Cu表面无应力平坦化加工技术基础研究

• 作 者: 刘家宁
• 出 处: 沈阳航空航天大学
• 发表日期: 2018年01期
• 关键词: 电化学抛光 铜 实验装置 电解液 添加剂

因为铜具有电阻率低、抗电迁移性强的优点,作为IC互连接材料已经得到了越来越广泛的应用。随着电子技术的日益进步,随之而来的是传统的化学机械抛光工艺可能会对铜表面造成的一些残余应力和微裂纹等缺陷可能影响到电子器件的使用性能的问题,从而提出了一种铜的无应力平坦化加工技术—电化学抛光技术(Electrochemical Polishing,ECP)。利用这一技术对铜表面进行平坦化加工。建立铜电化学抛光的实验系统,着重研究了电解液配方以及实验工艺参量对加工结果的影响。首先设计并搭建了铜电化学抛光实验装置,该装置包括主轴伺服进给系统、电解液循环过滤系统和电解液温控系统,可以实现工具主轴的转动和纵向进给、电解液的更新、温度控制以及多种液流方式,为电化学抛光实验提供良好的保障。其次对铜电化学抛光的电解液配比进行深入研究。先对电解液基液进行了选取,经过实验分析,在磷酸和羟基乙叉二膦酸(HEDP)中确定了55%的磷酸溶液作为电解液基液;接着对电解液的添加剂进行研究,利用对比实验分析的方法对乙二醇、三聚磷酸钠、苯并三氮唑、甲基苯并三氮唑、抗坏血酸、柠檬酸钠、草酸、葡萄糖酸钠和乙烯硫脲进行筛选,最终选取了抗坏血酸和乙烯硫脲作为最终添加剂。最后,利用单因素实验和正交实验结合的方法确定了最优工艺参量,并对工艺参量以及添加剂在铜的电化学抛光过程中的影响规律进行了理论分析和研究。在以材料去除率尽量低的前提下,获取低表面粗糙度为约束条件,获取铜电化学抛光的最优工艺参量为电压10V,占空比23%,频率23kHz,温度45℃,加工时间14min;溶液配比为:55%磷酸,0.3%抗坏血酸,0.2%乙烯硫脲。在此工艺参数下得到试件最低表面粗糙度为17nm,材料去除率可以达到500nm/min以下。