Cu表面無應(yīng)力平坦化加工技術(shù)基礎(chǔ)研究

發(fā)布時(shí)間：2020-08-01 12:07

【摘要】：因?yàn)殂~具有電阻率低、抗電遷移性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn),作為IC互連接材料已經(jīng)得到了越來越廣泛的應(yīng)用。隨著電子技術(shù)的日益進(jìn)步,隨之而來的是傳統(tǒng)的化學(xué)機(jī)械拋光工藝可能會(huì)對(duì)銅表面造成的一些殘余應(yīng)力和微裂紋等缺陷可能影響到電子器件的使用性能的問題,從而提出了一種銅的無應(yīng)力平坦化加工技術(shù)—電化學(xué)拋光技術(shù)(Electrochemical Polishing,ECP)。利用這一技術(shù)對(duì)銅表面進(jìn)行平坦化加工。建立銅電化學(xué)拋光的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),著重研究了電解液配方以及實(shí)驗(yàn)工藝參量對(duì)加工結(jié)果的影響。首先設(shè)計(jì)并搭建了銅電化學(xué)拋光實(shí)驗(yàn)裝置,該裝置包括主軸伺服進(jìn)給系統(tǒng)、電解液循環(huán)過濾系統(tǒng)和電解液溫控系統(tǒng),可以實(shí)現(xiàn)工具主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)和縱向進(jìn)給、電解液的更新、溫度控制以及多種液流方式,為電化學(xué)拋光實(shí)驗(yàn)提供良好的保障。其次對(duì)銅電化學(xué)拋光的電解液配比進(jìn)行深入研究。先對(duì)電解液基液進(jìn)行了選取,經(jīng)過實(shí)驗(yàn)分析,在磷酸和羥基乙叉二膦酸(HEDP)中確定了55%的磷酸溶液作為電解液基液;接著對(duì)電解液的添加劑進(jìn)行研究,利用對(duì)比實(shí)驗(yàn)分析的方法對(duì)乙二醇、三聚磷酸鈉、苯并三氮唑、甲基苯并三氮唑、抗壞血酸、檸檬酸鈉、草酸、葡萄糖酸鈉和乙烯硫脲進(jìn)行篩選,最終選取了抗壞血酸和乙烯硫脲作為最終添加劑。最后,利用單因素實(shí)驗(yàn)和正交實(shí)驗(yàn)結(jié)合的方法確定了最優(yōu)工藝參量,并對(duì)工藝參量以及添加劑在銅的電化學(xué)拋光過程中的影響規(guī)律進(jìn)行了理論分析和研究。在以材料去除率盡量低的前提下,獲取低表面粗糙度為約束條件,獲取銅電化學(xué)拋光的最優(yōu)工藝參量為電壓10V,占空比23%,頻率23kHz,溫度45℃,加工時(shí)間14min;溶液配比為:55%磷酸,0.3%抗壞血酸,0.2%乙烯硫脲。在此工藝參數(shù)下得到試件最低表面粗糙度為17nm,材料去除率可以達(dá)到500nm/min以下。
【學(xué)位授予單位】：沈陽航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN405
【圖文】：

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圖 2.1 電化學(xué)拋光示意圖學(xué)理論中，電解池是由兩個(gè)金屬導(dǎo)體分別插入電解質(zhì)溶液構(gòu)成過程如圖 2.2 所示。電解液以 NaCl 溶液為例，用兩個(gè)分別連電解池的陰陽兩極，接通電源并且逐漸增大電壓，則有電流通的增大逐漸增大。電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電機(jī)理是：在外電場作用下定向移動(dòng),電解液中陰陽離子的遷移（陰離子向陽極移動(dòng)，陽離屬/溶液”界面上進(jìn)行有電子參與的電化學(xué)反應(yīng)，形成了一條隱形電回路。在陽極與 NaCl 溶液界面，但由于 Cu 的標(biāo)準(zhǔn)電極電位，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)電極電勢“電極電位越高越容易得到電子，電極電的反應(yīng)規(guī)律，所以陽極的銅發(fā)生氧化反應(yīng)被氧化成 Cu2+， Cl-在陰極與 NaCl 溶液界面，溶液中的 H+由于外電場的作用遷出。間隙模型圖 2.3 所示，由于陽極表面的凹凸不平導(dǎo)致的距離差、鹽膜的濃度差、電解液的厚度差，進(jìn)而造成了陰極與高點(diǎn)和電流線分布的不均勻性，即高低點(diǎn)電流密度的大小差異，如圖

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