CN103943601A - 一种具有铜-石墨烯复相的互连线及其制备方法 - Google Patents

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徐杨
任招娣
骆季奎
俞滨
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Abstract

本发明公开的具有铜-石墨烯复相的互连线在绝缘基板上自下而上依次有铜层和铜-石墨烯复相导电层。其制备步骤包括：使用化学镀的方法在经清洗的绝缘基板上沉积一层铜层，使用光刻的方法对该铜层进行图形化，然后在石墨烯纳米片的电镀液中通过电镀的方法在该铜层上电镀。本发明的互连线以铜-石墨烯复相作为导电层，提高了互连线的导电性、导热性、抗氧化性能、机械性能及抗腐蚀性能。

Description

一种具有铜-石墨烯复相的互连线及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种互连线，尤其是一种具有铜-石墨烯复相的互连线及其制备方法。
背景技术
现有的互连线一般自下而上有绝缘基板、金属化层及导电层。其中，导电层主要是铜。铜易于扩散，电流承载能力弱，抗电迁移性能差，通常通过在绝缘基板与金属化层之间增加一层铜的扩散势垒层等方法来提高铜的抗电迁移等性能。扩散势垒层的电阻通常很大，热扩散性能也较差，且其厚度通常也较大，这一方面降低了互连线的导电性，一方面增加了互连线结构的尺寸。
此外，铜的抗氧化性能比较差，为了提高铜的抗氧化性能，通常需要在铜的表面再电镀一层锡，从而阻止铜的氧化，而锡的导电性比较差，这既降低了互连线的导电性，增加了器件尺寸，阻碍了器件的小型化趋势，又增加了工艺的繁琐性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种工艺简单，且具备优异的导电性、导热性、抗氧化性能、机械性能及抗腐蚀性能的具有铜-石墨烯复相的互连线及其制备方法。
本发明的具有铜-石墨烯复相的互连线在绝缘基板上自下而上依次有铜层和铜-石墨烯复相导电层。
上述的绝缘基板可以为PET或Si/SiO2基板。
具有铜-石墨烯复相的互连线的制备方法，包括以下步骤:
1）将绝缘基板放入丙酮中超声清洗，并用去离子水冲洗；
2）使用化学镀的方法在经步骤1)处理的绝缘基板上镀铜；
3）使用光刻的方法对步骤2)的铜层图形化，将互连线图形转移到铜层上；
4）铜镀液配置：将硫酸铜用水溶解，在其中依次加入硫酸、表面活性剂和盐酸，搅拌均匀，获得铜镀液，铜镀液中的硫酸铜浓度为150-250g/L，硫酸浓度为40-110 g/L，氯离子浓度为50-120 ppm，表面活性剂浓度为0.1-2g/L；
5) 含石墨烯的电镀液配置：将石墨烯纳米片先用少量步骤4)的铜镀液润湿并超声后，再加入到剩余的铜镀液中，石墨烯纳米片的浓度为0.01-4g/L，充分搅拌，得到含石墨烯的电镀液； 
6）电镀：以磷铜片为阳极，步骤2)所得图形化的铜层作为阴极，置于步骤5)的含石墨烯纳米片的电镀液中，调节温度为10-40oC、电流密度为0.5-16A/dm2，在搅拌条件下电镀1-120min，获得导电层为铜-石墨烯复相的互连线。
上述的表面活性剂可以为十二烷基苯磺酸钠或十二烷基硫酸钠。所述的石墨烯纳米片为单层或多层。
本发明与背景技术相比具有的有益效果：本发明以铜-石墨烯复相作为导电层，可提高互连线的导电性、导热性、抗氧化性能、机械性能及抗腐蚀性能，有利于器件的小型化。本发明制备工艺简单。
附图说明
图1 本发明的具有铜-石墨烯复相的互连线的示意图。
具体实施方式
以下结合实施例进一步说明本发明。
如图1所示，本发明的具有铜-石墨烯复相的互连线，在绝缘基板1上自下而上依次有铜层2和铜-石墨烯复相导电层3。
实施例1
1）将Si/SiO2基板放入丙酮中超声清洗，并用去离子水冲洗；
2）使用化学镀的方法在经步骤1)处理的Si/SiO2基板上镀铜；
3）使用光刻的方法对步骤2)的铜层图形化，将互连线图形转移到铜层上；
4）铜镀液配置：将硫酸铜用水溶解，在其中依次加入硫酸、十二烷基苯磺酸钠和盐酸，搅拌均匀，获得镀液，镀液中的硫酸铜浓度为150g/L，硫酸浓度为40 g/L，氯离子浓度为100ppm，十二烷基苯磺酸钠浓度为0.1g/L；
5) 含石墨烯的电镀液配置：将单层石墨烯纳米片先用少量步骤4)的铜镀液润湿并超声后，再加入到剩余的铜镀液中，石墨烯纳米片的浓度为0.01g/L，充分搅拌，得到含石墨烯的电镀液； 
6）电镀：以磷铜片为阳极，步骤2)所得图形化的铜层作为阴极，置于步骤5)的含石墨烯纳米片的电镀液中，调节温度为10oC、电流密度为16A/dm2，在搅拌条件下电镀120min，获得导电层为铜-石墨烯复相的互连线。
实施例2
1）将Si/SiO2基板放入丙酮中超声清洗，并用去离子水冲洗；
2）使用化学镀的方法在经步骤1)处理的Si/SiO2基板上镀铜；
3）使用光刻的方法对步骤2)的铜层图形化，将互连线图形转移到铜层上；
4）铜镀液配置：将硫酸铜用水溶解，在其中依次加入硫酸、十二烷基硫酸钠和盐酸，搅拌均匀，获得镀液，镀液中的硫酸铜浓度为250g/L，硫酸浓度为110 g/L，氯离子浓度为50 ppm，十二烷基硫酸钠浓度为2g/L；
5) 含石墨烯的电镀液配置：将多层石墨烯纳米片先用少量步骤4)的铜镀液润湿并超声后，再加入到剩余的铜镀液中，石墨烯纳米片的浓度为4g/L，充分搅拌，得到含石墨烯的电镀液； 
6）电镀：以磷铜片为阳极，步骤2)所得图形化的铜层作为阴极，置于步骤5)的含石墨烯纳米片的电镀液中，调节温度为40oC、电流密度为0.5A/dm2，在搅拌条件下电镀60min，获得导电层为铜-石墨烯复相的互连线。
实施例3
1）将Si/SiO2基板放入丙酮中超声清洗，并用去离子水冲洗；
2）使用化学镀的方法在经步骤1)处理的Si/SiO2基板上镀铜；
3）使用光刻的方法对步骤2)的铜层图形化，将互连线图形转移到铜层上；
4）铜镀液配置：将硫酸铜用水溶解，在其中依次加入硫酸、十二烷基苯磺酸钠和盐酸，搅拌均匀，获得镀液，镀液中的硫酸铜浓度为220g/L，硫酸浓度为80g/L，氯离子浓度为120 ppm，十二烷基苯磺酸钠浓度为1.5g/L；
5) 含石墨烯的电镀液配置：将单层石墨烯纳米片先用少量步骤4)的铜镀液润湿并超声后，再加入到剩余的铜镀液中，石墨烯纳米片的浓度为1g/L，充分搅拌，得到含石墨烯的电镀液； 
6）电镀：以磷铜片为阳极，步骤2)所得图形化的铜层作为阴极，置于步骤5)的含石墨烯纳米片的电镀液中，调节温度为30oC、电流密度为8A/dm2，在搅拌条件下电镀1min，获得导电层为铜-石墨烯复相的互连线。
实施例4
1）将Si/SiO2基板放入丙酮中超声清洗，并用去离子水冲洗；
2）使用化学镀的方法在经步骤1)处理的Si/SiO2基板上镀铜；
3）使用光刻的方法对步骤2)的铜层图形化，将互连线图形转移到铜层上；
4）铜镀液配置：将硫酸铜用水溶解，在其中依次加入硫酸、十二烷基苯磺酸钠和盐酸，搅拌均匀，获得镀液，镀液中的硫酸铜浓度为200g/L，硫酸浓度为90 g/L，氯离子浓度为100ppm，十二烷基苯磺酸钠浓度为2g/L；
5) 含石墨烯的电镀液配置：将多层石墨烯纳米片先用少量步骤4)的铜镀液润湿并超声后，再加入到剩余的铜镀液中，石墨烯纳米片的浓度为2g/L，充分搅拌，得到含石墨烯的电镀液； 
6）电镀：以磷铜片为阳极，步骤2)所得图形化的铜层作为阴极，置于步骤5)的含石墨烯纳米片的电镀液中，调节温度为20oC、电流密度为1A/dm2，在搅拌条件下电镀50min，获得导电层为铜-石墨烯复相的互连线。
实施例5
1）将PET基板放入丙酮中超声清洗，并用去离子水冲洗；
2）使用化学镀的方法在经步骤1)处理的PET基板上镀铜；
3）使用光刻的方法对步骤2)的铜层图形化，将互连线图形转移到铜层上；
4）铜镀液配置：将硫酸铜用水溶解，在其中依次加入硫酸、十二烷基苯磺酸钠和盐酸，搅拌均匀，获得镀液，镀液中的硫酸铜浓度为180g/L，硫酸浓度为65 g/L，氯离子浓度为100ppm，十二烷基苯磺酸钠浓度为1.2g/L；
5) 含石墨烯的电镀液配置：将单层石墨烯纳米片先用少量步骤4)的铜镀液润湿并超声后，再加入到剩余的铜镀液中，石墨烯纳米片的浓度为3g/L，充分搅拌，得到含石墨烯的电镀液； 
6）电镀：以磷铜片为阳极，步骤2)所得图形化的铜层作为阴极，置于步骤5)的含石墨烯纳米片的电镀液中，调节温度为25oC、电流密度为2A/dm2，在搅拌条件下电镀30min，获得导电层为铜-石墨烯复相的互连线。
实施例6
1）将PET基板放入丙酮中超声清洗，并用去离子水冲洗；
2）使用化学镀的方法在经步骤1)处理的PET基板上镀铜；
3）使用光刻的方法对步骤2)的铜层图形化，将互连线图形转移到铜层上；
4）铜镀液配置：将硫酸铜用水溶解，在其中依次加入硫酸、十二烷基硫酸钠和盐酸，搅拌均匀，获得镀液，镀液中的硫酸铜浓度为200g/L，硫酸浓度为70g/L，氯离子浓度为100ppm，十二烷基硫酸钠浓度为1.2g/L；
5) 含石墨烯的电镀液配置：将多层石墨烯纳米片先用少量步骤4)的铜镀液润湿并超声后，再加入到剩余的铜镀液中，石墨烯纳米片的浓度为3g/L，充分搅拌，得到含石墨烯的电镀液； 
6）电镀：以磷铜片为阳极，步骤2)所得图形化的铜层作为阴极，置于步骤5)的含石墨烯纳米片的电镀液中，调节温度为28oC、电流密度为3A/dm2，在搅拌条件下电镀20min，获得导电层为铜-石墨烯复相的互连线。

Claims (5)

1.一种具有铜-石墨烯复相的互连线，其特征是在绝缘基板（1）上自下而上依次有铜层（2）和铜-石墨烯复相导电层（3）。
2.根据权利要求1所述的具有铜-石墨烯复相的互连线，其特征在于：所述的绝缘基板（1）为PET或Si/SiO2基板。
3.一种制备如权利要求1所述的具有铜-石墨烯复相的互连线的方法，其特征在于包括以下步骤:
1）将绝缘基板放入丙酮中超声清洗，并用去离子水冲洗；
2）使用化学镀的方法在经步骤1)处理的绝缘基板上镀铜；
3）使用光刻的方法对步骤2)的铜层图形化，将互连线图形转移到铜层上；
4）铜镀液配置：将硫酸铜用水溶解，在其中依次加入硫酸、表面活性剂和盐酸，搅拌均匀，获得铜镀液，铜镀液中的硫酸铜浓度为150-250g/L，硫酸浓度为40-110 g/L，氯离子浓度为50-120 ppm，表面活性剂浓度为0.1-2g/L；
5) 含石墨烯的电镀液配置：将石墨烯纳米片先用少量步骤4)的铜镀液润湿并超声后，再加入到剩余的铜镀液中，石墨烯纳米片的浓度为0.01-4g/L，充分搅拌，得到含石墨烯的电镀液； 
6）电镀：以磷铜片为阳极，步骤2)所得图形化的铜层作为阴极，置于步骤5)的含石墨烯纳米片的电镀液中，调节温度为10-40oC、电流密度为0.5-16A/dm2，在搅拌条件下电镀1-120min，获得导电层为铜-石墨烯复相的互连线。
4.根据权利要求3所述的具有铜-石墨烯复相的互连线的制备方法，其特征在于：所述的表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠或十二烷基硫酸钠。
5.根据权利要求3所述的具有铜-石墨烯复相的互连线的制备方法，其特征在于：所述的石墨烯纳米片为单层或多层。
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