Cu表面无应力平坦化加工技术基础研究

发布时间：2020-08-01 12:07

【摘要】：因为铜具有电阻率低、抗电迁移性强的优点,作为IC互连接材料已经得到了越来越广泛的应用。随着电子技术的日益进步,随之而来的是传统的化学机械抛光工艺可能会对铜表面造成的一些残余应力和微裂纹等缺陷可能影响到电子器件的使用性能的问题,从而提出了一种铜的无应力平坦化加工技术—电化学抛光技术(Electrochemical Polishing,ECP)。利用这一技术对铜表面进行平坦化加工。建立铜电化学抛光的实验系统,着重研究了电解液配方以及实验工艺参量对加工结果的影响。首先设计并搭建了铜电化学抛光实验装置,该装置包括主轴伺服进给系统、电解液循环过滤系统和电解液温控系统,可以实现工具主轴的转动和纵向进给、电解液的更新、温度控制以及多种液流方式,为电化学抛光实验提供良好的保障。其次对铜电化学抛光的电解液配比进行深入研究。先对电解液基液进行了选取,经过实验分析,在磷酸和羟基乙叉二膦酸(HEDP)中确定了55%的磷酸溶液作为电解液基液;接着对电解液的添加剂进行研究,利用对比实验分析的方法对乙二醇、三聚磷酸钠、苯并三氮唑、甲基苯并三氮唑、抗坏血酸、柠檬酸钠、草酸、葡萄糖酸钠和乙烯硫脲进行筛选,最终选取了抗坏血酸和乙烯硫脲作为最终添加剂。最后,利用单因素实验和正交实验结合的方法确定了最优工艺参量,并对工艺参量以及添加剂在铜的电化学抛光过程中的影响规律进行了理论分析和研究。在以材料去除率尽量低的前提下,获取低表面粗糙度为约束条件,获取铜电化学抛光的最优工艺参量为电压10V,占空比23%,频率23kHz,温度45℃,加工时间14min;溶液配比为:55%磷酸,0.3%抗坏血酸,0.2%乙烯硫脲。在此工艺参数下得到试件最低表面粗糙度为17nm,材料去除率可以达到500nm/min以下。
【学位授予单位】：沈阳航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN405
【图文】：

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图 2.1 电化学抛光示意图学理论中，电解池是由两个金属导体分别插入电解质溶液构成过程如图 2.2 所示。电解液以 NaCl 溶液为例，用两个分别连电解池的阴阳两极，接通电源并且逐渐增大电压，则有电流通的增大逐渐增大。电解质溶液的导电机理是：在外电场作用下定向移动,电解液中阴阳离子的迁移（阴离子向阳极移动，阳离属/溶液”界面上进行有电子参与的电化学反应，形成了一条隐形电回路。在阳极与 NaCl 溶液界面，但由于 Cu 的标准电极电位，根据标准电极电势“电极电位越高越容易得到电子，电极电的反应规律，所以阳极的铜发生氧化反应被氧化成 Cu2+， Cl-在阴极与 NaCl 溶液界面，溶液中的 H+由于外电场的作用迁出。间隙模型图 2.3 所示，由于阳极表面的凹凸不平导致的距离差、盐膜的浓度差、电解液的厚度差，进而造成了阴极与高点和电流线分布的不均匀性，即高低点电流密度的大小差异，如图

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电化学抛光过程原理图

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电极间隙模型

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