学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

添加剂MPS、PEG、Cl~-对铜电沉积的影响研究

作　者: 钟琴
导　师: 辜敏
学　校: 重庆大学
专　业: 环境科学
关键词: 铜添加剂电沉积电结晶
分类号: TG174.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 101次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

铝是传统的集成电路的互连介质,由于铜比铝具有更低的电阻率和较高的抗电迁移性,是较铝更理想的材料。要实现铜在芯片上微米或亚微米级刻槽中的超等角电沉积填充,必须借助添加剂。铜超等角电沉积填充镀液中通常采用的添加剂有3-巯基-1-丙烷磺酸钠(MPS)或者聚二硫二丙烷磺酸钠(SPS)、聚乙二醇(PEG)和氯离子(Cl~-)。论文采用循环伏安(CV)、线性电位扫描(LSV)、计时安培(CA)和交流阻抗(AC impedance)电化学方法结合扫描电镜(SEM)方法研究了在CuSO4-H2SO4体系中,添加剂MPS、PEG、Cl~-及其协同作用对铜在玻碳电极(GCE)上的电沉积过程的影响。CV、LSV和电化学阻抗谱(EIS)实验结果一致表明:MPS单独作用时,阻化铜的电沉积,并且随着MPS浓度的增加,其阻化作用增强;在电解液中存在添加剂MPS和Cl~-(MPS-Cl~-)时,CV曲线上铜的沉积峰电位正移程度比只含有Cl~-更大,LSV曲线正移程度也更大,反应电阻比只含有Cl~-更小,这些表明MPS-Cl~-对铜的电沉积过程有强烈的促进作用,并且比只含有相同浓度Cl~-的促进作用更强,并且随着MPS浓度的增加,促进的作用增强;MPS和PEG(MPS-PEG)的协同作用对铜的电沉积具有抑制作用,并且比MPS或者PEG单独作用下的阻化作用更强,当保持溶液中的PEG浓度不变时,随着MPS浓度的增加,对铜电沉积的阻化作用也增大;添加剂MPS、PEG和Cl~-同时存在(MPS-PEG-Cl~-)对铜的电沉积具有促进作用,并且随着MPS浓度的增加,促进的作用增强。CA和SEM研究结果表明:MPS可以提高铜的成核数密度,对铜的电结晶表现为促进作用,并且成核数目随着MPS浓度的增大而增加,铜离子的扩散系数没有明显变化;MPS-Cl~-可以提高铜的成核数密度和铜离子的扩散系数,并且成核数密度随着MPS浓度的增大而增加;MPS-PEG作用下会减小铜的成核数密度,成核数密度随着MPS浓度的增大有减小的趋势,对铜离子的扩散系数没有明显影响;MPS-PEG-Cl~-会提高铜的成核数密度,并且成核数密度随着MPS浓度的增大而增加。用CA实验对铜成核机理的研究表明:在CuSO4-H2SO4电解液中,没有添加剂时,铜在玻碳电极上的电结晶符合三维瞬时成核机理;添加剂MPS或MPS-PEG不改变Cu的电结晶成核机理,仍然按瞬时成核和三维生长方式进行;MPS-Cl~-或MPS-PEG-Cl~-作用下,在电结晶刚开始时成核机理符合三维瞬时成核,但是过一段时间后,成核机理逐渐转变为连续成核,与Cl~-的成核机理基本一致。SEM的表征结果可以证明MPS或者MPS-Cl~-作用下,铜的电结晶仍符合三维瞬时成核机理。EIS的实验结果表明随着极化电位的增加,会减小MPS或者MPS-PEG对铜电沉积的阻化作用,增大MPS-Clˉ或MPS-PEG-Clˉ对铜电沉积的促进作用。不同添加剂作用下的EIS都显示在增加极化电位的情况下,高频端的容抗弧直径减小,反应电阻减小。

全文目录

中文摘要  3-5
英文摘要  5-9
1 绪论  9-18
  1.1 引言  9
  1.2 铜电沉积原理  9-11
    1.2.1 金属电沉积的基本历程  10
    1.2.2 铜电沉积的电极反应  10-11
  1.3 铜电结晶机理的研究现状  11-14
    1.3.1 电结晶理论的形成和发展  11-12
    1.3.2 电结晶的数学模型  12-14
  1.4 添加剂对铜电沉积的影响研究现状  14-17
    1.4.1 国内的相关研究  14-16
    1.4.2 国外的主要研究  16-17
  1.5 论文的研究目的和内容  17-18
    1.5.1 论文的研究目的  17
    1.5.2 论文的研究内容  17-18
2 实验部分  18-24
  2.1 实验试剂和仪器  18-19
    2.1.1 实验所用试剂  18
    2.1.2 实验仪器  18-19
    2.1.3 电极  19
  2.2 实验条件  19-20
    2.2.1 电极的处理  19
    2.2.2 溶液的配制  19-20
  2.3 实验方法  20-24
    2.3.1 电化学检测方法  20-23
    2.3.2 扫描电镜实验  23-24
3 结果与讨论  24-58
  3.1 MPS 对铜电沉积的影响  24-32
    3.1.1 循环伏安实验  24-25
    3.1.2 线性电位扫描实验  25
    3.1.3 交流阻抗测试  25-29
    3.1.4 计时安培实验  29-31
    3.1.5 Cu 在玻碳电极上电结晶的扫描电镜表征  31-32
  3.2 MPS-Clˉ对铜电沉积的影响  32-40
    3.2.1 循环伏安实验  32-33
    3.2.2 线性电位扫描实验  33-34
    3.2.3 交流阻抗测试  34-37
    3.2.4 计时安培实验  37-39
    3.2.5 扫描电镜表征  39-40
  3.3 MPS-PEG 对铜电沉积的影响  40-48
    3.3.1 循环伏安实验  40-41
    3.3.2 线性电位扫描实验  41-42
    3.3.3 交流阻抗测试  42-45
    3.3.4 计时安培实验  45-47
    3.3.5 扫描电镜表征  47-48
  3.4 MPS-PEG-Clˉ对铜电沉积的影响  48-55
    3.4.1 循环伏安实验  48-49
    3.4.2 线性电位扫描实验  49-50
    3.4.3 交流阻抗实验  50-52
    3.4.4 计时安培实验  52-55
    3.4.5 扫描电镜表征  55
  3.5 不同添加剂对铜电沉积的影响  55-58
    3.5.1 线性电位扫描实验  55-56
    3.5.2 交流阻抗实验  56-58
4 结论  58-60
致谢  60-61
参考文献  61-65
附录  65

添加剂MPS、PEG、Cl~-对铜电沉积的影响研究

内容摘要

全文目录

相似论文