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不同络合剂与pH值对钴CMP去除速率的影响

发布时间:2021-10-04 22:49
  研究不同络合剂(如甘氨酸(Gly)、柠檬酸(CA)、酒石酸(TA))在不同pH值的抛光液中对钴(Co)化学机械抛光(CMP)去除速率的影响。研究结果表明,采用不同络合剂时,随着pH值的升高,Co的去除速率均逐渐降低。当采用甘氨酸作为络合剂时,Co的去除速率优于柠檬酸和酒石酸,当pH值为8时,Co的去除速率可达628 nm/min,粗糙度为1.08 nm,随着pH值由8升高到10,Co的去除速率降低到169.9 nm/min。电化学实验表明,采用不同络合剂时,随着pH值升高,开路电位逐渐变大,电荷传递电阻逐渐增大,这是由于Co表面的氧化物如四氧化三钴、氢氧化高钴增多,钝化膜逐渐加厚且更为致密,络合剂的络合作用减弱。同时,在pH值为8时,采用甘氨酸作为络合剂时,Co的开路电位为负值(-0.428 V),电荷传递电阻为0.943 9Ω,表明Co表面氧化膜薄且致密性差,更容易被腐蚀去除。 

【文章来源】:半导体技术. 2020,45(07)北大核心

【文章页数】:7 页

【部分图文】:

不同络合剂与pH值对钴CMP去除速率的影响


络合剂的结构式

络合剂


不同络合剂在不同pH值的抛光液中对Co去除速率的影响如图2所示。抛光液的组成为质量分数(wSiO2)为2%的SiO2磨料、质量分数(wH2O2)为0.15%的H2O2和质量分数(wGly、wCA和wTA)为2%的络合剂(Gly、CA和TA)。从图2中可以看出,采用不同络合剂,Co的去除速率均随着pH值的升高逐渐降低;当采用质量分数为2%的甘氨酸为络合剂时,Co的去除速率均高于采用柠檬酸、酒石酸为络合剂的情况,且随着pH值升高,Co 的去除速率由628 nm/min降低到169.9 nm/min。图3为Co在标准热力学条件下Pourbaix图(25 ℃和105 Pa),即电极电位(VEh)-氢离子浓度图,虚线a以下表明水被还原成H2,虚线b以上表明水被氧化成O2,两者之间为水的稳定域,其他虚线为溶解Co物质的优势域,黑色实线为Co物质稳定域[11]。故而,Co在碱性条件下,氧化物主要以Co(OH)2、CoOOH、Co3O4形式存在,其反应方程式[9]为

体系,络合剂,水溶液,形式


当溶液中OH-增多时,会促进式(4)和式(5)的进行,生成更多的氧化物覆盖在Co表面,阻碍Co的去除。同时,由络合剂的不同离子形式在水溶液中的质量分数(w)随pH值的变化,可以看出络合剂在不同pH值的水溶液中存在形式不同,如图4所示。甘氨酸水溶液的pH值为8时,主要以H3N+CH2COO-形式存在,PKa1和PKa2均为电离方程式中络合剂的酸度系数,其电离方程为

【参考文献】:
期刊论文
[1]钴插塞化学机械平坦化的抛光液组分优化[J]. 田骐源,王胜利,肖悦,王辰伟,刘凤霞,梁婷伟.  表面技术. 2018(09)

博士论文
[1]新型铜互连阻挡层Co/TaN的化学机械抛光研究[D]. 鲁海生.复旦大学 2013

硕士论文
[1]铝合金微弧氧化成膜及膜层生长过程的电化学阻抗谱研究[D]. 陈丹.西安理工大学 2019



本文编号:3418487

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