形成复合材料的方法以及用于形成复合材料的装置的制造方法
【技术领域】
[0001]各个实施例一般涉及形成复合材料的方法以及用于形成复合材料的装置。
【背景技术】
[0002]半导体器件可以包括若干不同的材料，以便受益于它们的性质(例如物理参数(比如导电率和/或导热率))上的差异。通过示例的方式，半导体可以与金属结构组合，以便利用它们的导电率上的差异，例如，(相对厚的)导电金属层(例如铜层)可以被布置在半导体硅晶片上。可以主要地被利用在与半导体组合的材料中的参数可以被提及为主要参数。
[0003]然而，性质上的差异可能在半导体器件的制造和/或使用期间招致问题。例如，不同的材料(例如铜和硅)可能在它们的热延展系数(CTE)上不同。半导体器件的温度改变可能因此导致器件中的机械张力，并且最终可能例如归因于材料中的一个中的或两种材料之间的连接中的损坏而在器件中出现缺陷。
[0004]金属层可以是以使金属层更柔韧的方式形成的，以使得其可以例如通过(例如使用等离子体沉积或多孔印制)使层薄和/或多孔而服从硅的热延展。然而，这样的层的导电率(和导热率)以及热容量通常与固体厚金属层的相比更低得多。
[0005]作为目的在于尽可能多地保留想要的性质(例如高导电率和/或导热率)的替换，在消弥不想要的性质上的差异(例如具有金属的和半导体的热延展系数之间的热延展系数)的同时，可以例如提供复合材料来代替固体的厚金属层。
[0006]典型地，可以例如使用高压和高温借助烧结来形成复合材料(例如包括铜和碳的复合材料)。然而，可能不能够在不会通过所牵涉的高的压力和温度损坏载体的情况下对载体(诸如硅晶片(例如被处理的和/或结构化的硅晶片))执行烧结处理。
【发明内容】
[0007]提供了形成复合材料的方法。所述方法可以包括:将悬浮液布置为与载体物理接触，其中，所述悬浮液可以包括电解质以及所述复合材料的第一成分的多个颗粒；引起所述复合材料的所述第一成分的颗粒沉淀在所述载体上，其中，可以在所沉淀的颗粒之间形成多个空间；以及在所述多个空间的至少一部分中通过电镀来从所述电解质形成所述复合材料的第二成分。
【附图说明】
[0008]在附图中，相同的参考标号一般贯穿不同的视图提及相同的部分。附图并不一定按比例，相反重点一般被放在图解本发明的原理上。在下面的描述中，参照下面的附图描述本发明各个实施例，在附图中:
图1A至图1C示出碳铜复合材料的抛光切割图像的轮廓绘图；
图2A和图2B示出根据各个实施例的形成复合材料的方法的两个阶段，并且图2C示出可以被用在各个实施例中的纤维； 图3A和图3B的每个示出使用根据各个实施例的形成复合材料的方法所形成的复合材料；
图4示出根据各个实施例的形成复合材料的方法的阶段；
图5示出用于执行根据各个实施例的形成复合材料的方法的实验设置的照片，以及涂覆有通过根据各个实施例的形成复合材料的方法所获得的复合材料的晶片的照片；
图6示出根据各个实施例的形成复合材料的方法的示意图；
图7示出作为碳纤维的百分比的函数的碳铜复合材料的热延展系数的图线；
图8示出作为导热率的函数的碳铜复合材料的热延展系数的变化；以及图9示出可视化用于各种铜复合材料的导热率和CTE的参数配对的图线。
【具体实施方式】
[0009]下面的详细描述提及随附附图，附图通过说明的方式示出其中可以实践本发明的具体细节和实施例。
[0010]词语“示例性”在此被用于意味着“充当示例、实例或说明”。在此被描述为“示例性”的任何实施例或设计不一定被理解为较之其它实施例或设计是优选的或有利的。
[0011]关于在一侧或表面“之上”形成的沉积材料所使用的词语“之上”在此可以被用于意味着所沉积的材料可以被“直接形成在所意指的侧或表面上”(例如与之直接接触)。关于在一侧或表面“之上”所形成的沉积材料所使用的词语“之上”在此可以用于意味着可以在所意指的侧或表面上“间接地”形成沉积材料，其中一个或多个附加层被布置在所意指的侧或表面与沉积材料之间。
[0012]如在此使用的术语“悬浮液”可以被理解为意味着固体颗粒和液体的不均匀混合物，其中，固体颗粒可以贯穿液体而被分散并且在密度上可以充分大和/或充分的不同以用于沉淀出现。不均匀性可以提及悬浮液的成分(即固体颗粒和液体)是不均匀的，而固体颗粒在液体中的空间分布可以是均匀的。
[0013]如在此所使用的术语“沉淀”可以被理解为意味着悬浮液中的固体颗粒在它们混入于其中的液体中趋于平稳并且变为抵靠于壁皇的趋势。这可以归因于它们响应于作用于它们之上的力而通过液体的运动:这些力可以例如是重力、离心加速或浮力。换言之，在其中悬浮液被布置在更低壁皇上的情况下，例如，如果颗粒的密度比液体的密度更高，则颗粒可以通过遵从重力而停留到更低壁皇上而沉淀出悬浮液；在其中(例如附加的)顶部壁皇被布置在顶部上或在液体的顶部处的情况下，例如，如果颗粒的密度低于液体的密度，则颗粒可以通过遵从浮力而停留到顶部壁皇上而沉淀出悬浮液；并且在其中壁皇(例如，作为容器的侧壁)环绕液体并且液体或液体和容器的组合例如借助于旋转液体(并且可选地，容器)经受离心力的情况下，例如，如果颗粒的密度高于液体的密度，则颗粒可以通过遵从离心力停留到环绕的壁皇上而沉淀出悬浮液。
[0014]术语电沉积、电镀和镀制可以在此用作同义词，并且可以理解为提及其中电解质中的电流被用于将电解质中所溶解的金属离子沉积在电极中的一个上的处理。结果，所沉积的金属离子可以形成固体金属的层或结构。
[0015]图1A至图1C示出碳铜复合材料115的抛光切割图像的轮廓绘图100、101和102。
[0016]图1A中所示的复合材料115可能已经通过将复合材料115的第一成分的颗粒114(例如碳纤维114或涂覆有金属层的碳纤维114)填充到在载体110中形成的腔体112中而被形成。这也可以被提及为颗粒114 (例如第一成分)的堆叠(例如纤维114的堆叠，例如碳纤维114的堆叠)。为了描述颗粒(例如碳纤维)114中的一些的单独特征，利用114a至114c来标记它们。复合材料的第二成分116 (例如铜)也具有利用索引号116a至116c标记的若干区域以易于引用各单独的区域。
[0017]在利用颗粒(例如碳纤维)114将腔体112填充达到复合材料115的想要的厚度(例如几百微米)之后，电解质118可以至少被布置在腔体112中。
[0018]可以提供电源(未示出)。电源的端子(未示出冲的一个可以被电连接到载体110，由此形成第一电极(例如阴极，如果使用电源的负端子的话)。电源的另一端子可以被电连接到另一电极(未示出)(例如阳极，如果使用电源的正端子的话)，其可以被布置为与电解质118物理接触以及电接触。应用到电极的电压(例如DC电压)可以引起电流通过电解质，并且可以引起电解质的金属离子(例如铜离子)在各电极中的一个上累积。在铜离子的情况下，它们可以累积在阴极上，在此情况下，累积在载体110上以及在布置在载体110的腔体112中的颗粒(例如碳纤维)114上。颗粒(例如碳纤维)114可以被物理地或电连接到载体110，并且因此表示电极的一部分。从另一电极(例如阳极)转移到该电解质的金属离子可以补充沉积出电解质118的金属离子。通过示例的方式，所述另一电极可以是铜电极，并且电解质可以是硫酸铜。换言之，可以执行复合材料的第一成分114的颗粒之间和/或周围以及载体110上的复合材料的第二成分116的电沉积。
[0019]复合材料的第二成分116的电沉积可以是扩散受限的:在其中由来自所述另一电极的金属离子来快速和/或容易地补充所沉积的金属离子的电解质118的区域(例如具有对所述另一电极的紧密接近的区域，例如第一成分的颗粒114的堆叠的顶部上或附近的区域)中，可以厚地并且快速地形成金属层。在其中仅缓慢地或根本不补充所沉积的金属离子的电解质118的其它区域(例如远离所述另一电极的区域，例如第一成分的颗粒114的堆叠的底部上或附近的区域)中，仅可以形成薄金属层或实质上不形成金属层。例如，甚至在复合材料的闭合层可能已经形成在第一成分114的颗粒的顶部上之后，电解质填充的腔体124(参见图1B)可以保留于其中复合材料的第二成分116可能并未形成在第一成分114的各颗粒之间。结果，具有例如几百微米的想要的厚度的复合材料的扩散受限形成可能导致例如关于导电率和/或导热性和/或热容量具有劣化的性能的多孔复合材料115。
[0020]在图1A和图1B中可以找到复合材料115的扩散受限形成的示例。在图1A中，在可以部分地填充腔体112的颗粒(例如纤维)114的堆叠的顶部处的颗粒(例如碳纤维)114a周围，在未示出但是可以位于图的顶部的所述另一电极附近，可能已经形成复合材料的第二成分116的相对厚的涂层116a。在堆叠的中间，在颗粒(例如纤维)114b周围，涂层116b可以是更薄的，并且在颗粒(例如纤维)114的堆叠中进一步向下(例如在颗粒(例如纤维)114c周围)的第二成分116c的涂层还可以是更薄的。
[0021]为了形成图1A、图1B和图1C中示出的复合材料，可能已经使用了所谓的脉冲电镀。虽然在典型电镀处理中，DC电压可以作为连续DC电压而被供给到电解质118，但是在脉冲电镀中，可以间歇地(换言之，作为电压脉冲)供给DC电压。供给电压的时间可以被提及为0N (导通)时间，并且电压不被供给到电解质118的时间可以被提及为OFF (断开)时间。为了形成图1A和图1B的复合材料，0N时间对于OFF时间的持续时间的比率可能已经近似为1/3。形成图1A中的复合材料可能已经耗费近似30分钟。脉冲电镀可以在OFF时间期间为金属离子的扩散提供时间。
[0022]图1B示出如果(具有上面描述的参数的)脉冲电镀继续直到各颗粒(例如纤维)114之间的空间也能够通过所电镀的复合材料115的第二成分116被填充并且进一步利用锡焊料122填充腔体，则可以形成的复合材料。并未填充有复合材料的第二成分116的多个腔体124可以保留，以使得可以形成多孔铜碳复合材料115。
[0023]如果脉冲电镀的参数被调整以具有更低得多的0N时间与OFF时间的比率(例如0N时间/OFF时间=1/50或1/100)，则可以避免腔体124的形成。图1C中示出使用这样的近似1/50的比率所形成的铜碳复合材料的示例。在此，可以几乎完全借助利用复合材料115的第二成分116 (例如铜)的电镀来填充复合材料的第一成分的各颗粒114 (例如碳纤维)之间的空间。然而，其间不发生第二成分116的形成的长OFF时间(与0N时间相关)导致极其长的总处理时间，这将使得用于形成厚复合材料层的这样的处理在经济上无吸引力。例如，用于形成图1C的复合材料的处理时间近似60小时。