添加劑PEG、Cl-、SPS作用下的銅電結(jié)晶過程研究.pdf

1、利用銅代替鋁作為集成電路的互連介質(zhì),代表了半導(dǎo)體工業(yè)的重要轉(zhuǎn)變。采用電沉積法實現(xiàn)銅在芯片上的高深寬比刻槽中的超等角填充,相比于其它方法有獨特的優(yōu)勢,其關(guān)鍵之一是選擇合適的添加劑。在此方法中使用的添加劑主要有聚乙二醇(PEG)、Cl-、聚二硫二丙烷磺酸鈉(SPS)或者巰基丙烷磺酸鈉(MPSA)。電結(jié)晶是電沉積的初期階段,它對后續(xù)的沉積填充過程具有很大的影響。論文采用線性電位掃描(LSV)、循環(huán)伏安(CV)、計時安培(CA)、Tafel曲線

2、和交流阻抗(EIS)等電化學(xué)方法研究了添加劑PEG、Cl-、SPS作用下的銅在玻碳電極上的電結(jié)晶過程。LSV和CV研究結(jié)果表明PEG和SPS單獨添加時對銅的電沉積過程具有不同程度的阻化作用,而Cl-離子具有促進作用。PEG-Cl-作用下,CV曲線中Cu沉積峰電位較不加添加劑的顯著負移,而表現(xiàn)出強烈的阻化作用,并且其負移程度比只加PEG的更大,表明Cl-加劇了PEG的阻化效果。SPS-Cl-作用下,CV曲線中Cu的沉積峰電位比不加添加劑的

3、正移,其正移程度比只加Cl-時的更大,表明SPS-Cl-對銅沉積過程的促進作用比Cl-單獨作用時更加強烈;峰電流急劇升高,并且高于單獨添加Cl-時的,表明SPS-Cl-使得銅的沉積速度大大加快,其加速作用大于單獨添加Cl-時的。PEG-SPS-Cl-作用下,CV曲線中Cu的沉積峰電位正移,表明其對銅的沉積具有促進作用,峰電流升高,表明其使沉積速度加快。Tafel曲線和EIS實驗結(jié)果也顯示,添加劑PEG、SPS、PEG-Cl-對銅電沉積具

4、有阻化作用,添加劑Cl-、SPS-Cl-、PEG-SPS-Cl-具有促進作用。CA實驗結(jié)果顯示:單獨添加PEG時,成核數(shù)密度在PEG濃度較高時有所增大,銅離子的擴散系數(shù)沒有明顯變化;SPS對成核數(shù)密度和銅離子的擴散系數(shù)影響都不明顯;PEG-Cl-使得銅離子擴散系數(shù)大幅降低,在適當(dāng)?shù)臐舛冉M合時能夠增大成核數(shù)密度;Cl-、SPS-Cl-、PEG-SPS-Cl-三種情況都使得成核數(shù)密度和銅離子的擴散系數(shù)增大。用CA實驗對成核機理的研究表明:銅