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《铜化学-机械抛光电化学机理与抛光速率的研究（可编辑）》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、铜化学-机械抛光电化学机理与抛光速率的研究中南大学博士学位论文铜化学-机械抛光电化学机理与抛光速率的研究姓名:何捍卫申请学位级别:博士专业:矿物加工工程指导教师:胡岳华;黄可龙20020501摘要本文用电化学实验方法,以溶液化学、腐蚀电化学原理、磨擦磨损原理、流体力学边界层等相关理论为指导,采用旋转圆盘电极,首次系统地对铜在化学机械抛光过程中的电化学行为、抛光速率及过程机理等进行了探讨。研究的主要内容及获得的主要结论如下:首次系统地用极化盥线和交流阻抗技术研究了铜在硝酸、氨水、甲胺介质中的自腐蚀行为以及成膜赳铁氰化钾、苯并三唑、磷酸钠存在下的自钝化条件
2、,考察了铜在弱碱性氢氧化钠.醋酸钠溶液中的腐蚀与自钝化行为及成膜助夯的影响。得到了较为适宜的自钝化成膜配方如下:形成无机钝化膜.%,%】.%?%.%%形成有机钝化膜%%.%形成氧化物钝化膜../,.,用光电子能谱仪对钝化膜中各元素进行了价态分析,并推断出各钝化膜的组成为:氨水和甲胺介质中铁氰化钾形成无机钝化膜的组成主要为;硝酸介质中磷酸钠形成无机钝化膜的组成为。:硝酸介质中苯并三唑形成有机钝化膜的组成为域及的混合物:弱碱性氢氧化钠.醋酸钠介质№中形成的自然钝化膜为。研究了在过程中,铜的腐蚀电位。和腐蚀电流密度。随抛光压力及抛光转速的变化规律。对于阳极型
3、成膜剂,施加压力抛光时腐蚀电位。。下降,撤消压力时则上升;对于阴极型成膜剂.腐蚀电位。。。的变化则相反。发现腐蚀电流密度。。。在一定范围内基本线性地随抛光压力及转速而变化。腐蚀电位。随时间变化的曲线斜率的大小可定性地说明了过程进行的程度以及成膜速率和除膜速率的相对大小、抛光压力和抛光转速的旌加范围。用循环伏安线性电位扫描法首次研究了铜在各种抛光液中自钝化成膜机理,根据峰电流及峰电位随电位扫描速率不同而变化的规律,证明了成膜过程均符合模型。发现了锕在不同抛光液体系中成膜后的腐蚀电流密度随抛光片转速丽变化的规律。摘要中南大学博上学位论文考察了铜在不同抛光液
4、中时的抛光速率及其影响因素,研究了抛光液各组成的浓度、磨粒粒径及硬度对抛光速率的影响规律。首次提出了抛光液中各成分的量均存在一特征浓度值。~此浓度下抛光速率最大的观点及抛光液的配方理论??特征浓度理论。发现了过程中抛光速率与腐蚀电流密度。。。在一定条件下存在着线性关系,得出了定量的抛光速率方程,并提出了解释铜过程机理的新模型??催化腐蚀模型。用轮廓曲线和照片对比说明了铜在相应抛光液中的抛光效果,首次提出抛光液配方的作用主要是控制自钝化成膜和抛光速率,抛光片表面的最终平整度。主要取决于磨粒和抛光垫本身的特性,。和则取决于磨粒的均一性的观点。化学抛光与机械
5、抛光的简单组合不能造成全局平面化。通过以上的研究,最终得到了较为适宜的抛光液配方如下:形成无机钝化膜时的抛光液配方为氧化型成膜剂配方:%%/%;抛光条件为/;。速率为/。磷酸盐型成膜剂配方:.%%~%;抛光条件为/:。速率为/。形成有机钝化膜时的抛光液配方为苯并三唑型成膜剂配方:%.%.%%?;抛光条件为:一/、/、一。速率为/。形成氧化物钝化膜时的抛光液配方为。抛光条件可选取,。.%/../速率为/。关键词:铜,化学.机械抛光,抛光速率方程,电化学机理模型,,,,.:,,,,.?.:.%.%】./%.%%%%.%..../:】;;“一;一。?.Ⅲ/.
6、/。?..’,.“’..?..,烈,.,’.:?:%%?%;。。:/;.%%~%一;/。。?:%.%.%%?;/、/、/。/。/,,%./。。/。,,:,?前言中南大学博士学位论文前言化学.机械抛光技术,简称是最重要的全局平面化技术,也是目前唯一的全局平面化技术。此技术不仅用于芯片的全局平面化处理,还可应用于平面显示器、多晶片模组、硬磁盘、磁头等平面化加工,而且其应用范围正在进一步扩大。此技术中,抛光液的配方是关键之一,要求抛光速率快、抛光均二性好及抛光后清洗方便。抛光液的成分主要由三部分组成:腐蚀介质、成膜剂和助剂、纳米磨粒。国外从八十年代初开始进行
7、这一技术的研究和开发,到八十年代末至九十年代初开始出现少量的文献报导,但抛光液的配方一直作为商业秘密。国内关于的研究少见报导。主要芯片生产商基本上是全套引进国外技术,包括Ⅱ,设备、抛光液配方及纳米磨粒等。对于上内联线金属表面的抛光,单靠磨粒的磨损机械抛光达不到全局平面化效果,这将在其表面留下许多刮痕;单靠化学腐蚀化学抛光因抛后将留下许多蚀斑而同样不能满足要求。只有将化学腐蚀与机械磨损结合起来才能达到全局平面化效果。根据模型,此时的化学腐蚀则主要在铜表面形成钝化膜,钝化膜的作用主要是保护凹处不被进一步腐蚀:而磨粒的作用则主要对凸处表面膜进行机械磨损。另外
8、,表面钝化膜的形成降低了表面硬度,使机械磨损更容易。于是抛光过程按照钝化??磨损??再钝化??
