TWI490932B - 導電性互連結構之製作方法 - Google Patents

Description

導電性互連結構之製作方法

本發明是有關於一種互連結構之製作方法，且特別是有關於一種導電性互連結構之製作方法。

一般而言，在微奈米粒子或微奈米線的合成過程中，合成液中需添加界面活性劑或高分子組成物，以包覆粒子或線體，藉此控制粒子或線體之形狀與尺寸，以順利生成微奈米等級之粒子或線體。若未在合成液中添加界面活性劑或高分子組成物，所合成之粒子或線體的尺寸會過大，而不符合所需。

然而，由於微奈米粒子或微奈米線之外圍所包覆之界面活性劑或高分子層為絕緣材料，因此由微奈米粒子或微奈米線所連接或堆疊而成的互連結構中，界面活性劑或高分子層的存在會導致互相接合之相鄰二粒子或二線體無法電性連接。如此一來，將使得互連結構不具導電性。

目前，為了使互連結構可以具有導電性，一種做法係利用加熱方式，來將互連結構上的界面活性劑或高分子層燒除。另一種做法是利用通電方式。由於披覆有界面活性劑或高分子層的互連結構為電的不良導體，因此通電後會產生熱，利用所產生之熱來燒除界面活性劑或高分子層。又一種做法是利用電漿，來將互連結構上的界面活性劑或高分子層移除。

利用上述方式移除互連結構上的界面活性劑或高分子層後，再對互連結構進行金屬鍍覆處理，方完成導電性互連結構的製作。但是，界面活性劑或高分子層移除後，互連結構所需進行的金屬鍍覆處理相當費時。因此，傳統之導電性互連結構的製作產能不佳，不利於量產。

因此，本發明之一態樣就是在提供一種導電性互連結構之製作方法，其藉由在互連結構外側披覆金屬離子鍵結層，可吸附金屬鍍覆浴中之金屬離子。故，可加快金屬離子在互連結構上還原的速度，進而可大幅提升導電性互連結構的製作速度。

本發明之另一態樣是在提供一種導電性互連結構之製作方法，其互連結構外所披覆金屬離子鍵結層在互連結構之微結構間的連接點處的整體厚度較大，因此不僅可更快速地吸引金屬離子在此還原，而可有效提高導電性互連結構之導電率。

根據本發明之上述目的，提出一種導電性互連結構之製作方法，其包含下列步驟。提供一互連結構，其中此互連結構包含複數個微結構。這些微結構互相接合而形成複數個連接點，且此互連結構外側披覆有一金屬離子鍵結層。將前述之互連結構浸於一金屬鍍覆浴中，以在互連結構上進行一還原反應。其中，此金屬鍍覆浴中包含複數個金屬離子，且在還原反應期間，利用金屬離子鍵結層抓取這些金屬離子，藉以加速這些金屬離子還原在互連結構上，並在每一連接點上形成一金屬連接層，以在這些連接點上電性連接前述之微結構。

依據本發明之一實施例，上述之微結構的尺寸為微米級、奈米級或前述尺寸的組合。

依據本發明之另一實施例，上述之微結構之形狀為粒狀、線狀、片狀或前述形狀的組合。

依據本發明之又一實施例，上述之微結構之材料包含銅、銀、金、鋁、鈦、釩、鋅、鎳、錫、鐵、銦、鈀、鈷、鉑、鉍、銠、釕、釟、半導體氧化物、半導體氮化物、或導電高分子。

依據本發明之再一實施例，上述提供互連結構之步驟包含：在一合成液中合成微結構，其中合成這些微結構之步驟包含使金屬離子鍵結層包覆住每一微結構之一表面。在一例子中，前述合成液可包含金屬鹽類、還原劑、聚乙烯。比咯烷酮及溶劑。其中，溶劑可為水或乙二醇。

依據本發明之再一實施例，上述提供互連結構之步驟包含利用一塗布法或一噴霧法將微結構設置於一基材上，而在基材上形成互連結構。

依據本發明之再一實施例，上述將金屬離子鍵結層包覆互連結構外側時，包含利用一塗佈法、一噴霧法或一化學鍵結法將金屬離子鍵結層披覆在互連結構外側上。

依據本發明之再一實施例，上述之金屬離子鍵結層為聚乙烯。比咯烷酮、金屬離子螯合劑、錫離子、金屬奈米粒子、或上述材料之混合物。

依據本發明之再一實施例，於提供互連結構之步驟與將互連結構浸於金屬鍍覆浴中之步驟之間，上述之導電性互連結構之製作方法更包含對互連結構進行一電漿處理，以去除互連結構上之連接點以外之金屬離子鍵結層。

依據本發明之再一實施例，上述之金屬鍍覆浴包含一金屬鹽、上述金屬離子、一還原劑與一穩定劑。

請參照第1圖、以及第2A圖與第2B圖，其中第1圖係繪示依照本發明一實施方式的一種導電性互連結構之製作方法的流程圖，第2A圖與第2B圖係繪示依照本發明之一實施方式的一種導電性互連結構之製作的剖面流程圖。在本實施方式中，導電性互連結構之製作方法100先如步驟102所述，提供互連結構200a。互連結構200a包含多個微結構202。

在一些實施例中，這些微結構202之尺寸可為微米級、奈米級、或部分為微米級而部分為奈米級的組合。此外，微結構之形狀為粒狀、線狀、片狀、或部分為粒狀、部分為線狀與部分為片狀的組合。此外，微結構202之材料可例如包含銅、銀、金、鋁、鈦、釩、鋅、鎳、錫、鐵、銦、鈀、鈷、鉑、鉍、銠、釕、釟、半導體氧化物、半導體氮化物、或導電高分子。

在一實施例中，在步驟102中，提供互連結構200a時，可利用合成方式，先在合成液中合成出這些微結構202。在一些例子中，合成液可包含金屬鹽類、還原劑、聚乙烯。比咯烷酮及溶劑。其中，金屬鹽類包含微結構202之材料的金屬離子，且金屬鹽類較佳係選用可在合成液之溶劑中溶解之鹽類。溶劑則選用可溶解金屬鹽類之溶劑。在一些例子中，溶劑可為水或乙二醇。

在本實施方式之此種實施例中，藉由在合成液中加入具有可加速金屬披覆功能之金屬離子鍵結物質，微結構202在合成液中進行合成時，在合成液之界面活性劑的作用下，每個微結構202之表面會披覆一層金屬離子鍵結層204。在一些例子中，金屬離子鍵結物質可例如聚乙烯吡咯烷酮、金屬離子螯合劑、錫離子、金屬奈米粒子、或上述物質的混合物。因此，由金屬離子鍵結物質所構成之金屬離子鍵結層204之材料包含乙烯吡咯烷酮、金屬離子螯合劑、錫離子、金屬奈米粒子、或上述物質的混合物。在一示範實施例中，這些微結構202可為奈米線，且金屬離子鍵結層204之材料為聚乙烯吡咯烷酮。

在一些實施例中，金屬離子鍵結層204之厚度範圍可約從1nm至3nm。此外，如第2A圖所示，披覆在微結構202外側之金屬離子鍵結層204並非緊密包覆住微結構202，而係呈有縫隙狀。

在微結構202經合成而成型後，可利用例如塗布法或噴霧法將這些微結構202設置於一基材(未繪示)的表面上，而在基材上形成互相堆疊或互相接合之互連結構200a。在互連結構200a中，任二相鄰接合之微結構202之間形成一連接點210。由於連接點210係二微結構202接合之處，而每個微結構202之表面披覆有金屬離子鍵結層204，因此互連結構200a之連接點210區域的金屬離子鍵結層204較厚，而含有較多的金屬離子鍵結物質。

在本實施方式中，可在完成提供互連結構200a之步驟102後，根據實際產品需求，如步驟104所述，先選擇性地對互連結構200a進行電漿處理。在步驟104中，可利用電漿來移除互連結構200a上之連接點210以外的金屬離子鍵結層204。在一些實施例中，電漿處理所採用之工作氣體可包含氮氣、氬氣或空氣。

藉由對互連結構200a進行這樣的電漿處理，可在後續的金屬鍍覆過程中，使鍍覆浴中的金屬離子大部分集中還原而鍍覆在互連結構200a的連接點210處。當然，本實施方式亦可根據製程或產品需求，而不對互連結構200a進行電漿處理，因而在後續的金屬鍍覆期間，鍍覆浴中的金屬離子也會鍍覆在互連結構200a之連接點210以外的部分上。

接著，如步驟106所述，先提供金屬鍍覆浴。在一些實施例中，此金屬鍍覆浴可包含金屬鹽、金屬離子、還原劑與穩定劑。金屬鹽可例如為銅、銀、金、鋁、鈦、釩、鋅、鎳、錫、鐵、銦、鈀、鈷、鉑、鉍、銠、釕或釟等所組成之金屬鹽。在金屬鍍覆浴中，穩定劑添加之主要目的為避免金屬鍍覆浴中的金屬離子很快還原成金屬原子，藉此避免金屬鍍覆浴中的金屬離子快速消耗。在一些例子中，穩定劑可採用鹼類。其中，鹼類可先與金屬鍍覆浴中的金屬鹽結合而形成錯合物，而可避免金屬鹽先解離出金屬離子，並可進一步避免金屬離子在金屬鍍覆浴中就還原成金屬原子。

接下來，將互連結構200a浸於金屬鍍覆浴中，藉以使金屬離子在此互連結構200a上還原成金屬原子。在金屬離子的還原反應期間，互連結構200a上的金屬離子鍵結層204會抓取金屬鍍覆浴中的金屬離子，如此一來可加快金屬鍍覆浴中的金屬離子附著且進一步還原在互連結構200a上的速度。此外，由於金屬離子鍵結層204在互連結構200a之連接點210處的量較多，因此在較大部分之金屬離子鍵結層204的抓取下，金屬離子之金屬原子會比較集中地鍍覆在互連結構200a之連接點210上，而在每個連接點210上形成金屬連接層206。在一實施例中，每個金屬連接層206可呈環狀。

在一些實施例中，金屬離子鍵結層204之厚度範圍可約從1nm至3nm，且金屬連接層206之橫向剖面的直徑可為幾十奈米，再加上金屬離子鍵結層204呈有縫隙狀而並非緊密包覆住微結構202，因此金屬連接層206可撐開二相接之微結構202，並同時與此二相接之微結構202接觸，如第2B圖所示。如此一來，金屬連接層206可在連接點210處電性連接此二相接之微結構202，而快速順利地完成導電性互連結構208a的製作，更可有效提升導電性互連結構200a之導電率。

本發明之導電性互連結構的製作方法亦可應用在非利用合成方式形成之互連結構上。請參照第3A與第3B圖，其係繪示依照本發明之另一實施方式的一種導電性互連結構之製作的剖面流程圖。在此請一併參照第1圖所示之流程圖。於此實施方式中，如導電性互連結構之製作方法100之步驟104所述，提供互連結構200b。此互連結構200b與上述實施方式之互連結構200a之主要差異在於，互連結構200b之微結構202並非利用合成方式所形成。因此，如第3A圖所示，金屬離子鍵結層204並未完全包覆每個微結構202之表面，亦即二鄰接之微結構202並非透過金屬離子鍵結層204來接合，且二鄰接之微結構202係以直接接觸的方式接合。

完成微結構202之間的互連程序後，再利用例如塗佈法、噴霧法或化學鍵結法，將金屬離子鍵結層204披覆在互連結構20b之外側上。也就是說，在互連結構200b中，金屬離子鍵結層204並非是在微結構202製作時就包覆在每個微結構202表面上，而是在互連架構形成後才披覆於整個互連架構外側面上。

接下來，類似前一實施方式，可根據製程與產品需求，而選擇性地對互連結構200b進行電漿處理之步驟104，來去除互連結構200b之連接點210區域以外的金屬離子鍵結層204。

然後，如步驟106所述，先提供金屬鍍覆浴。在一些實施例中，此金屬鍍覆浴可包含金屬鹽、金屬離子、還原劑與穩定劑。金屬鹽可例如為銅、銀、金、鋁、鈦、釩、鋅、鎳、錫、鐵、銦、鈀、鈷、鉑、鉍、銠、釕或釟等所組成之金屬鹽。同樣地，在金屬鍍覆浴中，穩定劑之添加係為了避免金屬鍍覆浴中的金屬離子很快還原成金屬原子，藉此避免金屬鍍覆浴中的金屬離子快速消耗。在一些例子中，穩定劑可採用鹼類。由於鹼類可先與金屬鍍覆浴中的金屬鹽結合而形成錯合物，因此可避免金屬鹽先解離出金屬離子，並可進一步避免金屬離子在金屬鍍覆浴中就已經還原成金屬原子。

接著，將互連結構200b浸於金屬鍍覆浴中，藉以使金屬離子在此互連結構200b上還原成金屬原子。在金屬離子的還原反應期間，互連結構200b上的金屬離子鍵結層204會抓取金屬鍍覆浴中的金屬離子，因此可加快金屬鍍覆浴中的金屬離子附著且進一步還原在互連結構200b上的速度。而且，如第3A圖所示，由於金屬離子鍵結層204在互連結構200b之連接點210處的量較多，因此在較大部分之金屬離子鍵結層204的抓取下，金屬離子之金屬原子會比較集中地鍍覆在互連結構200b之連接點210上，而在連接點210上形成金屬連接層206。在一實施例中，每個金屬連接層206可呈環狀。

在一些實施例中，金屬離子鍵結層204之厚度範圍可約從1nm至3nm，且金屬連接層206之橫向剖面的直徑可為幾十奈米，再加上金屬離子鍵結層204呈有縫隙狀而並非緊密包覆住微結構202，因此金屬連接層206可穿過二鄰接之微結構202外側的金屬離子鍵結層204，而同時與此二相接之微結構202接觸，如第3B圖所示。如此一來，金屬連接層206可在連接點210處電性連接此二相接之微結構202，而快速順利地完成導電性互連結構208b的製作，更可有效提升導電性互連結構200b之導電率。

由上述本發明之實施方式可知，本發明之一優點就是因為本發明之導電性互連結構之製作方法藉由在互連結構外側披覆金屬離子鍵結層，來吸附金屬鍍覆浴中之金屬離子。因此，可加快金屬離子在互連結構上還原的速度，進而可大幅提升導電性互連結構的製作速度。

由上述本發明之實施方式可知，本發明之另一優點就是因為互連結構外所披覆金屬離子鍵結層在互連結構之微結構間的連接點處的整體厚度較大，因此不僅可更快速地吸引金屬離子在此還原，而可有效提高導電性互連結構之導電率。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何在此技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100．．．製作方法

102．．．步驟

104．．．步驟

106．．．步驟

200a．．．互連結構

200b．．．互連結構

202．．．微結構

204．．．金屬離子鍵結層

206．．．金屬連接層

208a．．．導電性互連結構

208b．．．導電性互連結構

210．．．連接點

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：

第1圖係繪示依照本發明之一實施方式的一種導電性互連結構之製作方法的流程圖。

第2A圖與第2B圖係繪示依照本發明之一實施方式的一種導電性互連結構之製作的剖面流程圖。

第3A圖與第3B圖係繪示依照本發明之另一實施方式的一種導電性互連結構之製作的剖面流程圖。

202．．．微結構

204．．．金屬離子鍵結層

206．．．金屬連接層

208a．．．導電性互連結構

210．．．連接點

Claims (14)

1. 一種導電性互連結構之製作方法，包含：提供一互連結構，其中該互連結構包含複數個微結構，該些微結構互相接合而形成複數個連接點，且該互連結構外側披覆有一金屬離子鍵結層；以及將該互連結構浸於一金屬鍍覆浴中，以在該互連結構上進行一還原反應，其中該金屬鍍覆浴中包含複數個金屬離子，且在該還原反應期間，利用該金屬離子鍵結層抓取該些金屬離子，藉以加速該些金屬離子還原在該互連結構上，並在每一該些連接點上形成一金屬連接層，以在該些連接點上電性連接該些微結構。
2. 如請求項1所述之導電性互連結構之製作方法，其中該些微結構之尺寸為微米級、奈米級或其組合。
3. 如請求項1所述之導電性互連結構之製作方法，其中該些微結構之形狀為粒狀、線狀、片狀或其組合。
4. 如請求項1所述之導電性互連結構之製作方法，其中該些微結構之材料包含銅、銀、金、鋁、鈦、釩、鋅、鎳、錫、鐵、銦、鈀、鈷、鉑、鉍、銠、釕、釟、半導體氧化物、半導體氮化物、或導電高分子。
5. 如請求項1所述之導電性互連結構之製作方法，其中提供該互連結構之步驟包含： 在一合成液中合成該些微結構，其中合成該些微結構之步驟包含使該金屬離子鍵結層包覆住每一該些微結構之一表面。
6. 如請求項5所述之導電性互連結構之製作方法，其中該合成液包含金屬鹽類、還原劑、聚乙烯吡咯烷酮及溶劑。
7. 如請求項1所述之導電性互連結構之製作方法，其中提供該互連結構之步驟包含利用一塗布法或一噴霧法將該些微結構設置於一基材上，而在該基材上形成該互連結構。
8. 如請求項1所述之導電性互連結構之製作方法，其中將該金屬離子鍵結層披覆該互連結構外側時，包含利用一塗佈法、一噴霧法或一化學鍵結法將該金屬離子鍵結層披覆在該互連結構外側上。
9. 如請求項1所述之導電性互連結構之製作方法，其中該金屬離子鍵結層為聚乙烯吡咯烷酮、金屬離子螯合劑、錫離子、金屬奈米粒子、或其混合物。
10. 如請求項1所述之導電性互連結構之製作方法，於提供該互連結構之步驟與將該互連結構浸於該金屬鍍覆浴中之步驟之間，更包含對該互連結構進行一電漿處理， 以去除該互連結構上之該些連接點以外之該金屬離子鍵結層。
11. 如請求項10所述之導電性互連結構之製作方法，其中該電漿處理包含利用一工作氣體，且該工作氣體包含氮氣、氬氣或空氣。
12. 如請求項1所述之導電性互連結構之製作方法，其中該金屬鍍覆浴包含一金屬鹽、該些金屬離子、一還原劑與一穩定劑。
13. 如請求項12所述之導電性互連結構之製作方法，其中該金屬鹽為銅、銀、金、鋁、鈦、釩、鋅、鎳、錫、鐵、銦、鈀、鈷、鉑、鉍、銠、釕或釟所組成之金屬鹽。
14. 如請求項1所述之導電性互連結構之製作方法，其中：該些微結構為複數個奈米線；以及該金屬離子鍵結層之材料為聚乙烯吡咯烷酮。