一种铜薄膜的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种铜薄膜的制备方法，该方法包括：以液态金属为模板，NaOH溶液为沉积液相介质，向NaOH溶液中加入含铜化合物，制备铜薄膜。本发明专利技术所制备的铜薄膜物理特性均匀、致密，厚度均匀可控，操作简单、高效便捷，可实现从纳米尺度到微米尺度厚度连续可控的柔性铜薄膜，具有较高的电导率，有较强的生产适用性，能在超大规模集成电路及微电子机械系统(MEMS)中金属布线、微流器件、生物芯片或半导体芯片表面技术等领域应用。

【技术实现步骤摘要】
一种铜薄膜的制备方法
本专利技术涉及材料制备领域，尤其涉及一种铜薄膜的制备方法。
技术介绍
金属铜具有高导电性和低电迁移性，已逐渐取代铝而被应用于集成电路的金属布线中，随着超大规模集成电路及微电子机械系统(MEMS)中金属布线向超深亚微米技术的发展,芯片中器件的封装密度不断增加，多层薄膜互连工艺的制造成为行业内重要的研究领域。金属铜布线线宽已向几十纳米制造技术发展。然而特征尺寸的减小使得半导体器件的性能一直受到电阻电容延迟的影响，阻碍了微电子制造业的发展步伐。目前制备的铜薄膜的方法主要有表面化学沉积法和气相沉积法：表面化学沉积法是利用处于同一溶液中的金属盐和还原剂在具有催化活性的基体表面上能够进行自催化氧化还原反应的原理，在基体表面化学沉积形成金属或合金镀层。气相沉积法又分为物理气相沉积(PVD)和化学气相沉积(CVD)。PVD技术主要为离子化物理气相沉积制备沉积铜籽晶层；CVD技术前驱体与反应物同时存在于反应腔室，在一定的反应条件下，发生于气相或者基底表面的沉积过程。因此，传统的铜薄膜的制备方法是在固体表面沉积制备，存在薄膜分离难，工艺复杂，涂层应力大等缺点，难以实现柔性铜薄膜的分离。
技术实现思路
为了解决传统的铜薄膜制备方法中，需在固体表面沉积制备，存在薄膜分离难，工艺复杂，涂层应力大等问题，本专利技术提供了一种铜薄膜的制备方法，包括：以液态金属为沉积模板，NaOH溶液为沉积液相介质，向NaOH溶液中加入含铜化合物，制备铜薄膜。优选地，本铜薄膜的制备方法具体包括：S1、将液态金属沉淀于NaOH溶液中；S2、在NaOH溶液中加入D90粒径为50nm-1μm的含铜化合物；S3、加热NaOH溶液，经过沉积时间，得到生长在液态金属表面的铜薄膜；S4、将铜薄膜和液态金属分离，得到铜薄膜。优选地，步骤S4中，铜薄膜为纳米铜。优选地，步骤S1中，液态金属为合金，合金的组份包括60-90wt％Ga，10-30wt％In，0-30wt％Sn，0-2wt％Zn。优选地，步骤S1中，NaOH溶液浓度为0.1-2mol/L，液态金属和NaOH溶液的体积比为0.1～10:10。优选地，步骤S2中，含铜化合物和NaOH溶液的质量比为0.01～1:100；含铜化合物的组份包括CuO。优选地，步骤S3中，NaOH溶液被加热至25-95℃；沉积时间为1-48h。优选地，NaOH溶液、液态金属和含铜化合物均放置于石英玻璃培养皿中。优选地，基于本铜薄膜的制备方法生产的芯片，适用于包括金属布线、微流器件、生物芯片或半导体芯片的MEMS(超大规模集成电路及微电子机械系统)应用。本专利技术提供了一种铜薄膜的制备方法，以位于NaOH溶液中的液态金属作为生长模板，在NaOH溶液中再加入CuO的含铜化合物，经过加热得到生长在液态金属表面的铜薄膜，再将含铜化合物和液态金属分离，得到铜薄膜。本专利技术所制备的铜薄膜物理特性均匀、致密，厚度均匀可控，操作简单、高效便捷，可实现从纳米尺度到微米尺度厚度连续可控的柔性铜薄膜，具有较高的电导率，有较强的生产适用性，能在超大规模集成电路及微电子机械系统(MEMS)中金属布线、微流器件、生物芯片或半导体芯片表面技术等领域应用。附图说明图1为根据本专利技术一个优选实施例的铜薄膜制备方法的示意图；图2为根据本专利技术一个优选实施例的铜薄膜制备方法的流程图；图3为根据本专利技术实施例1制备的铜薄膜的XRD图；图4为根据本专利技术实施例2制备的铜薄膜的SEM断面图；图5为根据本专利技术实施例3制备的铜薄膜的SEM断面图；图6为根据本专利技术实施例3制备的铜薄膜的SEM表面图；其中：1.铜薄膜2.液态金属3.含铜化合物4.NaOH溶液。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。图1为根据本专利技术一个优选实施例的铜薄膜制备方法的示意图，如图1所示，本专利技术提供了一种铜薄膜的制备方法，包括：以液态金属为沉积模板，NaOH溶液为沉积液相介质，向NaOH溶液中加入含铜化合物，制备铜薄膜。具体地，本实施例以NaOH溶液为沉积液相介质，在NaOH溶液中沉浸液态金属作为沉积模板，向NaOH溶液中加入含铜化合物，使含铜化合物在NaOH溶液中发生还原反应，从而在液态金属表面生成制备的铜薄膜。图2为根据本专利技术一个优选实施例的铜薄膜制备方法的流程图，如图2所示，本专利技术提供了一种铜薄膜的制备方法，包括：S1、将液态金属2沉淀于NaOH溶液4中；S2、在NaOH溶液4中加入D90粒径为50nm-1μm的含铜化合物3；S3、加热NaOH溶液4，经过沉积时间，得到生长在液态金属2表面的铜薄膜1；S4、将铜薄膜1和液态金属2分离，得到铜薄膜1。具体地，液态金属2和NaOH溶液4不相溶，将液态金属2沉淀于NaOH溶液4中，NaOH溶液4作为沉积液相介质，液态金属2作为模板；再将NaOH溶液4中加入D90粒径为50nm-1μm的含铜化合物3；然后将其中沉浸有液态金属2，溶液中混入D90粒径为50nm-1μm的含铜化合物3的NaOH溶液4加热，使得含铜化合物3沉积在液态金属2表面，最后将含铜化合物3抽出，将含铜化合物3和液态金属2分离，得到所需的铜薄膜1。进一步地，为了形成更为细致的铜薄膜1，加入NaOH溶液4的含铜化合物3粒径优选为50-200nm。本实施例以沉浸于NaOH溶液4中的液态金属2作为模板，在NaOH溶液4中再加入组份包含CuO的含铜化合物3，经过加热得到生长在液态金属2表面的铜薄膜1，再将含铜化合物3和液态金属2分离，得到铜薄膜1。基于上述实施例，步骤S1中，液态金属2为合金，合金的组份包括60-90wt％Ga，10-30wt％In，0-30wt％Sn，0-2wt％Zn。进一步地，为了形成更为细致的铜薄膜1，液态金属2的组份优选为65-75wt％Ga，15-25wt％In，10-15wt％Sn，0.5-1wt％Zn。进一步地，步骤S1中，NaOH溶液4浓度为0.1-2mol/L，液态金属2和NaOH溶液4的体积比为0.1～10:10。进一步地，步骤S2中，含铜化合物3和NaOH溶液4的质量比为0.01～1:100；含铜化合物3的组份包括CuO。基于上述实施例，步骤S3中，NaOH溶液4被加热至25-95℃；沉积时间为1-48h。具体地，为了使得含铜化合物3沉积在液态金属2表面，将其中沉浸有液态金属2，溶液中混入D90粒径为50nm-1μm的含铜化合物3的NaOH溶液4加热至25-95℃，经过1-48h的沉积时间，得到生长在液态金属2表面的铜薄膜1。基于上述实施例，步骤S4中，铜薄膜1为纳米铜。具体地，将液态金属2和铜薄膜1分离，得到为纳米铜的铜薄膜1。基于上述实施例，NaOH溶液4、液态金属2和含铜化合物3均放置于石英玻璃培养皿中。具体地，NaOH溶液4具有较强的碱性，本铜薄膜1制备方法的实验环境使用石英玻璃培养皿，使得NaOH溶液4、液态金属2和含铜化合物3均放置与石英玻璃培养皿中进行制备过程。基于上述实施例，下面给出本铜薄膜的制备方法的三个具体的完整实施例，详细叙述如下：实施例1S1、将5份的组份为75.5wt％Ga，24.5wt％In的液态金属，加入10份浓度为1mol/L的NaOH溶液本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铜薄膜的制备方法，其特征在于，包括：以液态金属为沉积模板，NaOH溶液为沉积液相介质，向所述NaOH溶液中加入含铜化合物，制备所述铜薄膜。

【技术特征摘要】
1.一种铜薄膜的制备方法，其特征在于，包括：以液态金属为沉积模板，NaOH溶液为沉积液相介质，向所述NaOH溶液中加入含铜化合物，制备所述铜薄膜。2.根据权利要求1所述的一种铜薄膜的制备方法，其特征在于，包括：S1、将所述液态金属沉浸于所述NaOH溶液中；S2、在所述NaOH溶液中加入D90粒径为50nm-1μm的所述含铜化合物；S3、加热所述NaOH溶液，经过沉积时间，得到生长在所述液态金属表面的铜薄膜；S4、将所述铜薄膜和所述液态金属分离，得到所述铜薄膜。3.根据权利要求2所述的一种铜薄膜的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述液态金属为合金，所述合金的组份包括60-90wt％Ga，10-30wt％In，0-30wt％Sn，0-2wt％Zn。4.根据权利要求2所述的一种铜薄膜的制备方法，其特征在于，步骤S...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔云涛，汤剑波，王玉书，赵曦，刘静，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11