[发明专利]纳米双晶铜金属层及其制备方法及包含其的基板

说明书

本发明提供一种纳米双晶铜层，其50％以上的体积包括多个柱状晶粒，该多个柱状晶粒彼此间互相连接，至少70％的该多个柱状晶粒由多个纳米双晶沿着[111]晶轴方向堆叠而成，且相邻的该多个柱状晶粒间的夹角大于20度且小于或等于60度。此外，本发明还提供前述纳米双晶铜层的制备方法及包含前述纳米双晶铜层的基板。

技术领域

本发明关于一种纳米双晶铜金属层、其制备方法及包含其的基板，特别指一种晶粒特殊排列的纳米双晶铜金属层、其制备方法及包含其的基板。

背景技术

电子组件的可靠度主要是取决于导线的抗电迁移能力(anti-electromigrationability)。目前的研究中，其中一种能够提高导线的抗电迁移能力的方法，是在导线结构中添加纳米双晶金属结构。如此，当金属原子沿着电子流动的方向产生电迁移时，由于纳米双晶金属结构的双晶晶界能够推迟电迁移的金属原子的流失速度，因此可以降低导线中空孔的形成速率，直接地改善电子组件的使用寿命。也就是说，导线结构中含有越多纳米双晶金属结构，导线的抗电迁移能力就会越高。

在目前的纳米双晶铜结构中，纳米双晶晶粒多为由基板垂直成长的柱状晶粒。虽然此种纳米双晶铜结构已有良好的特性，但若能提供一种新颖的纳米双晶铜结构，其能展现有别于目前纳米双晶铜结构的其他特性，则可提供电子组件的另一选择。

发明内容

本发明关于一种纳米双晶铜金属层、其制备方法及包含其的基板，其中纳米双晶铜金属层具有较佳的伸长率，可大幅提升使用纳米双晶铜金属层的电子产品的可靠度。

本发明提供一种纳米双晶铜层，其50％以上的体积包括多个柱状晶粒，该多个柱状晶粒彼此间互相连接，至少70％的该多个柱状晶粒由多个纳米双晶沿着[111]晶轴方向堆叠而成，且相邻的该多个柱状晶粒间的夹角大于20度且小于或等于60度。

在现有的(111)柱状晶粒纳米双晶铜层中，相邻柱状晶粒间的夹角多约为0度。在本发明所提供的新颖纳米双晶铜层中，相邻柱状晶粒间的夹角可大于20度且小于或等于60度，而与现有的纳米双晶铜层结构不同。此外，经实验证实，当相邻柱状晶粒间的夹角大于20度且小于或等于60度时，纳米双晶铜层的伸长率较相邻柱状晶粒间的夹角约为0度的纳米双晶铜层要更好。因此，本发明的纳米双晶铜层除了保有现有的纳米双晶铜层(即相邻柱状晶粒间的夹角约为0度的纳米双晶铜层)的优异抗电迁移特性以及机械性质外，更具有较佳的伸长率；故本发明的纳米双晶铜层的应用领域将更为广泛。

在本发明中，至少70％的柱状晶粒具有一纵向轴(longitude axis)，其中纵向轴为纳米双晶的堆叠方向(即成长方向)，纳米双晶铜金属层具有一厚度方向，厚度方向为垂直纳米双晶铜金属层的表面。其中，柱状晶粒的[111]晶轴与纵向轴夹角为大于或等于0度至小于或等于20度；换言之，柱状晶粒的[111]晶轴与纳米双晶的堆叠方向(即成长方向)的夹角为大于或等于0度至小于或等于20度。此外，柱状晶粒的纵向轴的方向与纳米双晶铜金属层的厚度方向的夹角大于20度且小于或等于60度。在本发明的一实施例中，柱状晶粒的[111]晶轴与纳米双晶的堆叠方向(即成长方向)的夹角实质上约为0度。

在本发明中，纳米双晶铜金属层的厚度可依据需求进行调整。在本发明的一实施例中，纳米双晶铜金属层的厚度可介于0.1μm至500μm之间。在本发明的另一实施例中，纳米双晶铜金属层的厚度可介于0.8μm至200μm之间。在本发明的再一实施例中，纳米双晶铜金属层的厚度可介于1μm至20μm之间。然而，本发明并不仅限于此。

在本发明中，纳米双晶铜金属层中的至少70％的柱状晶粒由多个纳米双晶堆叠而成。在本发明的一实施例中，纳米双晶铜金属层中的至少90％的柱状晶粒由多个纳米双晶堆叠而成。在本发明的另一实施例中，纳米双晶铜金属层中的每一柱状晶粒由多个纳米双晶堆叠而成。