Electrical and thermal conductivities of nano- and microcrystalline copper and composite thin-layer electrod

• Autorzy: Trzaska M.

Warianty tytułu

PL

Elektryczne i termiczne konduktywności cienkich warstw z miedzi i kompozytów o strukturze nano- i mikrokrystalicznej wytwarzanych elektrochemicznie

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In this paper, the electrodeposition by direct and pulse periodic currents of nano- and micro-crystalline copper films and composite thinlayers is effectively examined. In the first step, electrical and physico-chemical characterizations of the copper films are realized, and the optimized electrodeposition parameters are so considered. The attention is focused on such material characteristics as microstructure, thermal and electrical conductivities and on process realization parameters leading to major differences in final products. The obtained results show that the addition of a spike, and a decrease in forward current can improve the throwing power in plating quality. The study also found that the combination of multiple spikes, a low forward current and a high reverse current can significantly improve copper distribution in microvias plating. Decrease in the grains dimension of the polycrystalline copper and composite layers results in an increase of both the thermal conductivity and the electrical resistivity with the temperature. The purpose is to relate thermal and electrical performances to material properties such as grain-size distribution and the films thicknesses.

PL

W artykule przedstawiono wyniki intensywnych badań cienkich warstw z miedzi i kompozytów o strukturach nano- i mikrokrystalicznych, które zostały wytworzone metodą elektrochemiczną. W pierwszym etapie określone zostały elektryczne i fizyko-chemiczne charakterystyki cienkich warstw z miedzi i ustalono optymalne parametry ich wytarzania. Zasadnicza uwaga została odniesiona do takich wielkości jak wymiary mikrokrystalitów, termicznych i elektrycznych konduktywności i do parametrów realizacji procesu, które prowadzą do znacznych różnic tych wielkości w wyrobie końcowym. Uzyskane wyniki ukazują, że na jakość wytwarzanych cienkich warstw mają wpływ odpowiednie pulsy prądu zasilającego reaktor oraz mała stosunkowo gęstość prądu dodatniego a duża gęstość krótkotrwałych pulsów prądu ujemnego. Badania wykazały, że odpowiednia kombinacja dodatnich i ujemnych pulsów znacznie poprawia jednorodność rozkładu materiału w mikrownękach i mikrootworach. Zmniejszenie wymiarów ziarn polikrystalicznej miedzi i kompozytów skutkuje zwiększeniem się ich zarówno termicznej konduktywności, jak i elektrycznej rezystywności wraz ze wzrostem temperatury. Stąd też znaczenia nabiera ustalenie dokładnych relacji miedzy termicznymi elektrycznymi charakterystykami a takimi właściwościami cienkich warstw jak ich grubość i rozkład wymiarowy krystalitów oraz dynamika ich wzrostu.

Słowa kluczowe

EN

electrodeposits; thin layers; microstructures thermal; electrical conductivities

PL

procesy elektrochemiczne; cienkie warstwy; mikrostruktura termiczna; elektryczna konduktywności; nanokompozyty

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania
• Rocznik: 2009
• Tom: Vol. 50, nr 3
• Strony: 109--115
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Trzaska M.

• Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Materiałowej

Bibliografia

• [1] Bard A. J., Faulkner L. R.: Electrochemical Methods: Fundamentals and Applications. New York, Wiley Interscience Publications 2000.
• [2] Yeager E., Bockris J. O'M., Conway B. E., Sarangapani S.: Comprehensive Treatise of Electrochemistry, Volume 9 Electrodics: Experimental Techniques. Chapter 4, in "AC Techniques", M. Sluyters-Rehbach, J. H. Sluyters, Eds., New York, Plenum Press, 1984.
• [3] Trzaska M.: Chemically and electrochemically deposited thinlayer materials. Annales de Chimie Science des Materiaux, vol. 32, no. 4, pp. 354-344, July - August 2007.
• [4] The International Technology Roadmapfor Semiconductors (ITRS), 2004 Update. www.itrs.net/common/2004update/2004update.htm
• [5] Dressel M., Gruner G.: Electrodynamics of Solids. Berlin: Springer-Verlag, 2004.
• [6] Trzaska M.: Structure and hardness of Ni, Cu and Co surface layers produced by electrochemical method. Material Engineering (in Polish), vol. 147, no. 5, pp, 698-700, May 2005.
• [7] Trzaska M., Lisowski W.: Corrosion characteristics of Cu/W composite layers, Corrosion Protection, vol. 48, pp. 112-117, 2005.
• [8] Ouemper J. M., Dufour-Gergam E., Frantz-Rodriguez N., Gilles J. P., Grandchamp J. P., Bosseboeuf A.: Effects of direct and pulse current on copper electrodeposition through photoresist molds. J. Micromech. Microeng, vol. 10, pp. 116-119, 2000.
• [9] Trzaska M.: Electromagnetic properties of nanocrystalline copper conductors. Proc. XIII Intern. Symp. Theor. Electrical Engr., Lviv (Ukraine), pp. 101-102, July 4-7, 2007.
• [10] Cha C. S.: Introduction to Kinetics of Electrode Processes. 3 rd ed., Bejing: Science Press, 2002.
• [11] Klamka J.: Heterozłączowe przyrządy półprzewodnikowe na zakres mikrofal i fal milimetrowych. (In Polish), Warszawa, ALTAIR, 2002.
• [12] Nelissen G., Weyns G., Maciel P., Deconinck J., Vande VyverO., Deconinck H.: Numerical study of the influence of the anode position and the electrolyte flow on the deposition of copper on a wire. Electroch. Acta , vol. 52, pp. 6584-6591, 2007.
• [13] Trzaska M., Trzaska Z.: Straightforward energetic approach to studies of the corrosion behavior of nano - copper thin - layers coatings. Journal of Applied Electrochemistry, vol. 37, pp.1009-1014, September 2007.
• [14] Trzaska M., Trzaska Z.: Control of Copper Thin - layer Coatings with Electrochemical Impedance Spectroscopy. Proc. ACC'07, New York, pp. 2837-2843, 2007.
• [15] Yang M., Mao D., Yu C., Dukovic J., Xi M.: Sub 100 nm Inter connects Using Multi Step Plating. Solid State Tech., October 2003.
• [16] Bratin P., Chalyt G., Pavlov M., Sandor R.: Automated On-line Control of Plating Bath Additives Increases Wafer Yield. Semiconductor Fabtech, Summer 2001, 14th ed.
• [17] Hallez L., De Petris-Wery M., Assoul M., Feki M., Ayedi H. F.: Multicriteria optimization of mechanical and morphological properties of chromium electrodeposits under reverse pulse plating. J. Applied Electrochem , vol. 37, pp. 843-852, 2007.