添加劑MPS、PEG、Clˉ對銅電沉積的影響研究.pdf

1、鋁是傳統(tǒng)的集成電路的互連介質(zhì)，由于銅比鋁具有更低的電阻率和較高的抗電遷移性，是較鋁更理想的材料。要實(shí)現(xiàn)銅在芯片上微米或亞微米級刻槽中的超等角電沉積填充，必須借助添加劑。銅超等角電沉積填充鍍液中通常采用的添加劑有3-巰基-1-丙烷磺酸鈉（MPS）或者聚二硫二丙烷磺酸鈉（SPS）、聚乙二醇（PEG）和氯離子（Clˉ）。論文采用循環(huán)伏安（CV）、線性電位掃描（LSV）、計(jì)時(shí)安培（CA）和交流阻抗（AC impedance）電化學(xué)方法結(jié)合掃描電

2、鏡（SEM）方法研究了在CuSO4-H2SO4體系中，添加劑MPS、PEG、Clˉ及其協(xié)同作用對銅在玻碳電極（GCE）上的電沉積過程的影響。
　　 CV、LSV和電化學(xué)阻抗譜（EIS）實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致表明：MPS單獨(dú)作用時(shí)，阻化銅的電沉積，并且隨著MPS濃度的增加，其阻化作用增強(qiáng)；在電解液中存在添加劑MPS和Clˉ（MPS-Clˉ）時(shí)，CV曲線上銅的沉積峰電位正移程度比只含有Clˉ更大，LSV曲線正移程度也更大，反應(yīng)電阻比只含有Cl

3、ˉ更小，這些表明MPS-Clˉ對銅的電沉積過程有強(qiáng)烈的促進(jìn)作用，并且比只含有相同濃度Clˉ的促進(jìn)作用更強(qiáng)，并且隨著MPS濃度的增加，促進(jìn)的作用增強(qiáng)；MPS和PEG（MPS-PEG）的協(xié)同作用對銅的電沉積具有抑制作用，并且比MPS或者PEG單獨(dú)作用下的阻化作用更強(qiáng)，當(dāng)保持溶液中的PEG濃度不變時(shí)，隨著MPS濃度的增加，對銅電沉積的阻化作用也增大；添加劑MPS、PEG和Clˉ同時(shí)存在（MPS-PEG-Clˉ）對銅的電沉積具有促進(jìn)作用，并且隨

4、著MPS濃度的增加，促進(jìn)的作用增強(qiáng)。
　　 CA和SEM研究結(jié)果表明：MPS可以提高銅的成核數(shù)密度，對銅的電結(jié)晶表現(xiàn)為促進(jìn)作用，并且成核數(shù)目隨著MPS濃度的增大而增加，銅離子的擴(kuò)散系數(shù)沒有明顯變化；MPS-Clˉ可以提高銅的成核數(shù)密度和銅離子的擴(kuò)散系數(shù)，并且成核數(shù)密度隨著MPS濃度的增大而增加；MPS-PEG作用下會減小銅的成核數(shù)密度，成核數(shù)密度隨著MPS濃度的增大有減小的趨勢，對銅離子的擴(kuò)散系數(shù)沒有明顯影響；MPS-PEG-C

5、lˉ會提高銅的成核數(shù)密度，并且成核數(shù)密度隨著MPS濃度的增大而增加。
　　 用CA實(shí)驗(yàn)對銅成核機(jī)理的研究表明：在CuSO4-H2SO4電解液中，沒有添加劑時(shí)，銅在玻碳電極上的電結(jié)晶符合三維瞬時(shí)成核機(jī)理；添加劑MPS或MPS-PEG不改變Cu的電結(jié)晶成核機(jī)理，仍然按瞬時(shí)成核和三維生長方式進(jìn)行；MPS-Clˉ或MPS-PEG-Clˉ作用下，在電結(jié)晶剛開始時(shí)成核機(jī)理符合三維瞬時(shí)成核，但是過一段時(shí)間后，成核機(jī)理逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)檫B續(xù)成核，與Cl