臺灣博碩士論文加值系統

本研究以快速且簡易的新型監測方法簡化傳統較複雜的添加劑含量分析程序。以低銅高酸和高銅低酸做為基礎電鍍母液，並添加Cl-、MPSA、PEG、2-MP等添加劑，利用電化學分析儀做循環線性掃描伏安法(CLSV)與定電位分析觀察添加劑的吸附行為、協合效應、抑制效應，以及穩定性。電鍍後之晶片再以表面輪廓儀(α-step)、掃描式電子顯微鏡(SEM)、X光能量散譜儀(EDS)和X光繞射光譜儀儀器(XRD)分析晶片表面鍍層和孔洞鍍層之填滿型態。實驗結果顯示，於低流速下MPSA具有較佳的電流增幅效果；由CLSV實驗結果，提高銅離子和氫離子濃度會導致2-MP的崩潰電壓降低；由CLSV實驗顯示添加劑的相互作用，2-MP和PEG會有提高崩潰電壓(-0.34 V)的協合效果，2-MP和MPSA會有降低崩潰電壓(-0.23 V)的競爭效應；由定電壓(-0.22 V)實驗結果顯示，有機添加劑對於銅膜厚度增加變化情形可用簡單的線性行為表示；在長時間的電鍍中，可藉由簡單且快速的監測方法，在不同比例的添加劑如PEG & 2-MP與MPSA & PEG & 2-MP條件下觀察電流密度差值，得知添加劑是否不足，並且可由此結果判斷晶片電鍍填滿形態是否符合要求。

In this research, we used two different copper plating recipes of acid cupric sulfate containing three or four additives mixtures. One is high copper concentration, and the other is low copper concentration. The additives used for electroplating were chloride ion (Cl-), sodium 3-me-rca¬pt¬o-1-propan¬e¬su¬l¬fo¬nate (MPSA), polyethylene glycol (PEG), and 2-mercaptopyridine (2-MP). Additionally, we characterize the copper deposition behavior from acid-copper plating recipes containing additives by cyclic linear sweep voltamme¬try (CLSV) and potentiostatic measurements (PM). Surface profilometer (α-step), scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffractometer, and X-ray spectrometer analysis are used to characterize copper deposition phenomenon of via holes. The experimental results show that MPSA has the increasing effect of current density in the low velocity of the fluid. From the CLSV curves, the breakdown voltage of 2-MP resulted lower from high copper ion concentration and high hydrogen ion concentration. The results show that 2-MP and PEG interactions lead to higher breakdown voltage (-0.34 V). 2-MP and MPSA interactions lead to lower breakdown voltage (-0.23 V). Rapid and simple method of monitoring observed in different proportion of additives mixed (PEG & 2-MP and MPSA & PEG & 2-MP) of the current difference (1.33×10-2 Amps/cm2) in the long plating. Furthermore, this result determines that wafer plating is perfect or not.

摘要 I
Abstract II
目錄 III
圖目錄 VI
表目錄 IX
第一章 序論 1
第二章 文獻回顧 7
2-1 電子構裝技術發展 7
2-2 金屬化製程及導線材料 11
2-2-1 金屬化的製程 11
2-2-2 金屬材料 12
2-2-3 銅導線製程興起 14
2-2-4 沉積銅膜技術 15
2-2-5 介電層與銅擴散阻障層 18
2-3 電鍍 21
2-3-1 電鍍的原理 22
2-3-2 極化作用 23
2-3-3 氫氣反應 25
2-3-4 金屬銅電鍍 28
2-3-5 添加劑之影響 32
2-3-5-1 氫離子(H+) 32
2-3-5-2 氯離子(Cl-) 33
2-3-5-3 光澤劑(Brighteners) 33
2-3-5-4 抑制劑(Suppressor) 34
2-3-5-5 平整劑(Leveler) 35
2-4 反應速率方程式及其變數 36
2-5 鍍液中添加劑的檢測方法 38
2-5-1 循環伏安剝除法CVS 38
2-5-2 LC 39
第三章 實驗 40
3-1 實驗藥品與儀器 40
3-1-1 實驗藥品 40
3-1-2 實驗儀器 41
3-2 實驗步驟 42
3-2-1 電化學分析 42
3-2-1-1 循環線性掃描伏安法 42
3-2-1-2 定電壓分析之研究 43
3-2-2 電化學電鍍銅實驗 45
3-2-2-1 添加劑對於晶片電鍍銅表面鍍層之分析 46
3-2-2-2 添加劑對於晶片電鍍銅之微孔鍍層分析 49
3-3 理論厚度計算 51
3-4 相對沈積厚度 51
3-5 晶相鑑定之分析 52
第四章 結果與討論 54
4-1 添加劑之電化學行為分析 54
4-1-1 母液分析 54
4-1-2 光澤劑分析 59
4-1-3 抑制劑分析 64
4-1-4 平整劑分析 67
4-1-5 氫離子和銅離子對平整劑的影響 74
4-1-6 添加劑間的相互作用 77
4-2 快速模擬晶片電鍍分析 79
4-3 微電鍍銅動力學分析 92
4-3-1 不同母液電鍍沉積行為 93
4-3-2 光澤劑分析 98
4-3-3 抑制劑分析 100
4-3-4 平整劑分析 102
4-4 晶片微電鍍鍍層分析 105
4-4-1 晶片表面形態(Morphology)分析 106
4-4-2 晶片剖面形態分析 109
4-4-3 XRD繞射分析 112
第五章 結論 118
參考文獻 120

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