungshalbleitervorrichtung sein, z. B. eine Leistungsdiode, ein Thyristor, ein Leistungs-MOSFET oder IGBT, ein mikroelektromechanisches System (MEMS) oder eine beliebige andere Art von Halbleitervorrichtung.
2A zeigt einen Verfahrensablauf 400A eines Verfahrens zum Ausbilden einer Metallschicht in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen.
In verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren zum Ausbilden einer Metallschicht das Abscheiden einer Metallschicht auf einem Träger unter Verwendung eines Elektrolyts umfassen, wobei der Elektrolyt einen Zusatz und ein wasserlösliches Metallsalz umfassen kann, wobei der Elektrolyt frei von Kohlenstoff-Nanoröhrchen sein kann und wobei der Zusatz konfiguriert sein kann, um sich bei einer Temperatur über ungefähr 100°C zu zersetzen oder zu verdampfen (in 409).
Das Abscheiden der Metallschicht kann, z. B. wie oben in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen beschrieben, als eine Elektroabscheidung der Metallschicht auf dem Träger ausgeführt werden.
In verschiedenen Ausführungsformen kann der Elektrolyt, der zum Abscheiden der Metallschicht auf dem Träger verwendet wird, den Zusatz und ein wasserlösliches Metallsalz umfassen. Eine Konzentration, Funktion usw. des Zusatzes des Elektrolyts während des Abscheidens der Metallschicht kann der Konzentration, Funktion usw. des Zusatzes in dem oben im Kontext von 1 beschriebenen Elektrolyt entsprechen. Anstelle eines einzelnen Zusatzes kann eine Vielzahl von Zusätzen verwendet werden. Eine Konzentration, Funktion usw. des wasserlöslichen Metallsalzes des Elektrolyts während des Abscheidens der Metallschicht kann auch der Konzentration, Funktion usw. des oben im Kontext von 1 beschriebenen wasserlöslichen Metallsalzes entsprechen.
In verschiedenen Ausführungsformen kann der Elektrolyt, der in 409 zum Abscheiden der Metallschicht verwendet wird, weitere Komponenten umfassen, beispielsweise wie oben im Kontext von 1 beschrieben. Der Elektrolyt kann beispielsweise Ammoniumsulfat, H₂SO₄ und/oder NH₄OH umfassen. Komponenten, relative und absolute Konzentrationen usw. können den oben beschriebenen entsprechen.
Der Träger kann ein Träger wie oben in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen beschrieben sein.
In verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren ferner ein Tempern der Metallschicht umfassen, um eine Metallschicht auszubilden, die eine Vielzahl von Poren umfasst (in 420).
Das Tempern der Metallschicht kann ein Erwärmen von zumindest der Metallschicht, z. B. von der Metallschicht und dem Träger, über, z. B. auf, dem die Metallschicht ausgebildet ist, umfassen. Die Metallschicht kann auf eine Temperatur von etwa 200°C oder darüber erwärmt werden, beispielsweise auf etwa 250°C oder darüber, beispielsweise auf etwa 300°C oder darüber, beispielsweise auf etwa 400°C oder darüber. Die Temperatur, die eine bestimmte Zieltemperatur erreicht oder übersteigt, z. B. die oben genannten 200°C, 250°C, 300°C oder 400°C, kann als die erhöhte Temperatur oder als die Temper-Temperatur bezeichnet werden.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Temperatur der Metallschicht für eine Dauer von 4 Stunden oder weniger, beispielsweise 1 Stunde lang oder weniger, beispielsweise 30 Minuten lang oder weniger, beispielsweise 20 Minuten lang oder weniger, beispielsweise 15 Minuten lang oder weniger, auf der erhöhten Temperatur gehalten werden. Anders gesagt kann eine maximale Dauer des Erwärmungsverfahrens aus der Zeit bestimmt werden, zu der die erhöhte Temperatur erreicht wird. In verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren zum Erwärmen der Metallschicht auf die erhöhte Temperatur und zum Halten der Metallschicht auf der erhöhten Temperatur für eine Dauer von 4 Stunden oder weniger, beispielsweise 1 Stunde lang oder weniger, beispielsweise 30 Minuten lang oder weniger, beispielsweise 20 Minuten lang oder weniger, beispielsweise 15 Minuten lang oder weniger, ausgeführt werden. Anders gesagt kann eine maximale Dauer des Erwärmungsverfahrens das Erwärmen auf die erhöhte Temperatur umfassen. Die Metallschicht kann z. B. auf eine Temperatur von 400°C erwärmt werden und für eine Gesamtdauer von 30 Minuten auf dieser Temperatur gehalten werden.
Ein Tempern der Metallschicht, z. B. Erwärmen der Metallschicht auf eine Temperatur von etwa 200°C, kann zu der Ausbildung der Vielzahl von Poren in der Metallschicht führen. Wenn die Temper-Temperatur unter 100°C liegt, kann es sein, dass kein Ausbilden der Poren auftritt. Die Poren können ausgebildet werden, wenn sich der Zusatz, der, beispielsweise als Zusatz-Teilchen oder als Zusatz-Komplexe, z. B. als Metall-Zusatz-Komplexe, wie oben beschrieben in einer Vielzahl von Positionen innerhalb der Metallschicht angeordnet sein kann, zersetzt, was bei einer Temperatur von mehr als etwa 100°C geschehen kann, z. B. über etwa 160°C, z. B. etwa 175°C oder darüber. Der Zusatz kann sich zersetzen, um verschiedene gasförmige Abbauprodukte auszubilden, beispielsweise kann sich der Zusatz im Fall, dass er Citronensäure ist, zersetzen, um Kohlendioxid (CO₂), Aceton ((CH₃)₂CO), und/oder Essigsäure (CH₃COOH) auszubilden. Der Abbau des Zusatzes zu den gasförmigen Abbauprodukten kann die Ausbildung der Vielzahl von Poren verursachen. Anders gesagt kann der in der Metallschicht eingebettete Zusatz während des Temperns entgasen und kann dadurch die Vielzahl von Poren in der Metallschicht ausbilden. Die gasförmigen Abbauprodukte können die Metallschicht zumindest teilweise verlassen.
In verschiedenen Ausführungsformen kann der Zusatz verdampfen anstatt sich zu zersetzen. Anders gesagt kann sich der Zusatz, anstatt sich abzubauen, von einem festen oder flüssigen Zustand in einen gasförmigen Zustand verändern.
In verschiedenen Ausführungsformen können die Poren, d. h. jede einzelne Pore, von spheroider oder ellipsoider Form sein. In verschiedenen Ausführungsformen, beispielsweise im Fall, dass die Poren groß sind und/oder die Porendichte hoch ist, können sich zwei Poren vereinigen, um eine größere Pore auszubilden, die beispielsweise verlängert sein kann oder eine unregelmäßige Form aufweisen kann. Jedoch kann eine Wandstruktur der Poren dennoch eine Vielzahl konvexer Regionen zeigen (wie von der Pore aus gesehen), wodurch sie sich von Öffnungen unterscheidet, die in gesintertem Material ausgebildet sein, die von eher polygonaler Form sein können und/oder eine Wandform aufweisen, die konkave Regionen aufweist (wie von der Pore aus gesehen). Das Vereinigen von Poren, auch als Verbinden bezeichnet, kann an einer Vielzahl von Orten innerhalb der Metallschicht 336 auftreten.
Die Vielzahl von Poren kann, z. B. homogen, überall in der Metallschicht verteilt sein. In verschiedenen Ausführungsformen kann eine Homogenität der Verteilung der Vielzahl von Poren in der Metallschicht dadurch verbessert werden, dass das Ammoniumsulfat in dem Elektrolyt vorliegt. Eine Dichte, z. B. eine Volumensdichte der Poren, die einer Fraktion eines Volumens der Metallschicht, das durch die Vielzahl von Poren besetzt ist, entsprechen kann, kann in einem Bereich von etwa 1% bis etwa 50%, z. B. von etwa 5% bis etwa 25%, z. B. bei etwa 10% liegen. Anders gesagt können etwa 1% bis 50%, z. B. etwa 5% bis 25% des Volumens der Metallschicht durch die Poren besetzt sein. Eine Zahlendichte der Poren in der Metallschicht, die einer Gesamtzahl der Poren in der Metallschicht entsprechen kann, wenn ein Gesamtvolumen der Metallschicht gleich bleibt, und/oder eine durchschnittliche Größe, z. B. ein durchschnittliches Volumen oder ein durchschnittlicher Durchmesser, der Poren und/oder ein Gesamtvolumen der Poren kann sich mit einer Erhöhung der Zusatz-Konzentration, z. B. der Zusatz-Konzentration, mit der Temper-Temperatur und/oder mit der Stromdichte erhöhen.
Während der Porenausbildung durch gleichzeitiges Erwärmen des Stapels von Metallen kann die Haftschicht das Metall der Metallschicht, z. B. Kupfer (Cu), durch eine Diffusion von Haftmetallatomen in die Metall-(z. B. Cu-)Matrix dotieren. Dieses Dotieren des Metalls durch geeignete Atome wird die Elastizität des Metalls, z. B. des Cu, über einen erhöhten Temperaturbereich erhöhen und dadurch kann eine plastische Deformierung der Metallschicht, z. B. des Cu-Films, verringert werden.
Experimente zeigten, dass die Ausbildung der Poren von einer Gegenwart (und Konzentration) des Zusatzes in dem Elektrolyt abhängen kann. Die Ausbildung der Poren kann ferner von einem pH-Wert des Elektrolyts, der Stromdichte, die zum Ausbilden der Metallschicht angelegt wird, der Konzentration des wasserlöslichen Metallsalzes in dem Elektrolyt und von der Konzentration von Ammoniumsulfat abhängen. Die Ausbildung der Poren kann eine stärkere Abhängigkeit von der Gegenwart (und Konzentration) des Zusatzes in dem Elektrolyt als von den anderen oben genannten Parametern aufweisen.
2B zeigt einen Verfahrensablauf 400 eines Verfahrens zum Ausbilden einer Kupferschicht in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen.
In verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren zum Ausbilden einer Kupferschicht das Abscheiden einer Kupferschicht auf einem Träger unter Verwendung eines Elektrolyts umfassen, wobei der Elektrolyt einen Zusatz und Kupfersulfat umfassen kann und wobei der Elektrolyt frei von Kohlenstoff-Nanoröhrchen sein kann (in 410).
Das Abscheiden der Kupferschicht kann, z. B. wie oben in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen beschrieben, als eine Elektroabscheidung der Kupferschicht auf dem Träger ausgeführt werden.
In verschiedenen Ausführungsformen kann der Elektrolyt, der zum Abscheiden der Kupferschicht auf dem Träger verwendet wird, Citronensäure und Kupfersulfat umfassen. Eine Konzentration, Funktion usw. der Citronensäure des Elektrolyts während des Abscheidens der Kupferschicht kann der Konzentration, Funktion usw. der Citronensäure in dem oben im Kontext von 1 beschriebenen Elektrolyt entsprechen. Eine Konzentration, Funktion usw. des Kupfersulfats des Elektrolyts während des Abscheidens der Kupferschicht kann der Konzentration, Funktion usw. des Kupfersulfats in dem oben im Kontext von 1 beschriebenen Elektrolyt entsprechen.
In verschiedenen Ausführungsformen kann der Elektrolyt, der in 410 zum Abscheiden der Kupferschicht verwendet wird, weitere Komponenten umfassen, beispielsweise wie oben im Kontext von 1 beschrieben. Der Elektrolyt kann beispielsweise Ammoniumsulfat, H₂SO₄ und/oder NH₄OH umfassen. Komponenten, relative und absolute Konzentrationen usw. können den oben beschriebenen entsprechen.
Der Träger kann ein Träger wie oben in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen beschrieben sein.
In verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren ferner ein Tempern der Kupferschicht umfassen, um eine Kupferschicht auszubilden, die eine Vielzahl von Poren umfasst (in 420).
Das Tempern der Kupferschicht kann ein Erwärmen von zumindest der Kupferschicht, z. B. von der Kupferschicht und dem Träger, auf dem die Kupferschicht ausgebildet ist, umfassen. Die Kupferschicht kann auf eine Temperatur von etwa 200°C oder darüber erwärmt werden, beispielsweise auf etwa 250°C oder darüber, beispielsweise auf etwa 300°C oder darüber, beispielsweise auf etwa 400°C oder darüber. Die Temperatur, die eine bestimmte Zieltemperatur erreicht oder übersteigt, z. B. die oben genannten 200°C, 250°C, 300°C oder 400°C, kann als die erhöhte Temperatur oder als die Temper-Temperatur bezeichnet werden.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Temperatur der Kupferschicht für eine Dauer von 4 Stunden oder weniger, beispielsweise 1 Stunde lang oder weniger, beispielsweise 30 Minuten lang oder weniger, beispielsweise 20 Minuten lang oder weniger, beispielsweise 15 Minuten lang oder weniger, auf der erhöhten Temperatur gehalten werden. Anders gesagt kann eine maximale Dauer des Erwärmungsverfahrens aus der Zeit bestimmt werden, zu der die erhöhte Temperatur erreicht wird. In verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren zum Erwärmen der Kupferschicht auf die erhöhte Temperatur und zum Halten der Kupferschicht auf der erhöhten Temperatur für eine Dauer von 4 Stunden oder weniger, beispielsweise 1 Stunde lang oder weniger, beispielsweise 30 Minuten lang oder weniger, beispielsweise 20 Minuten lang oder weniger, beispielsweise 15 Minuten lang oder weniger, ausgeführt werden. Anders gesagt kann eine maximale Dauer des Erwärmungsverfahrens das Erwärmen auf die erhöhte Temperatur umfassen. Die Kupferschicht kann beispielsweise 30 Minuten lang auf eine Temperatur von 400°C erwärmt werden.
Ein Tempern der Kupferschicht, z. B. Erwärmen der Kupferschicht auf eine Temperatur von etwa 200°C, kann zu der Ausbildung der Vielzahl von Poren in der Kupferschicht führen. Wenn die Temper-Temperatur 150°C oder weniger ist, kann es sein, dass kein Ausbilden der Poren auftritt (in dieser Ausführungsform, wobei der Zusatz Citronensäure ist; in anderen Ausführungsformen, die einen anderen Zusatz verwenden, kann eine Temper-Temperatur unter 150°C ausreichend sein, um die Poren auszubilden). Die Poren können ausgebildet werden, wenn sich die Citronensäure, die, beispielsweise als Teilchen oder als Citrat-Komplexe, z. B. als Kupfer-Citrat-Komplexe, wie oben beschrieben in einer Vielzahl von Positionen innerhalb der Kupferschicht angeordnet sein kann, zersetzt, was bei einer Temperatur von etwa 160°C oder darüber, z. B. etwa 175°C oder darüber, geschehen kann. Die Citronensäure kann sich zersetzen, um verschiedene gasförmige Abbauprodukte auszubilden, z. B. Kohlendioxid (CO₂), Aceton ((CH₃)₂CO), und/oder Essigsäure (CH₃COOH). Der Abbau der Citronensäure zu den gasförmigen Abbauprodukten kann die Ausbildung der Vielzahl von Poren verursachen. Anders gesagt kann die in der Kupferschicht eingebettete Citronensäure während des Temperns entgasen und kann dadurch die Vielzahl von Poren in der Kupferschicht ausbilden. Die gasförmigen Abbauprodukte können die Kupferschicht zumindest teilweise verlassen.
Die Vielzahl von Poren kann, z. B. homogen, überall in der Kupferschicht verteilt sein. In verschiedenen Ausführungsformen kann eine Homogenität der Verteilung der Vielzahl von Poren in der Kupferschicht dadurch verbessert werden, dass das Ammoniumsulfat in dem Elektrolyt vorliegt. Eine Dichte, z. B. eine Volumensdichte der Poren, die einer Fraktion eines Volumens der Kupferschicht, das durch die Vielzahl von Poren besetzt ist, entsprechen kann, kann in einem Bereich von etwa 1% bis etwa 50%, z. B. von etwa 5% bis etwa 25%, z. B. bei etwa 10% liegen. Anders gesagt können etwa 1% bis 50%, z. B. etwa 5% bis 25% des Volumens der Kupferschicht durch die Poren besetzt sein. Eine Zahlendichte der Poren in der Kupferschicht, die einer Gesamtzahl der Poren in der Kupferschicht entsprechen kann, wenn ein Gesamtvolumen der Kupferschicht gleich bleibt, und/oder eine durchschnittliche Größe, z. B. ein durchschnittliches Volumen oder ein durchschnittlicher Durchmesser, der Poren und/oder ein Gesamtvolumen der Poren kann sich mit einer Erhöhung der Citronensäurekonzentration, mit der Temper-Temperatur und/oder mit der Stromdichte erhöhen.
Experimente zeigten, dass die Ausbildung der Poren von einer Gegenwart (und Konzentration) der Citronensäure in dem Elektrolyt abhängen kann. Die Ausbildung der Poren kann ferner von einem pH-Wert des Elektrolyts, der Stromdichte, die zum Ausbilden der Kupferschicht angelegt wird, der Konzentration des Kupfersulfats in dem Elektrolyt und von der Konzentration von Ammoniumsulfat abhängen. Die Ausbildung der Poren kann eine stärkere Abhängigkeit von der Gegenwart (und Konzentration) der Citronensäure in dem Elektrolyt als von den anderen oben genannten Parametern aufweisen.
Wie in 2C gezeigt kann ein Verfahren zum Ausbilden einer Halbleitervorrichtung das Ausbilden einer Haftschicht über einem Träger umfassen (in 401).
In verschiedenen Ausführungsformen kann der Träger ein Träger wie oben beschrieben sein.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Haftschicht eine Haftschicht wie oben beschrieben sein.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Haftschicht unter Verwendung von Sputtern oder chemischer Dampfabscheidung, z. B. Atomschichtabscheidung, abgeschieden werden. Die Haftschicht kann über dem Träger, beispielsweise direkt auf dem Träger, oder beispielsweise auf einer anderen Schicht, z. B. einer Barriereschicht, die direkt auf oder über dem Träger ausgebildet ist, abgeschieden sein.
In verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren zum Ausbilden einer Halbleitervorrichtung das Abscheiden einer Metallschicht über der Haftschicht unter Verwendung eines Elektrolyts umfassen, wobei der Elektrolyt einen Zusatz und ein wasserlösliches Metallsalz umfassen kann, und wobei der Zusatz konfiguriert sein kann, um sich bei einer Temperatur über ungefähr 100°C zu zersetzen oder zu verdampfen (in 411). Die Metallschicht kann über, z. B. direkt auf oder indirekt auf, der Haftschicht abgeschieden sein, beispielsweise wie oben beschrieben. Im Fall, dass die Metallschicht indirekt auf der Haftschicht ausgebildet ist, kann eine Keimlingsschicht beispielsweise zwischen der Haftschicht und der Metallschicht ausgebildet sein.
In verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren zum Ausbilden einer Halbleitervorrichtung das Tempern der Metallschicht umfassen, um eine Metallschicht auszubilden, die eine Vielzahl von Poren umfasst (in 421). Das Tempern kann wie oben beschrieben durchgeführt werden. Das Tempern kann beispielsweise bei einer Temperatur durchgeführt werden, die ausreichend ist, um eine intermetallische Phase auszubilden, beispielsweise eine Legierung an der Grenzfläche zwischen zumindest einem Abschnitt der Haftschicht und zumindest einem Abschnitt der Metallschicht, beispielsweise bei einer Temperatur in einem Bereich von etwa 200°C bis etwa 500°C, beispielsweise bei 400°C. Daher kann eine poröse Metallschicht ausgebildet werden, die zumindest teilweise, beispielsweise in einer an die Haftschicht angrenzenden Region, z. B. einer Schicht, eine Legierung des Materials der Haftschicht und der Metallschicht ausbilden kann. Ein Teil des Haftschicht-Materials kann auch in die Metallkörner, z. B. Cu-Körner, diffundieren oder kann die Cu-Korngrenzen dekorieren.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die poröse Metallschicht, die die Legierungsregion umfasst, eine erhöhte Elastizität über einen großen Temperaturbereich, beispielsweise bis zu einer Temperatur von etwa 450°C, und eine starke Haftung an die Barriereschicht aufweisen.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Haftschicht an der Grenzfläche zwischen der Haftschicht und dem Metall, z. B. dem Cu, im Wesentlichen vollständig oder teilweise (vollständig) eine Legierung mit der Metallschicht ausbilden. In diesem Fall kann eine Dicke, d. h. eine vertikale Ausdehnung, der Legierungsschicht durch die Dicke der Haftschicht beschränkt sein. Anders gesagt kann die Dicke der Legierungsschicht selbstbeschränkend sein. Die Dicke der Haftschicht kann, beispielsweise in diesem Fall, klein sein, beispielsweise kleiner als etwa 20 nm oder beispielsweise kleiner als etwa 10 nm. Dies kann einen Vorteil aufweisen, dass eine Verschlechterung einer elektrischen und/oder thermischen Leitfähigkeit der Metallschicht durch die Legierung niedrig gehalten wird.
Allgemeiner gesagt kann die Haftschicht, wie oben beschrieben, eine Dicke von bis zu etwa 1000 nm aufweisen.
In verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren zum Ausbilden der Halbleitervorrichtung ferner das Ausbilden von weiteren Schichten, beispielsweise einer Barriereschicht und/oder einer Keimlingsschicht, beispielsweise wie oben beschrieben, umfassen. Die Barriereschicht kann beispielsweise eine Wolfram-Titan-Barriere umfassen, beispielsweise mit einer Dicke von zwischen 50 nm und etwa 500 nm. Die Barriereschicht kann in verschiedenen Ausführungsformen über, z. B. auf, dem Träger ausgebildet werden, beispielsweise durch Abscheidung, z. B. durch Sputtern oder chemische Dampfabscheidung, z. B. Atomschichtabscheidung. In verschiedenen Ausführungsformen kann zur Abscheidung der Barriereschicht dasselbe Verfahren wie zum Ausbilden der Haftschicht verwendet werden. Beispielsweise kann dieselbe Vorrichtung verwendet werden, um die Barriereschicht und die Haftschicht auszubilden. Die Keimlingsschicht kann beispielsweise das Metall der Metallschicht umfassen oder daraus bestehen, im Fall, dass die Metallschicht Kupfer umfasst oder daraus besteht beispielsweise Kupfer. Die Keimlingsschicht kann eine Abscheidung der Metallschicht erleichtern, indem sie Keimlingsteilchen für die galvanische Abscheidung der Metallschicht bereitstellt. Die Keimlingsschicht kann eine Dicke in einem Bereich von etwa 50 nm bis etwa 500 nm, beispielsweise von etwa 100 nm bis etwa 400 nm, aufweisen. Die Keimlingsschicht kann in verschiedenen Ausführungsformen über, z. B. auf, der Haftschicht ausgebildet sein, beispielsweise durch Abscheidung, z. B. durch Sputtern oder chemische Dampfabscheidung, z. B. Atomschichtabscheidung. In verschiedenen Ausführungsformen kann für die Abscheidung der Keimlingsschicht dasselbe Verfahren wie zum Ausbilden der Haftschicht und/oder der Barriereschicht verwendet werden. Beispielsweise kann dieselbe Vorrichtung verwendet werden, um die Barriereschicht, die Haftschicht und/oder die Keimlingsschicht auszubilden.
3A zeigt einen Verfahrensablauf 500A eines Verfahrens zum Ausbilden eines Chips in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen.
In verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren zum Ausbilden eines Chips das Abscheiden einer Metallschicht über einem Halbleiter unter Verwendung eines Elektrolyts umfassen, wobei der Elektrolyt einen Zusatz und ein wasserlösliches Metallsalz umfassen kann, wobei der Zusatz konfiguriert sein kann, um sich bei einer Temperatur über ungefähr 100°C zu zersetzen oder zu verdampfen (in 509).
Der Elektrolyt kann ein Elektrolyt wie oben beschrieben sein.
Das Abscheiden der Metallschicht kann wie oben beschrieben durchgeführt werden, beispielsweise durch Elektroabscheidung der Metallschicht.
Die Metallschicht kann über dem Halbleiter abgeschieden sein.
In verschiedenen Ausführungsformen kann der Halbleiter ein beliebiger Halbleiter sein, der geeignet sein kann, um einen Chip auszubilden. Der Halbleiter kann beispielsweise ein Halbleitermaterial umfassen oder daraus bestehen, beispielsweise zumindest ein Halbleitermaterial aus einer Gruppe von Halbleitermaterialien, wobei die Gruppe aus Silicium, Siliciumcarbid, Galliumnitrid, Germanium, Galliumarsenid, Indiumantimonid, Zinkselenid und Cadmiumsulfid oder einem beliebigen anderen aus der Gruppe von III-V- oder II-VI-Verbindungshalbleitern besteht. In und/oder auf dem Halbleiter kann zumindest ein integrierter Schaltkreis ausgebildet sein.
Die Metallschicht kann direkt auf dem Halbleiter ausgebildet sein. Alternativ dazu kann zumindest eine zusätzliche Schicht auf dem Halbleiter ausgebildet sein. Die zumindest eine zusätzliche Schicht kann eine zusätzliche Schicht wie oben für die zusätzliche Schicht des Trägers 334 beschrieben sein, z. B. eine Barriereschicht und/oder eine Haftschicht und/oder eine Keimlingsschicht, und die Metallschicht kann auf der zusätzlichen Schicht (im Fall, dass die zumindest eine zusätzliche Schicht eine Vielzahl von zusätzlichen Schichten umfasst, auf der obersten Schicht) ausgebildet sein.
Das Verfahren zum Ausbilden des Chips kann ferner ein Tempern der Metallschicht umfassen, um eine Metallschicht auszubilden, die eine Vielzahl von Poren umfasst (in 519).
Das Tempern der Metallschicht kann wie oben beschrieben durchgeführt werden.
3B zeigt einen Verfahrensablauf 500 eines Verfahrens zum Ausbilden eines Chips in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen.
In verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren zum Ausbilden eines Chips das Abscheiden einer Kupferschicht über einem Halbleiter unter Verwendung eines Elektrolyts umfassen, wobei der Elektrolyt Citronensäure und Kupfersulfat umfasst (in 510).
Der Elektrolyt kann ein Elektrolyt sein, wie im Kontext von 2 zum Verfahren zum Ausbilden einer Kupferschicht beschrieben.
Das Abscheiden der Kupferschicht kann wie oben beschrieben durchgeführt werden, beispielsweise durch Elektroabscheidung der Kupferschicht.
Die Kupferschicht kann auf dem Halbleiter abgeschieden werden.
In verschiedenen Ausführungsformen kann der Halbleiter ein beliebiger Halbleiter sein, der zum Ausbilden eines Chips geeignet ist. Der Halbleiter kann beispielsweise ein Halbleitermaterial umfassen oder daraus bestehen, beispielsweise zumindest ein Halbleitermaterial aus einer Gruppe von Halbleitermaterialien, wobei die Gruppe aus Silicium, Siliciumcarbid, Galliumnitrid, Germanium, Galliumarsenid, Indiumantimonid, Zinkselenid und Cadmiumsulfid oder einem beliebigen anderen aus der Gruppe von III-V- oder II-VI-Verbindungshalbleitern besteht. In und/oder auf dem Halbleiter kann zumindest ein integrierter Schaltkreis ausgebildet sein.
Die Kupferschicht kann direkt auf dem Halbleiter ausgebildet sein. Alternativ dazu kann zumindest eine zusätzliche Schicht auf dem Halbleiter ausgebildet sein. Die zumindest eine zusätzliche Schicht kann eine zusätzliche Schicht wie im Kontext von 1 für die zusätzliche Schicht des Trägers 334 beschrieben sein und die Kupferschicht kann auf der zusätzlichen Schicht ausgebildet sein.
Das Verfahren zum Ausbilden des Chips kann ferner das Tempern der Kupferschicht umfassen, um eine Kupferschicht auszubilden, die eine Vielzahl von Poren umfasst (in 520).
Das Tempern der Kupferschicht kann wie im Kontext von 2B beschrieben durchgeführt werden.
Unter Verwendung des Verfahrens zum Ausbilden eines Chips gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Chip mit einer Kupferschicht, z. B. einer dicken Kupferschicht, mit einer Vielzahl von Poren in der Kupferschicht ausgebildet werden. Unter Verwendung des Verfahrens zum Ausbilden einer Kupferschicht gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Kupferschicht, z. B. eine Kupferschicht mit einer Dicke von unter 20 μm oder eine dicke Kupferschicht, z. B. mit einer Dicke von etwa 20 μm oder mehr, und mit einer Vielzahl von Poren in der Kupferschicht ausgebildet werden. 4A und 4B zeigen jeweils ein Bild eines fokussierten Ionenstrahlschnitts 600 bzw. 601 einer Kupferschicht, die unter Verwendung eines Elektrolyts und/oder eines Verfahrens zum Ausbilden einer Kupferschicht gemäß verschiedenen Ausführungsformen ausgebildet wurde, vor (in 4A) und nach (in 4B) einem Tempern der Kupferschicht, das zu einer Ausbildung von Poren führt.
Das Bild eines fokussierten Ionenstrahlschnitts 600 aus 4A kann einen Querschnitt der Kupferschicht zeigen, z. B. einer Kupferschicht 336 wie im Kontext von 1 als die Metallschicht 336, die eine Kupferschicht sein kann, beschrieben.
Die Kupferschicht 336 in 4A ist nicht getempert. Folglich sind in der Kupferschicht 336 aus 4A keine Poren sichtbar.
In 4B kann ein Querschnitt einer Kupferschicht, z. B. der Kupferschicht 336 aus 4A oder einer anderen Kupferschicht 336, die in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen abgeschieden wurde, beispielsweise wie oben beschrieben, nach einem Tempern der Kupferschicht 336 gezeigt sein.
Das Tempern kann wie oben im Kontext von 1 und/oder 2 beschrieben durchgeführt worden sein.
Eine Vielzahl von Poren 648 kann sich während des Temperns in der Kupferschicht 336 ausgebildet haben. Die Vielzahl von Poren 648 kann über zumindest den gesamten Bereich der in dem Bild 601 sichtbaren Querschnitt verteilt sein.
5 zeigt eine Vielzahl von Bildern eines fokussierten Ionenstrahlschnitts 1200, 1201, 1202 und 1203, die ein Vergleichsbeispiel 1200 und drei Kupferschichten 336, die unter Verwendung eines Elektrolyts und/oder eines Verfahrens zum Ausbilden einer Kupferschicht 336 nach verschiedenen Ausführungsformen ausgebildet wurden, zeigen.
Jede der Kupferschichten 336 kann unter Verwendung eines Elektrolyts, der Kupfersulfat, Citronensäure und Ammoniumsulfat umfasst, auf einem Siliciumsubstrat abgeschieden worden sein. Anschließend können die Kupferschichten 336 getempert worden sein. Eine Temperatur der Kupferschicht kann auf eine Temper-Temperatur erhöht worden sein, indem ein Temperaturgradient angelegt wurde, d. h. eine Temperaturerhöhung pro Einheitszeit, und die Temperatur der Kupferschicht kann für eine Temper-Dauer auf der Temper-Temperatur oder (leicht) darüber gehalten worden sein, wie in der nachfolgenden Tabelle zusammengefasst. Das Tempern kann in Ameisensäuredampf durchgeführt worden sein.

Bild Temperaturgradient Temper-Temperatur Temper-Dauer

1200 2,3°C/s 150°C 15 min

1201 2,3°C/s 200°C 15 min

1202 2,3°C/s 250°C 15 min

1203 0,2°C/s 400°C 15 min
Wie aus 5 ersichtlich kann eine Ausbildung einer Vielzahl von Poren, z. B. Poren 648 wie oben beschrieben, von der Temper-Temperatur abhängen. Beispielsweise kann die Kupferschicht 336 aus Bild 1200, die mit einer Temper-Temperatur von 150°C getempert wurde, keine Poren zeigen. Es kann daher als ein vergleichendes Beispiel zu den Beispielen der verschiedenen Ausführungsformen, die in den Bildern 1201, 1202 und 1203 gezeigt sind, angesehen werden. Innerhalb des Parametersatzes, der in den Experimenten erforscht wurde, beginnt die Ausbildung von Poren bei einer Temper-Temperatur von 200°C, in Bild 1201 abgebildet.
Eine Größe und/oder eine Dichte der Vielzahl von Poren kann sich mit der Temper-Temperatur erhöhen. Beispielsweise können in der in Bild 1202 abgebildeten Kupferschicht 336 (bei einer Temperatur von 250°C getempert) größere Poren 648 und/oder mehr Poren 648 bestehen als in der Kupferschicht aus Bild 1201. In der Kupferschicht 336 aus Bild 1203 kann die Größe der Poren 648 noch größer sein und ihre Dichte, z. B. ihre Zahlendichte oder das von den Poren besetzte Volumen, kann sich erhöht haben.
Dies kann anzeigen, dass eine Mindesttemperatur, beispielsweise die Temperatur, die jeweils erforderlich ist, um die Citronensäure und/oder die Citratkomplexte zu zersetzen, möglicherweise erreicht werden muss, um die Vielzahl von Poren 648 in der Kupferschicht 336 auszubilden. Aus dem Experiment kann geschätzt werden, dass die Temper-Mindesttemperatur zwischen etwa 150°C (keine Poren ausgebildet) und 200°C (Poren ausgebildet) liegt. In verschiedenen Ausführungsform, beispielsweise wie oben beschrieben, wobei der Zusatz aus einem Zusatz wie oben beschrieben besteht oder diesen umfasst, der sich von Citronensäure unterscheidet, kann die Temper-Mindesttemperatur zum Ausbilden der Poren im Allgemeinen über etwa 100°C liegen, z. B. zwischen etwa 100°C und 600°C, z. B. zwischen etwa 130°C und 400°C, und auch Parameter wie die Porengröße, -konzentration usw. können eine Abhängigkeit von der Temperatur aufweisen, die sich von jener von Citronensäure unterscheiden kann, und daher gemäß Anforderungen angepasst werden können.
6 zeigt als ein Resultat von experimentellen Tests eine Vielzahl von Bildern eines fokussierten Ionenstrahlschnitts 1300, 1301, 1302, 1303, 1304, 1305 und 1306, die jeweils eine einer Vielzahl von Kupferschichten 336 zeigen, die unter Verwendung eines Elektrolyts gemäß verschiedenen Ausführungsformen ausgebildet wurden. Jede der Kupferschichten 336 kann auf einem Träger 334 ausgebildet sein. Eine Vergrößerung kann etwa 5000 sein.
Der zum Ausbilden der jeweiligen in den Bildern 1300 bis 1306 gezeigten Kupferschichten 336 verwendete Elektrolyt kann 50 g/l an Ammoniumsulfat, 100 g/l an Kupfersulfat-Pentahydrat als das wasserlösliche Metallsalz des oben beschriebenen Elektrolyts und wie folgt (jeweiliges Bild in Klammern) eine Konzentration eines Zusatzes mit Eigenschaften wie oben beschrieben umfassen: 0,1 g/l (Bild 1300), 1 g/l (Bild 1301), 2,5 g/l (Bild 1302), 4 g/l (Bild 1303), 5 g/l (Bild 1304), 6 g/l (Bild 1305) und 10 g/l (Bild 1306). Der pH-Wert des Elektrolyts wurde auf 2,25 angepasst. Eine Stromdichte, die Elektroden einer Vorrichtung bereitgestellt wurde, die für eine Abscheidung der Kupferschichten verwendet wird, z. B. der Vorrichtung 300 aus 1, beispielsweise eine Stromdichte, die durch die Leistungsquelle 344 aus 1 bereitgestellt wird, kann 3 A dm^–2 sein. Jede der Kupferschichten 336 kann für eine Dauer von 30 Minuten mit einer Temper-Temperatur von 400°C getempert worden sein. Wie aus 6 ersichtlich kann die Vielzahl von Poren in der Kupferschicht bei einer Zusatz-Konzentration in einem Bereich von etwa 0,1 g/l bis etwa 10 g/l ausgebildet sein. An einem unteren Ende des genannten Bereichs der Zusatz-Konzentrationen, z. B. bei etwa 0,1 g/l oder etwa 1 g/l, kann eine Größe der Poren 648, z. B. eine durchschnittliche oder eine mittlere Größe, größer sein als bei höheren Zusatz-Konzentrationen.
7 zeigt eine Vielzahl von Bildern eines fokussierten Ionenstrahlschnitts 1400, 1401, 1402, 1403, 1404 und 1405, die jeweils eine einer Vielzahl von Kupferschichten 336 zeigen, die unter Verwendung eines Elektrolyts und/oder eines Verfahrens zum Ausbilden einer Kupferschicht 336 gemäß verschiedenen Ausführungsformen, beispielsweise im Kontext von 1 bis 6, ausgebildet wurden.
Der zum Ausbilden der jeweiligen in den Bildern 1400 bis 1405 gezeigten Kupferschichten 336 verwendete Elektrolyt kann 50 g/l an Ammoniumsulfat, 100 g/l an Kupfersulfat-Pentahydrat und 2,5 g/l eines Zusatzes wie oben beschrieben umfassen. Ein pH-Wert des Elektrolyts wurde angepasst, z. B. wie oben beschrieben. Eine Stromdichte, die Elektroden einer Vorrichtung bereitgestellt wurde, die für eine Abscheidung der Kupferschichten verwendet wird, z. B. der Vorrichtung 300 aus 3, beispielsweise eine Stromdichte, die durch die Leistungsquelle 344 aus 3 bereitgestellt wird, wurde variiert. Die zum Ausbilden der Kupferschichten in den Bildern 1400 bis 1405 verwendeten pH-Werte und Stromdichten waren wie folgt: pH 1,9, 1 A dm^–2 (Bild 1400), pH 2,25, 1 A dm^–2 (Bild 1401), pH 2,5, 1 A dm^–2 (Bild 1402), pH 1,9, 3 A dm^–2 (Bild 1403), pH 2,25, 3 A dm^–2 (Bild 1404), pH 2,5, 3 A dm^–2 (Bild 1405). Jede der Kupferschichten 336 kann für eine Dauer von 30 Minuten mit einer Temper-Temperatur von 400°C getempert worden sein.
Wie in 7 ersichtlich kann die Vielzahl von Poren in verschiedenen Ausführungsformen bei einem pH-Wert in einem Bereich von etwa 1,9 bis etwa 2,5 und bei einer während der Ausbildung der Kupferschicht angelegten Stromdichte von 1 A dm^–2 und 3 A dm^–2 in der Kupferschicht ausgebildet werden. Die Poren in der Kupferschicht 336, die mit der höheren Stromdichte von 3 A dm^–2 ausgebildet wurde, zeigen eine stärker homogene räumliche Verteilung als die Poren in der Kupferschicht 336, die mit der niedrigeren Stromdichte von 1 A dm^–2 ausgebildet wurde.
8A zeigt ein Bild eines fokussierten Ionenstrahlschnitts 1500 einer herkömmlichen Kupferschicht 104 und einen Graph 1500b, der ein Verhältnis der Belastung als eine Funktion der Temperatur während einer thermischen Wechselbehandlung der herkömmlichen Kupferschicht 104 zeigt.
Die Kupferschicht 104 aus 8A kann z. B. durch Elektroabscheidung ausgebildet worden sein, z. B. mit einem üblichen Elektrolyt. Sie kann eine große Größe ihrer Kristalliten aufweisen (es kann sein, dass die Kristalliten nicht mit einheitlich schattierten Bereichen in dem Bild 1500 zusammenfallen), und es kann sein, dass sie keine Poren aufweist. Die Kupferschicht 104 kann eine Dicke von etwa 11 μm aufweisen. Sie kann auf einem Halbleiterträger 334, z. B. auf einem Siliciumträger 334 ausgebildet sein.
Ein thermisches Verhalten der Kupferschicht 104, anders gesagt eine Reaktion der Kupferschicht 104 auf thermische Wechselbeanspruchung, kann als ein graphisches Verhältnis (wie in Graph 1500b aus 8A gezeigt) von Temperatur (in °C auf der horizontalen Achse) und Belastung (in willkürlichen Einheiten auf der vertikalen Achse, wobei positive Werte einer Zugbeanspruchung entsprechen können und negative Werte einer Druckbeanspruchung entsprechen können) parametrisiert sein. Eine thermische Wechselbeanspruchung kann bedeuten, dass eine Temperatur der Kupferschicht 104 wiederholt gesteigert und gesenkt wird. Beispielsweise kann die Temperatur der Kupferschicht erhöht werden, z. B. von etwa 20°C auf etwa 400°C (Erwärmen 1). Danach kann die Temperatur der Kupferschicht 104 gesenkt werden, z. B. auf etwa 30°C (Kühlen 1). Anschließend kann die Temperatur wieder erhöht werden, z. B. wieder auf etwa 400°C (Erwärmen 2). Dann kann die Temperatur wieder gesenkt werden, z. B. auf etwa 50°C (Kühlen 2), und wieder auf etwa 400°C gesteigert werden (Erwärmen 3). Ein drittes Kühlen (Kühlen 3) kann die Temperatur der Kupferschicht auf etwa 50°C absenken.
Das thermische Verhalten der Kupferschicht 104 kann eine Hysterese zeigen, anders gesagt kann es sein, dass die Kupferschicht bei der gleichen Temperatur nicht immer die gleiche Belastungsmenge zeigt. Stattdessen kann ein in der Kupferschicht 104 vorliegender Belastungspegel von dem abhängen, dem die Kupferschicht 104 zuvor ausgesetzt wurde. Beispielsweise kann ein Belastungspegel während eines ersten Erwärmens im allgemeinen niedriger sein als während eines darauffolgenden Erwärmens, und der Belastungspegel während der Kühlphasen kann höher sein als bei der gleichen Temperatur während einer beliebigen der Erwärmungsphasen.
Die in der Kupferschicht 104 vorliegenden großen und variablen Belastungsmengen können zu einer Verschlechterung der Kupferschicht 104 und/oder ihrer Grenzfläche zu dem Träger 334 führen. Ein Maß für eine durch die thermische Wechselbeanspruchung herbeigeführte mechanische Belastung kann eine Größe einer Fläche sein, die durch die Linien in dem Graph 1500b, der die Belastung für die Erwärmungsphasen und für die Kühlungsphasen als eine Funktion der Temperatur darstellt, eingeschlossen ist (die Größe der Fläche kann ein Maß für Arbeit, z. B. thermomechanische Arbeit, sein, die durch die Kupferschicht 104 verrichtet werden muss).
8B zeigt ein Bild eines fokussierten Ionenstrahlschnitts 1501 einer Kupferschicht 336, die in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform ausgebildet wurde, z. B. wie oben beschrieben, und einen Graph 1501b, der ein Verhältnis von Belastung als eine Funktion der Temperatur während einer thermischen Wechselbeanspruchung der Kupferschicht 336 zeigt.
Die Kupferschicht 336 aus 8B kann z. B. durch Elektroabscheidung, z. B. unter Verwendung des Elektrolyts gemäß verschiedenen Ausführungsformen, und Tempern der Kupferschicht 336, wodurch eine Vielzahl von Poren 648 in der Kupferschicht 336 ausgebildet wurde, ausgebildet worden sein. Sie kann eine kleine Größe ihrer Kristalliten aufweisen (es kann sein, dass die Kristalliten nicht mit einheitlich schattierten Flächen in dem Bild 1501 zusammenfallen). Die Kupferschicht 336 kann eine Dicke von etwa 11 μm aufweisen. Sie kann auf einem Träger 334 ausgebildet sein, z. B. auf einem Träger 334 wie oben beschrieben, z. B. auf einem Träger 334, der Silicium und eine zusätzliche Schicht, z. B. eine Barriereschicht, aus Wolfram-Titan (WTi) umfasst. Die zusätzliche Schicht aus Wolfram-Titan kann eine Dicke von etwa 300 nm aufweisen.
Ein thermisches Verhalten der Kupferschicht 336, analog zu Graph 1500b aus 8A, ist in Graph 1501b aus 8B gezeigt. Temperaturendpunkte der thermischen Wechselbeanspruchungen sind die gleichen wie oben für die thermische Wechselbeanspruchung der herkömmlichen Kupferschicht 104 beschrieben.
Das thermische Verhalten der Kupferschicht 336 kann eine viel niedrigere Amplitude der Belastungswerte und im Wesentlichen keine Hysterese zeigen. Die Fläche, die zwischen den Erwärmungs- und den Kühlungskurven des Graphen gebildet wird, ist sehr klein, ihre Größe kann nur eine kleine Fraktion der Größe der Fläche in 8A sein. Aufgrund der niedrigeren Belastungsamplitude und der kleineren Menge von Arbeit, die im Vergleich zu der herkömmlichen Kupferschicht 104 während einer thermischen Wechselbeanspruchung durch die Kupferschicht 336 verrichtet werden muss, kann eine Robustheit der Kupferschicht 336, die Temperaturschwankungen ausgesetzt ist, im Vergleich zu der herkömmlichen Kupferschicht 104 erhöht werden.
8C zeigt ein Bild eines fokussierten Ionenstrahlschnitts 1502 einer in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform ausgebildeten Kupferschicht 336, z. B. wie oben beschrieben, und einen Graph 1501b, der ein Verhältnis von Belastung als eine Funktion der Temperatur während einer thermischen Wechselbeanspruchung der Kupferschicht 336 zeigt.
Vor dem Ausbilden der Kupferschicht 336 kann eine Haftschicht 1504 über dem Träger 334 ausgebildet worden sein, und eine Barriereschicht wie in 8B beschrieben (d. h. eine 300-nm-WTi-Schicht) kann zwischen dem Träger 334 und der Haftschicht 1504 angeordnet sein. Die Haftschicht 1504 kann eine Aluminiumschicht mit einer Dicke von 100 nm sein. Sie kann wie oben beschrieben in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen ausgebildet worden sein. Die Kupferschicht 336 auf 8C kann z. B. durch Elektroabscheidung auf der Haftschicht 1504, z. B. unter Verwendung des Elektrolyts gemäß verschiedenen Ausführungsformen, und Tempern der Kupferschicht 336, wodurch eine Vielzahl von Poren 648 in der Kupferschicht 336 ausgebildet wird, ausgebildet worden sein. Die Temper-Temperatur kann ausreichend hoch gewesen sein, um eine Legierung zwischen zumindest einer Fraktion der Haftschicht 1504 und einer Fraktion der Kupferschicht 336 auszubilden. Die Kupferschicht 336 kann eine kleine Größe ihrer Kristallite aufweisen (es kann sein, dass die Kristallite nicht mit einheitlich schattierten Flächen in dem Bild 1502 zusammenfallen). Die Kupferschicht 336 kann eine Dicke von etwa 11 μm aufweisen.
Ein thermisches Verhalten der Kupferschicht 336, analog zu Graph 1500b aus 8A, ist in Graph 1502b aus 8C gezeigt. Temperaturendpunkte der thermischen Wechselbeanspruchungen sind die gleichen wie oben für die thermische Wechselbeanspruchung der herkömmlichen Kupferschicht 104 beschrieben.
Das thermische Verhalten der Kupferschicht 336 im Vergleich mit der herkömmlichen Kupferschicht 104 kann auch eine niedrigere Amplitude der Belastungswerte (insbesondere der negativen Werte) und im Wesentlichen keine Hysterese zeigen. Die Fläche, die zwischen den Erwärmungs- und den Kühlungskurven des Graphen gebildet wird, ist sehr klein, ihre Größe kann nur eine kleine Fraktion der Größe der Fläche in 8A sein. Aufgrund der niedrigeren Belastungsamplitude und der kleineren Menge von Arbeit, die im Vergleich zu der herkömmlichen Kupferschicht 104 während einer thermischen Wechselbeanspruchung durch die Kupferschicht 336 verrichtet werden muss, kann eine Robustheit der Kupferschicht 336, die Temperaturschwankungen ausgesetzt ist, im Vergleich zu der herkömmlichen Kupferschicht 104 erhöht werden. Ferner kann eine Haftung der Kupferschicht 336 an den Träger 334 durch die Haftschicht 1504 verbessert werden, während die verbesserte Robustheit der Kupferschicht 336 gegenüber der thermischen Wechselbeanspruchung beibehalten wird.
Wenngleich die Erfindung insbesondere mit Verweis auf spezifische Ausführungsformen gezeigt und beschrieben wurde, sollte es Fachleuten auf dem Gebiet der Erfindung verständlich sein, dass darin verschiedene Veränderungen in Form und Ausführung ausgeführt werden können, ohne von dem Geist und Schutzumfang der Erfindung wie durch die angehängten Ansprüche definiert abzuweichen. Der Schutzumfang der Erfindung wird daher durch die angehängten Ansprüche angezeigt und es ist daher beabsichtigt, dass alle Veränderungen, die in die Bedeutung und den Äquivalenzbereich der Ansprüche fallen, eingeschlossen sind.
Verschiedene Aspekte der Offenbarung sind für Vorrichtungen bereitgestellt und verschiedene Aspekte der Offenbarung sind für Verfahren bereitgestellt. Es wird verständlich sein, dass grundlegende Eigenschaften der Vorrichtungen auch für die Verfahren gelten und umgekehrt. Daher kann im Sinne der Kürze eine doppelte Beschreibung solcher Eigenschaften weggelassen worden sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 14/568163 [0001]

Claims

Elektrolyt, umfassend: Wasser; zumindest einen Zusatz, der konfiguriert ist, sich bei einer Temperatur über ungefähr 100°C zu zersetzen oder zu verdampfen; und ein wasserlösliches Metallsalz, wobei das wasserlösliche Metallsalz ein Sulfat, ein Nitrat oder ein Cyanid umfasst; wobei der Elektrolyt frei von Kohlenstoff-Nanoröhrchen ist.
Elektrolyt nach Anspruch 1, worin der Zusatz ein organisches Molekül umfasst; wobei optional das organische Molekül Carbonsäure umfasst.
Elektrolyt nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Elektrolyt ferner Ammoniumsulfat umfasst.
Elektrolyt nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Zusatz die Formel (CRR'R''R''')_n erfüllt, wobei n größer oder gleich 1 und kleiner oder gleich 20.000 ist, und wobei die Anheftungen R, R', R'', and R''' für jedes C-Atom aus der folgenden Gruppe von Anheftungen einzeln definiert sind: COOQ, C(O)X, C(O)Q, C(O)NQ, CN, COQ, SQ, H, NQQ', SOO(OQ), C(O)OOQ, O, OH, wobei Q = (CRR'R''R''')_m, oder H und X = F, Cl, Br.
Elektrolyt nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Zusatz Citronensäure umfasst.
Elektrolyt nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das wasserlösliche Metallsalz ein Sulfat, ein Nitrat oder ein Cyanid umfasst.
Elektrolyt nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Elektrolyt ferner Ammoniumsulfat umfasst.
Elektrolyt nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Zusatz eine Konzentration in einem Bereich von etwa 0,05 g/l bis etwa 30 g/l aufweist.
Elektrolyt nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei ein Verhältnis des wasserlöslichen Metallsalzes zu dem Zusatz 20 ist.
Elektrolyt nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Elektrolyt einen pH-Wert in einem Bereich von etwa 1,0 bis etwa 2,7 aufweist.
Verfahren (400A) zum Ausbilden einer Metallschicht, umfassend: Abscheiden einer Metallschicht über einem Träger unter Verwendung eines Elektrolyts, wobei der Elektrolyt einen Zusatz und ein wasserlösliches Metallsalz umfasst, wobei der Elektrolyt frei von Kohlenstoff-Nanoröhrchen ist, und wobei der Zusatz konfiguriert ist, um sich bei einer Temperatur über ungefähr 100°C zu zersetzen oder zu verdampfen (409); und Tempern der Metallschicht, um eine Metallschicht auszubilden, die eine Vielzahl von Poren umfasst (419).
Verfahren (400A) nach Anspruch 11, wobei das Metall der Metallschicht und des Metallsalzes zumindest ein Metall aus einer Gruppe von Metallen, die aus Kupfer (Cu), Gold (Au), Silber (Ag), Platin (Pt), Palladium (Pd), Nickel (Ni), und Zinn (Sn) besteht, umfasst oder daraus besteht.
Verfahren (400A) nach einem der Ansprüche 11 oder 12, wobei das Tempern das Erwärmen der Metallschicht auf eine Temperatur über etwa 150°C umfasst.
Verfahren (400A) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, ferner umfassend: Ausbilden einer strukturierten Maske auf dem Träger.
Verfahren (400A) nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei der Träger einen Halbleiter umfasst.
Verfahren zum Ausbilden einer Halbleitervorrichtung, umfassend: Ausbilden einer Haftschicht über einem Träger; Abscheiden einer Metallschicht über der Haftschicht unter Verwendung eines Elektrolyts, wobei der Elektrolyt einen Zusatz und ein wasserlösliches Metallsalz umfasst, und wobei der Zusatz konfiguriert ist, um sich bei einer Temperatur über ungefähr 100°C zu zersetzen oder zu verdampfen; und Tempern der Metallschicht, um eine Metallschicht auszubilden, die eine Vielzahl von Poren und Dotierungsmetallatomen aus der Haftschicht umfasst.
Verfahren nach Anspruch 16, ferner umfassend: Abscheiden einer Keimlingsschicht auf der Haftschicht vor dem Abscheiden der Metallschicht.
Halbleitervorrichtung, umfassend: eine Metallschicht, die eine Vielzahl von Poren umfasst, wobei die Vielzahl von Poren als Reste eines Zusatzes, der sich in der Vielzahl von Poren befand und sich zumindest teilweise zersetzte oder verdampfte, in der Metallschicht ausgebildet ist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 18, wobei eine Volumensdichte der Vielzahl von Poren in einem Bereich von etwa 1% bis etwa 50% liegt.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, ferner umfassend: einen Träger; und eine Haftschicht, die zwischen dem Träger und der Metallschicht angeordnet ist; wobei optional die Halbleitervorrichtung ferner umfasst eine Legierungsregion zwischen der Metallschicht und der Haftschicht, wobei die Legierungsregion eine Legierung des Metalls der Haftschicht und des Metalls der Metallschicht umfasst.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 20, wobei die Haftschicht eine Dicke in dem Bereich von 5 nm bis 1000 nm aufweist.
Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 21, wobei die Metallschicht eine strukturierte Metallschicht ist.
Metallschicht, umfassend eine Vielzahl von Poren, die eine spheroide oder ellipsoide Form aufweist.