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《中南大学》 2003年
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微细凹槽镀铜研究

韦顺文  
【摘要】:微细凹槽内无空洞和缝隙缺陷镀铜是集成电路芯片铜布线制造工艺技术发展中需解决的一个关键问题。本文分析了微细凹槽镀铜产生空洞和缝隙的原因,分别对微细凹槽进行化学镀和电镀实验研究,并对镀层进行显微分析和X衍射分析,分析结果及实验内容和结论如下: 微细凹槽镀铜填充效果与凹槽镀层均匀度有关。均匀的凹槽镀层有利于提高凹槽镀层填充效果。化学镀中,首先进行平面化学镀铜,考察镀件镀前处理过程以及化学镀各条件因素对镀铜效果的影响。获得了平面化学镀镀铜适宜的工艺条件:CuSO_4;10g/L,EDTA·2Na:40g/L,甲醛:10ml/L,αα’-联吡啶:0.1g/L,亚铁氰化钾:10mg/L,V_2O_5:2mg/L,pH:12~12.5,T:40~50℃。 凹槽镀层的覆盖性与镀件的镀前处理有关,通过增加镀前处理工序,排除凹槽内滞留溶液对镀层填充的影响,实现了凹槽内均匀镀覆铜膜。施镀过程中,对镀液进行搅拌,能有效排除氢气对凹槽镀层的影响,可提高凹槽镀层均匀度。 凹槽填充化学镀过程中,通过机械和化学处理方法,实现了凹槽选择性沉积铜,即铜膜在凹槽内优先生长,明显提高了镀层填充效果。机械处理方法是手工涂抹凹槽表面上活化液,化学处理方法则是在镀液中加入0.3mg/L硫脲使凹槽表面活化中心被毒化。实验结果表明,凹槽选择性沉积铜,可实现微细凹槽无缺陷填充。 在电镀的条件下,凹槽电镀铜产生空洞和缝隙原因是凹槽内外电流密度分布不均匀,使凹槽内外镀层生长速度不一致,最终导致空洞和缝隙形成。提高电化学极化,消除浓差极化,可提高镀层填充效果。本文通过对铜离子络合剂和镀液表面活性剂进行电化学测试分析以及大量实验分析,获得了适宜凹槽电镀铜的体系及条件:80g/L焦磷酸铜、400g/L焦磷酸钾、20g/L柠檬酸铵、0.01g/L2-巯基苯骈噻唑、pH:8.5、电流密度:20mA/cm~2。此体系同硫酸盐镀铜体系相比,能有效提高电极过程的电化学极化,使凹槽内外电流密度分布均匀,凹槽镀层填充效果有明显提高。 从本文实验研究结果知,电镀镀层的外观质量以及镀层的结构性能都比化学镀的镀层好。采用脉冲电镀进行凹槽电镀,在脉冲周期和占空比不变的条件下,电流密度增大,镀层质量提高,即镀层抗电迁移性增强,但凹槽镀层填充效果下降。在脉冲周期不变的条件下,减小占空比和电流密度,可明显提高凹槽镀层填充效果。
【学位授予单位】:中南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:TG174

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