包括金属化层的器件和制造器件的方法

包括金属化层的器件和制造器件的方法
【专利摘要】本公开的实施方式涉及包括金属化层的器件和制造器件的方法。该器件包括基部元件和在基部元件之上的金属化层。金属化层包括孔隙并且具有变化的孔隙度，孔隙度在与基部元件相邻的部分中比在远离基部元件的部分中高。
【专利说明】
包括金属化层的器件和制造器件的方法
技术领域
[0001] 本公开设及半导体器件领域，并且更具体地设及一种包括金属化层的器件和制造 器件的方法。
【背景技术】
[0002] 在金属化层、例如用于在半导体器件(例如功率半导体器件）中使用的金属化层的 领域中，具有大厚度的金属化层被采用W用于传导大电流和用于传递热。具体而言，归因于 它们的大的电和热传导性，铜金属化层可W W低损耗传导热和电流。电和热传导性通过增 加金属化层的厚度而被增加。然而，归因于金属化层相对于金属化层被布置于其上的载体 的材料的不同的热膨胀系数，可能会出现金属化层的脱层。此外，开裂可能形成在金属化层 中并且另外，当处理厚金属化层被布置于其上的半导体晶片时，晶片可能会弯曲，使得进一 步的处理变得困难。
[0003] 已对基于多孔系统的金属化层进行了研究。已显示运些多孔金属化层当布置在半 导体衬底上时展现出减小等级的机械应力。然而，运些多孔系统也具有降低的热和电传导 性。
[0004] 于是，对具有改进的性质的进一步金属化层进行研究。

【发明内容】

[000引根据实施例，一种器件包括基部元件和在基部元件之上的金属化层，金属化层具 有孔隙并且具有变化的孔隙度。孔隙度在与基部元件相邻的部分中比在远离基部元件的部 分中高。
[0006] 根据进一步实施例，一种器件包括基部元件和在基部元件之上的多孔金属化层。 金属化层包括来自铜、银、儀和金的组的金属，并且进一步包括导电填充材料，其中导电填 充材料相对于金属的比率在远离基部元件的部分处比在与基部元件相邻的部分处高。
[0007] 根据实施例，一种制造器件的方法包括在基部元件之上形成多孔金属化层，并且 此后使多孔金属化层改变，使得金属化层具有变化的孔隙度，孔隙度在与基部元件相邻的 部分中比在远离基部元件的部分中高。
【附图说明】
[0008] 附图被包括W提供对本发明的实施例的进一步理解并且被并入或构成该说明书 的一部分。附图图示了本发明的实施例并且与描述一起用于说明原理。本发明的其它实施 例和许多预期优点将容易领会，因为它们通过参照下面的详细描述变得更好理解。附图中 的元件并不一定相对于彼此按比例。同样的附图标记标示出对应的类似部件。
[0009] 图IA示出根据实施例的器件的截面图。
[0010] 图IB示出根据另外的实施例的器件的截面图。
[0011 ]图2A是图示出示例和比较例的孔隙率的图表。
[0012] 图2B是图示出示例和比较例的电阻率的图表。
[0013] 图3图示出制造根据实施例的器件的方法。
[0014] 图4A和图4姻示出根据实施例的形成金属化层的方法。
[001引图5示出根据另外的实施例的器件的截面图。
[0016] 图6A是图示出示例的孔隙率的图表。
[0017] 图6B是图示出示例的电阻率的图表。
[0018] 图7图示出根据另外的实施例的形成金属化层的方法。
[0019] 图8图示出根据另外的实施例的形成金属化层的方法。
【具体实施方式】
[0020] 在下面的详细描述中，对形成其一部分并借助于在其中可W实践本发明的图示特 定实施例而图示出的附图进行参考。在运方面，诸如"顶"、"底前"、"后"、"前面"、"后面' 等的方向术语是参照正在描述的图的定向而使用的。因为本发明的实施例的部件可W W数 个不同定向进行定位，所W方向术语是用于图示的目的并且绝不是限制性的。需要理解的 是，可W利用其他实施例并且可W在不脱离由权利要求限定的范围的情况下做出结构和逻 辑改变。
[0021] 实施例的描述不是限制性的。具体而言，在下文中所描述的实施例的元件可W与 不同实施例的元件组合。
[0022] 在下面的描述中所使用的术语"晶片"、"衬底"或"半导体衬底"可W包括具有半导 体表面的任何基于半导体的结构。晶片和结构将被理解为包括娃、绝缘体上娃(SOI)、蓝宝 石上娃(SOS)、经过渗杂和未经渗杂的半导体、由基部半导体基底支撑的娃的外延层和其它 半导体结构。半导体不必是基于娃的。半导体也可W是娃-错、错或神化嫁。根据其他实施 例，碳化娃(SiC)或氮化嫁(GaN)可W形成半导体衬底材料。
[0023] 如该说明书中所使用的术语"横向"和"水平"意在描述平行于半导体衬底或半导 体主体的第一表面的定向。运可W例如是晶片或裸片的表面。
[0024] 如该说明书中所使用的术语"竖直"意在描述垂直于半导体衬底或半导体主体的 第一表面布置的定向。
[0025] 图IA示出根据实施例的器件1的截面图。图IA中示出的器件包括基部元件100和在 基部元件100之上的金属化层160。金属化层160包括孔隙175且具有变化的孔隙度。孔隙度 在与基部元件100相邻的部分中比在远离基部元件100的部分中高。
[0026] 基部元件100可W是包括器件部件155的半导体衬底。基部元件100可W进一步包 括电路元件150。例如，电路元件150和器件部件155可W是半导体器件的部件，诸如经过渗 杂的部分、绝缘部分或者半导体器件中的具有特殊功能的导电部分。半导体器件的示例是 晶体管或基于晶体管的器件，例如功率半导体器件、功率M0SFET、功率IGBT、二极管及其他。 器件部件155的另外的示例是电阻器、电容器、电感器、传感器、能量产生部件、能量存储部 件和转换元件、例如光电转换元件及其他。电路元件150可W包括用于实施逻辑电路及其他 的电路任何合适的元件。如可清楚地理解的，多个器件部件155或电路元件150可W布置在 基部元件中。器件部件155或电路元件150可W被电禪合至金属化层160。基部元件100可W 进一步包括合适的导电或绝缘材料。根据另外的实施例，基部元件100可W不是半导体而是 可W包括诸如玻璃等的绝缘体或由其构成，或者可W是诸如金属片或金属合金片等的导电 元件。
[0027] 金属化层160布置在基部元件100的主表面110上。金属化层可W包括铜或铜合金。 根据另外的实施例，金属化层160可W包括银、儀或金或者任何运材料的合金。金属化层160 可W包括任何另外的金属或金属合金。金属化层160包括孔隙175。孔隙度在与主表面110相 邻的部分中比在与金属化层160的主表面115相邻的部分中高。孔隙度可W被定义为金属化 层的密度与体金属化层的密度的比率。例如，如果多孔金属化层的密度（即，质量/体积)与 体金属化层的密度的比率是A，则孔隙率等于1-A。如可容易领会的，孔隙度独立于孔隙的大 小和孔隙的大小的分布。通常，孔隙的大小近似为几百mm至几 WI1。例如，金属化层160的厚度 可W是超过3]im、例如超过如m并且甚至更大、例如30]im或更大。
[0028] 归因于金属化层160内的变化的孔隙度，使得孔隙度在与基部元件相邻的部分中 较高，机械应力可W减小。具体而言，机械应力出现在基部元件100与金属化层160之间的界 面处。于是，在靠近界面的区域中的高孔隙度使机械应力减小。另一方面，归因于远离基部 元件100的部分中的较小孔隙度，金属化层的热和电传导性被增加。
[0029] 例如，通常连接布线在金属化层115的表面处被接合至金属化层。归因于降低的孔 隙度，在到另外的金属化布线的触点待产生所在的该区域中，电传导性被增加，从而致使金 属化层的改进的行为。
[0030] 图IB示出根据另外的实施例的器件。图IB的器件2包括基部元件100和在基部元件 100之上的多孔金属化层165。金属化层165包括金属和导电填充材料180。导电填充材料180 相对于金属的比率在远离基部单元100的部分处比在与基部元件100相邻的部分处高。金属 可W从铜、银、儀和金的组中选择。金属也可W包括另外的金属。例如，金属可W是铜。
[0031] 在图IB的实施例中，基部元件100可W具有与图IA的基部元件100类似的构造。导 电填充材料180的含量相对于金属的含量在靠近金属化层的表面115的一侧比在靠近基部 元件的主表面110的一侧高。孔隙175布置在金属化层165中。导电填充材料180可W至少部 分地填充孔隙175中的至少一些。作为结果，所产生的层的孔隙度可W在靠近基部元件100 与金属化层160之间的界面的部分处比在靠近金属化层的主表面115的部分处大。例如，导 电填充材料可W与金属化层160的金属相同或者可W是与金属化层的金属不同的材料。例 如，如果金属化层包括铜或铜合金，则导电填充材料可W包括银、锋、锡、儀、铜、金或碳。导 电填充材料不必是金属。例如，导电填充材料可W包括碳纳米管或石墨締。例如，导电填充 材料180可W与金属化层的金属的一部分烙融或烧结在一起。在诸如锋或锡等的合金形成 材料被采用作为导电填充材料的情况中，金属化层的金属可W与导电填充材料形成合金。 图IB的实施例的另外的特征与图IA的实施例类似。如可清楚地理解的，根据图IA的实施例 的器件也可W W参照图IB所描述的方式来实施，即，包括导电填充材料180。
[0032] 图2A和图2B图示出与根据图IA的实施例的包括金属化层的器件(示例）相比的具 有均匀孔隙率的多孔金属化层（比较例）的性质。如图2A中示出的，示例具有与比较例相比 稍小的孔隙度。在运方面需要注意的是，图2A未示出孔隙的分布而是仅仅示出了相对于金 属化层的孔隙率的平均值。图2B示出示例具有与比较例相比较小的电阻率或比电阻。于是， 金属化层的特殊孔隙率导致减小的电阻率。例如，7%至8%的孔隙率的减小可W导致15% 至20 %的电阻率的减小。
[0033] 如将在下面讨论的，在与基部元件相邻的部分中比在远离基部元件的部分中高的 孔隙度可W通过使多孔层的表面改变而得到。
[0034] 图3图示出制造器件的方法。方法包括在基部元件100之上形成多孔金属化层 (SlOO)。此后，使多孔金属化层改变(S150)，使得金属化层具有变化的孔隙度，孔隙度在与 基部元件100相邻的部分中比在远离基部元件100的部分中高。
[0035] 图4A图示出根据更加特定的实施例的制造器件的方法。如示出的，方法包括在基 部元件100之上形成多孔金属化层（SlOO)。此后，在多孔金属化层之上形成导电填充材料 (S200)并且执行热处理（S300)。例如，热处理可W在惰性或还原性气氛中W近似200°C至 400°C执行近似15分钟至180分钟。归因于热处理，多孔金属化层之上的导电填充材料和多 孔金属化层烙融，导致减小的孔隙度。例如，器件可W是半导体器件、例如功率半导体器件。
[0036] 根据实施例，形成多孔金属化层可W包括在基部元件之上执行等离子体尘埃沉积 方法或者施加金属膏，可选地随后是热处理。例如，运样的热处理可W在还原性气氛中执 行，使得例如金属氧化物可W减少。此外，热处理可能会导致再结晶，运会引起减小的电阻 率和应力。多孔金属化层的材料和导电填充材料可W是参照图IA和图IB在上面描述的材 料。例如，多孔金属化层的材料可W是铜。根据另外的实施例，多孔金属化层的材料可W是 银、儀或金、或者铜、银、儀或金的合金。接着，导电填充材料形成于多孔金属化层160、165之 上。金属化层160、165可W是开孔的层或者可W不是开孔的层。
[0037] 例如，形成导电填充材料可W包括施加包括导电填充材料的纳米粒子的层或墨。 更详细地，包括纳米粒子的系统可W包括可由诸如丝网印刷、模版印刷、喷墨印刷、浸溃或 旋涂等的合适方法施加的粉末、膏或墨。于是，纳米粒子可W大规模地或仅局部地施加。根 据实施例，纳米粒子可W具有IOnm至50nm的直径。例如，纳米粒子可W被施加，W便在多孔 金属化层的表面处形成使表面粗糖度或不平度变平的层。根据实施例，导电填充材料的层 的厚度可W是近似IOOnm至甚至20]im或超过50]im、例如lOOjim。当施加热处理时，纳米粒子可 W与多孔层的晶粒烙融和/或烧结在一起，并因此通过完全或至少部分填充孔隙来增加金 属化层的密度。
[0038] 该过程进一步图示在图4B中。多孔金属化层被形成为包括晶粒170和晶界190的连 续金属化层171。孔隙175可W布置在晶粒170中的一些之间。包括纳米粒子185的墨被施加 作为导电填充材料，使得纳米粒子185被布置在孔隙175中。在热处理期间，纳米粒子185与 晶粒170烙融或烧结在一起，由此形成较大晶粒170并且使晶界190移位。作为结果，孔隙大 小被减小或者孔隙甚至被完全填充，从而导致金属化层的增加的密度。
[0039] 根据另外的示例，几个层的导电填充材料可W被施加并经受热处理W导致较大的 层厚度而没有开裂。
[0040] 根据另外的示例，导电填充材料180可W填充孔隙而不与晶粒170烙融或形成合 金。例如，如果碳、例如碳纳米管或纳米线或石墨締被用作导电填充材料180,则碳可W填充 孔隙175,导致金属化层的降低的孔隙度。归因于热处理，包括碳的墨的溶剂可W被蒸发。
[0041] 当施加包括纳米粒子185的墨时，环境的溫度可W选择成使得包括纳米粒子的墨 渗透到多孔金属化层内至预定深度。例如，墨可W包括溶剂且溶剂的蒸发速率取决于溫度。 在高溫度下，溶剂W高速率蒸发使得纳米粒子仅渗透至与溫度被减小时的情况(例如溶剂 W非常慢的速率蒸发使得纳米粒子渗透至较大深度时的室溫)相比小的深度。
[0042] 根据另外的实施例，墨的粘度可W选择成使得导电填充材料渗透到多孔金属化层 内至预定深度。例如，粘度越高，渗透深度越小。
[0043] 如已在上面描述的，根据制造器件的本方法，多孔金属化层可W在通过施加金属 纳米粒子的形成之后被改变，由此多孔金属化层中的孔隙175可W用纳米粒子部分或者全 部填充。由此，可W使金属化层的性质、特别是物理性质改变。例如，金属化层可W例如通过 在表面加帽或者形成孔隙率的梯度而被局部改变。根据另外的实施例，与金属化层的材料 不同的金属的纳米粒子可W被施加使得可W形成金属间化合物、合金或复合系统。
[0044] 示例 1
[0045] 起始材料是任意载体上的多孔铜层、例如用铜膏印刷的半导体晶片。铜膏已被干 燥、烧结和退火。该系统限定了机械稳定的多孔系统。此后，可W通过使用喷墨印刷过程施 加诸如CI-002(由Intrinsiq材料有限公司制造)等的铜纳米粒子墨。例如，可W W495dpi ("每英寸点数"）的印刷分辨率施加一个层的纳米粒子。衬底溫度可W是35°C并且可W设定 下面的参数。印刷头:2/6/2波形(压电）；87.2V; 90 % ; -20mbar; 30°C头溫度;35°C衬底溫度。 此后，使金属化层Wl〇〇°C干燥15分钟。接着，W400°C使用30分钟预加热时间并且W400°C 在化/C出化氛围中使用15分钟加热时间来执行烧结过程。
[0046] 已显示所施加的纳米粒子与金属化层的铜相或铜材料烙合在一起或合为一体。所 形成的金属化层允许了与纳米粒子层未形成于其上且未执行烧结过程的具有均匀孔隙度 的铜层相比改进的电和热传导性。
[0047] 根据实施例，纳米粒子具有在近似20nm的分布的最大值时的近似IOnm至50nm的大 小。孔隙的大小是纳米粒子的大小的大约100倍至10000倍。用于形成多孔金属化层的粒子 的大小是纳米粒子的大小的10倍至100倍。在纳米粒子由与多孔金属化层的金属不同的金 属制成的情况中，当执行随后的热处理时可W形成合金。例如，运样的热处理可W W大约 200°C的溫度执行。由于多孔层具有高表面面积，所W合金的形成可W归因于纳米粒子的固 有性质而W低于烙点的溫度执行。
[0048] 归因于金属化层的热处理，衬底的金属的晶粒大小被增加。
[0049] 根据另外的实施例，变化的孔隙度可W通过分别施加具有不同孔隙度的至少两个 子层来获得。例如，运可W通过在基部元件之上施加第一金属膏并且此后施加第二金属膏 来实现，其中第二金属膏被形成为具有与由第一金属膏形成的第一子层相比较低的孔隙度 的第二子层(金属层）。
[0050] 通常，用于形成多孔金属的金属膏可W包括具有大于1皿的大小、例如具有在1皿 至10皿的范围内、例如3]im至扣m的大小的微粒子与具有近似10皿至100皿、例如40皿至60皿 的大小的纳米粒子的混合物。当运样的金属膏被加热时，使微粒子合并的烧结过程可W W 低于所使用的金属的烙点的溫度发生。例如，在铜金属膏的情况中，热处理可W W200°C至 250°C的溫度执行，而铜的烙点是1084°C。
[0051] 通过改变纳米粒子相对于微粒子的组成比率，可W确定通过退火(烧结)形成的金 属层的孔隙率。例如，如果在金属膏中包含较大的纳米粒子相对于微粒子的比率，则所产生 的层将具有较大密度并因此具有较低孔隙度。另一方面，如果使用具有较低的纳米粒子相 对于微粒子的比率的金属膏，则将形成具有较低密度并因此具有较高孔隙度的金属化层。
[0052] 根据另外的实施例，通过退火(烧结)形成的金属层的孔隙率可W通过适当地设定 金属膏的微粒子的孔隙大小分布来确定。
[0053] 形成第一子层可W包括例如通过印刷而在基部元件上施加第一金属膏、干燥W及 执行用于形成多孔金属化层的烧结和退火步骤。归因于较高孔隙度，在与基部元件的界面 处存在较低应力。在使第一子层干燥并退火/固化之后，形成第二子层，其中第二层具有较 低孔隙度。将用于形成第二子层的金属膏印刷、干燥并退火。第二子层归因于较低孔隙度而 具有较大等级的热应力。然而，归因于被布置在第二子层与基部元件之间的第一子层，对基 部元件的应力被显著地减小。第二层增加了整个金属化层的电传导性并且具有较高等级的 硬度，由此改进了诸如机械接合等的另外的处理方法。在第一与第二子层之间的界面处，形 成有其中用于形成第二子层的金属膏渗透到第一子层内并形成化合物的过渡层。
[0054] 于是，当形成具有高孔隙度的第一子层跟着是形成具有较低孔隙度的第二子层的 过程时，能够使完成的层堆叠的物理性质优化。所W在与载体100的界面处的高多孔层提供 了对载体100的低应力，并且在层堆叠的顶部的低多孔层提供了用于在表面处接合的增加 的硬度。第二子层可W由包括与第一子层的金属不同的金属的金属膏形成。如可清楚地理 解的，超过两个的多孔子层可W形成在基部元件之上。
[0055] 所产生的金属化层的另外的性质可W通过改变子层的物理性质、通过调节第一子 层的和第二子层的厚度W及整个金属化层的厚度来改变。此外，子层的数量W及子层的化 学组成可W改变。
[0056] 根据另外的实施例，金属化层可W包括=个子层。例如，第一子层可W具有大孔隙 度、随后是具有较低孔隙度的第二子层。此外，具有与第二子层相比较大孔隙度的第=子层 可W形成在第二子层的顶部上。例如，运可W提供对于待布置在第=子层上的另外的系统 的减小的应力。
[0057] 换言之，根据另外的实施例，附加子层可W布置于第二子层之上，附加子层具有可 W根据整个系统的要求选择的变化的孔隙度。
[0058] 第一子层的表面可W在形成第二子层之前是开孔的或者不是开孔的。
[0059] 示例2
[0060] 起始材料是任意载体。例如，载体可W是与参照图1在上面讨论的一样包括几个器 件部件555并且可选地包括电路元件550的半导体晶片(参见图5)。例如，阻挡层可W形成在 载体500的第一表面510之上。例如，如果半导体材料是娃，则娃与铜层之间的不希望的化学 反应可W归因于阻挡层而被避免。此后，将第一铜膏施加至载体500。例如，运可W通过执行 模版或丝网印刷方法、随后是干燥步骤(例如，在60°C下持续一个小时，取决于膏性质)和烧 结与退火的另外的步骤来实现。作为结果，可W得到具有近似40%至50%的孔隙率和10皿 至50WI1的层厚度的机械稳定的多孔系统，取决于膏和模版厚度。如可清楚地理解的，第一子 层可W通过任何其他合适的方法形成。
[0061] 此后，为了形成第二子层，另外的铜膏可W被施加，W便产生近似15%至25%的孔 隙率。例如，运可W通过使用模版印刷过程、施加包括纳米粒子而没有微粒子或显著降低组 分的微粒子并且具有50%至90%的固体含量的纳米膏来实现。此后，执行W60°C持续一个 小时的干燥步骤和另外的W近似400°C的退火步骤。干燥和退火步骤可W W与用于形成第 一子层的方法类似的方式执行。例如，第二子层可W具有比第一子层的厚度小的厚度。例 如，第二子层的厚度可W是1皿至10皿。
[0062] 图5示出所产生的结构的示例。如示出的，金属化层560包括第一子层570和第二子 层578。第二子层578具有与第一子层相比较低的孔隙度。金属化层560的厚度d可W是近似 IOwii至500皿。第一金属化层570的厚度di可W是IOwii至490WH，并且第二金属化层578的厚 度可W是近似Iwii至50WI1。根据特定实施例，第一金属化层570的厚度山可W是10皿至50皿， 并且第二金属化层578的厚度可W是近似1皿至10皿。根据该实施例，金属化层560的厚度可 W是IOwii至60WI1。过渡层573形成在第一多孔层570与第二多孔层578之间的界面处。需要注 意的是，归因于层的孔隙率，金属化层560的厚度d可W与第一金属化层570和第二金属化层 578的厚度不同。
[0063] 图6A示出了图示出在形成第二子层之前和之后整个或组合金属层的电阻率的图。 图表（1)至(3)图示出各具有不同孔隙度的=个单个子层的电阻率的行为。更具体地，如图 6A中图示出的，子层(2)具有与子层（1)相比较大的孔隙度，子层（1)具有与子层(3)相比较 大的孔隙度。在将纳米粒子膏施加在顶部并且执行固化步骤W形成第二子层(4)之后，所有 =个金属化层的平均孔隙率降低。具体而言，包括子层(3)的金属化层的孔隙率降低至与由 金属膏形成的第二子层(4)的孔隙率对应的等级。
[0064] 图6B示出在形成第二层且执行固化步骤之后的比电阻的行为。使用4点测量配置 测量出了比电阻。如图示的，包括金属层（1)、（2)、（3)中的任何一个的金属层的比电阻在形 成金属膏的第二金属层(4)之后大大降低。此外，已显示，归因于第二层的形成，与具有源自 相同厚度的仅一个均匀层/一个膏的相同总体孔隙率和导电率的层相比，可W大大地降低 施加不同溫度时的机械应力。
[0065] 图7概述了根据该实施例的形成金属化层的方法。根据该实施例，使多孔金属化层 改变包括在多孔层之上形成第二子层，第二子层578具有与多孔层570相比较低的孔隙度。 于是，形成金属化层包括在基部元件之上形成第一子层（S600)，并且此后在第一子层之上 形成第二子层(S610)，第二子层具有与第一子层相比较低的孔隙度。例如，运可W包括施加 第一金属膏并且此后在第一金属膏之上施加第二金属膏，第二金属膏具有与第一金属膏相 比较高的纳米粒子的量。
[0066] 第二金属膏可W包含可W与第一金属膏的金属相同或不同的金属。
[0067] 根据另外的实施例，多孔金属层的物理性质可W通过施加金属有机前体化合物来 改变。此后，可W使金属有机前体材料转化成金属。例如，运可W通过适当的热处理来实现。 另外地或备选地，运可W通过使用适合于所选择的前体的特定物理和化学条件来实现。例 如，前体化合物可W是无机金属化合物。根据另外的实施例，前体化合物可W是金属有机化 合物。在运些情况中的任何一个中，金属可W等同于金属化层的金属或者是不同金属。例 如，前体材料的金属可W是与铜形成合金的金属。特定示例可W从锡、锋、儀、铜、金和银的 组中选择。前体化合物可W被作为溶液或作为液体、例如作为烙化的前体施加或者可W被 作为气体施加。例如，当前体化合物被作为液体前体化合物施加时，运可W使用喷墨印刷方 法、旋涂方法、喷涂方法、浸溃方法或用于施加液体的任何其他合适的方法来实现。前体化 合物渗透到金属层的孔隙内。可选地，可W执行干燥过程和热处理使得前体化合物被转化 成金属相或起反应，W便局部填充孔隙或改变系统的性质。归因于该处理，可W使层的性质 改变。例如，可W使金属层的孔隙率减小。前体化合物可W被施加在金属层的整个表面之上 或者仅在其一部分处。例如，可W覆盖金属层的表面的一部分，使得在运些被覆盖的部分不 施加化合物，或者可W施加前体化合物的浓度的梯度，W便产生孔隙率的梯度。
[0068] 前体化合物的反应可W通过能量来诱发。例如，能量可W被作为热能量施加、例如 在加热过程中，或者可W被作为光子能量施加、例如通过使用激光照射或通过其他光源、高 能量放电(氣气闪光灯)或微波激发的照射。例如，该反应在可W是惰性的（例如，化、化、Ar) 气氛中或者在诸如此、甲酸及其他等的反应伙伴的气氛中执行，由此可W防止氧化或者可 W使产生的金属氧化物减少。
[0069] 前体的反应的不希望的产物可能是气态的并且可W经由孔隙离开金属化层。
[0070] 可选地，此后，可W执行热退火步骤W便得到已经经历了再结晶的稳定的系统。
[00川通常，金属化层的电特性可W受到W下参数的影响：
[0072] 基部元件的特性、前体化合物的化学组成(例如，尤其是，如果使用可W与金属层 形成金属间相的不同金属的话）、溶剂的沸腾溫度和前体的浓度、施加前体化合物的方法及 所施加的前体材料的量。
[0073] 可W改变金属化层的性质的另外的参数是当施加前体材料时的基部元件的溫度。 例如，如果基部元件归因于溶剂的蒸发而被保持在高溫度，则前体化合物不会渗透到深的 深度内并且形成了表面加帽层。在较低溫度时，溶液可W渗透到金属化层内至较深的深度 并且可W形成前体化合物的浓度的梯度。作为结果，系统的孔隙率可W W较大比例变化。
[0074] 示例3
[0075] 用于执行根据该实施例的方法的起始点是与参照示例2描述的基部元件类似的基 部元件。首先，施加用于形成具有高孔隙度的金属层的金属膏(例如，由In化insiq材料有限 公司制造的CP-003)。运可W使用膏印刷方法(模版或丝网印刷)来实现。接着，可W执行干 燥过程和退火步骤W便形成具有近似40%至50%的孔隙率的机械稳定的多孔系统。工艺参 数可W与参照实施例描述的一样。金属层可W具有近似10皿至50皿的厚度。此后，可W施加 金属有机铜前体化合物。
[0076] 根据示例，可W使用铜目亏盐(copper OXimate)。可W执行到充分使铜朽盐分解的 溫度的热处理。例如，基部元件可W被加热至近似180°C的溫度。作为结果，CuO由铜目亏盐形 成。此后，可W执行还原过程W便使化0还原成Cu。例如，运可W W可高于200°C的溫度在可 W包含甲酸或诸如甲醇、甲醒、一氧化碳、氨气(出)等的另一还原剂的惰性气氛中来实现。
[00)
[0078] 根据另外的实施例，甲酸铜(copper formate)可W被用作前体化合物。
[0079] 此后，执行热处理W便使甲酸铜分解成铜。例如，溫度可W是近似200°C。使用甲酸 铜的优点是不要求附加的还原剂，因为是通过甲酸铜的原位热分解形成的并且惰性气氛是 充分的。
[0080]
[0081 ] 根据另外的实施例，可W使用铜丙醇盐(copper propoxide)。例如，铜氨基丙醇盐 (copper amino 91'〇9〇^;1(16)可^具有通用分子式：
[0082]
[0083]
[0084] 例观，Kl生KbW ^^是中巷现台基或者诸如H、烷基或芳基等的另外的基。基团可W 是相同的基团或基或者可W彼此不同。
[008引例如，如果金属M是铜并且Rl是甲基，贝化2、R3、R4是氨并且R5和R6分别是甲基，化 合物是铜（II)双仁甲氨基-2-丙氧化物）（Cu-DMAP)。备选地，在R5和R6分别是乙基的情况 中，运可W是铜（II)双(二甲氨基-2-丙氧化物KCu-DEAP)。在施加了运些前体材料中的任 何一个之后，可W执行热处理用于使化合物分解成Cu。例如，在热处理期间溫度可W是近似 140°C至150°C。例如，热分解可W在惰性气体气氛(化、惰性气体）中、在形成气体中、在化/甲 酸气氛之下或在其他化/还原剂气氛之下执行。
[0086] 例如，生产出饱和溶液并使用旋涂、浸溃、喷涂、喷射印刷或移液管(P ipette)来施 加。备选地，前体材料可W被烙化并施加。例如，Cu-DEAP或Cu-DMAP具有约50°C的烙点。在干 燥步骤、例如在60°C持续30分钟之后，执行加热过程到近似150°C至400°C、例如30分钟的加 热时间、在化/甲酸气体流中的在400°C 15分钟至90分钟的保持时间W将前体转化成金属 Cu O
[0087] 下面的表格示出了使用不同施加方法对前体化合物的影响W及层的电传导性的 改进。
[008引
[0089]
[0090] 如上面表格中示出的，归因于在金属化层上施加金属前体层，整个层的电传导性 可W被提局。
[0091] 图8概述了根据该实施例的方法。如图8中图示出的，制造器件的方法包括在基部 元件之上形成(S800)多孔金属化层、此后将前体材料施加(S810)至多孔金属化层并且接着 执行(S820)热处理过程。
[0092] 虽然已经在上面描述了发明的实施例，但是本领域普通技术人员应该领会到可W 实施另外的实施例。例如，另外的实施例可W包括权利要求中所记载的特征的任何子组合 或者在上面给出的示例中描述的元件的任何子组合。于是，所附权利要求的该精神和范围 不应该限于在运里所包含的实施例的描述。
【主权项】
1. 一种器件，包括： 基部元件;和 在所述基部元件之上的金属化层，所述金属化层包括孔隙并且具有变化的孔隙度，所 述孔隙度在与所述基部元件相邻的部分中比在远离所述基部元件的部分中高。2. 根据权利要求1所述的器件，其中所述金属化层包括铜或铜合金。3. 根据权利要求1所述的器件，其中所述金属化层的所述孔隙中的至少一部分至少部 分地用导电填充材料填充。4. 根据权利要求1所述的器件，其中所述金属化层的厚度在5μπι与250μπι之间。5. 根据权利要求1所述的器件，其中所述孔隙的直径在从200nm至50μπι的范围内。6. 根据权利要求1所述的器件，其中所述金属化层包括第一子层和第二子层，所述第一 子层具有比所述第二子层高的孔隙度。7. -种器件，包括： 基部元件;和 在所述基部元件之上的多孔金属化层，所述金属化层包括来自铜、银、镍和金的组的金 属，进一步包括导电填充材料，其中所述导电填充材料相对于所述金属的比率在远离所述 基部元件的部分处比在与所述基部元件相邻的部分处高。8. 根据权利要求7所述的器件，其中所述导电填充材料包括从铜、银、锌、锡、金、铟或镍 或碳的组中选择的至少一种材料。9. 根据权利要求7所述的器件，其中所述金属化层的厚度在5μπι与250μπι之间。 10 ·根据权利要求7所述的器件，其中所述孔隙的直径是200nm至50μπι。11. 根据权利要求7所述的器件，其中所述导电填充材料至少部分地填充所述孔隙的至 少一部分。12. 根据权利要求7所述的器件，其中所述多孔金属化层的所述导电填充材料相对于所 述金属的所述比率从与所述基部元件相邻的部分向远离所述基部元件的部分逐渐增加。13. 根据权利要求1所述的器件，其中所述器件被形成为集成电路。14. 一种制造器件的方法，包括： 在基部元件之上形成多孔金属化层，并且随后使所述多孔金属化层改变，使得所述金 属化层具有变化的孔隙度，所述孔隙度在与所述基部元件相邻的部分中比在远离所述基部 元件的部分中高。15. 根据权利要求14所述的方法，其中使所述多孔金属化层改变包括： 在所述多孔金属化层之上形成导电填充材料，和 执行热处理。16. 根据权利要求15所述的方法，其中形成所述导电填充材料包括施加含有所述导电 填充材料的纳米粒子的墨。17. 根据权利要求16所述的方法，其中施加所述墨时的温度被选择成使得所述导电填 充材料渗透到所述多孔金属化层内至预定深度。18. 根据权利要求16所述的方法，其中所述墨的粘度被选择成使得所述导电填充材料 渗透到所述多孔金属化层内至预定深度。19. 根据权利要求15所述的方法，其中形成所述导电填充材料包括施加包括所述导电 填充材料的纳米粒子的层，所述纳米粒子具有5nm至1 OOnm的直径。20. 权利要求15所述的方法，其中所述多孔金属化层包括具有200nm至50μπι的直径的孔 隙。21. 根据权利要求14所述的方法，其中所述多孔金属化层包含按体积比计至少90%的 体积的铜、银、金或镍。22. 根据权利要求14所述的方法，其中形成所述多孔金属化层包括在所述基部元件之 上执行等离子体尘埃沉积方法或施加铜膏、随后是热处理。23. 根据权利要求14所述的方法，其中使所述多孔金属化层改变包括将前体材料施加 至所述多孔金属化层并且将所述前体材料转化成金属。24. 根据权利要求23所述的方法，其中所述前体材料是无机金属化合物或金属有机化 合物。25. 根据权利要求24所述的方法，其中所述多孔金属化层包括铜或银或镍或金，并且所 述前体材料的所述金属从铜、锡、锌、金、镍、铟和银的组中选择。26. 根据权利要求14所述的方法，其中使所述多孔金属化层改变包括在所述多孔层之 上形成第二子层，所述第二子层具有与所述多孔层的所述孔隙度不同的孔隙度。27. 根据权利要求26所述的方法，其中形成所述多孔层和形成所述第二子层包括在所 述基部元件之上施加第一金属膏并且随后施加第二金属膏，所述第二金属膏产生与所述第 一金属膏不同的孔隙率。28. 根据权利要求26所述的方法，其中形成所述多孔层和形成所述第二子层包括在所 述基部元件之上施加第一金属膏并且随后施加第二金属膏，所述第二金属膏包含与所述第 一金属膏中的任何材料都不同的至少一种金属。
【文档编号】H01L23/522GK105845662SQ201610060149
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年1月28日
【发明人】M·米希兹, M·海恩里希, S·施瓦布
【申请人】英飞凌科技股份有限公司