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研究生:謝璧蔓
研究生(外文):Pi-Man Hsieh
論文名稱:先進銅電鍍時監測有機添加劑的快速定量法
論文名稱(外文):A Rapid Quantitative Method Of Monitoring Organic Additives In Advanced Copper Electroplating
指導教授:楊文彬楊文彬引用關係
指導教授(外文):Wen-Pin Yang
口試委員:楊文彬、鄭文桐、陳炎洲、李文錦、朱錦明
口試日期:2013-06-24
學位類別:碩士
校院名稱:國立聯合大學
系所名稱:化學工程學系碩士班
學門:工程學門
學類:化學工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2013
畢業學年度:101
語文別:中文
論文頁數:111
中文關鍵詞:電鍍添加劑定電位掃描快速定量監測方法
外文關鍵詞:electroplatingadditivespotentiostaticrapidly quantitative monitoring method
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本研究以快速且簡易的新型監測方法簡化定量傳統較複雜的添加劑含量分析程序。以高銅低酸做為基礎電鍍母液,並添加Cl-、MPSA、PEG、2-MP、JGB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)分析晶片表面鍍層和孔洞鍍層之填滿型態來對照快速電流差定量法。實驗結果顯示,在-0.23V下,添加MPSA含量到5ppm時,能夠有效的增加電鍍所需的電流量,當添加MPSA超過5ppm時則反而可能形成多餘阻障層抑制銅離子沉積但其電流量還是比母液大。在長時間的電鍍中,可利用添加劑對流吸附(CDA)的原理,利用定電壓(-0.23V)方式分析比較添加各種配方來快速監測不同添加劑濃度的電流密度差值,以得知鍍液中添加劑濃度是否足夠,並利用此電流差值定量方法快速簡易驗証監測晶片沉積填滿形態。相同原理也可適用於其他添加劑的部份。經由實體電鍍的結果可以確切的了解當某種添加劑不足時,所呈現的表面形態以及剖面形態各個不同。
In this study, a new type of rapid and easy method simplify the quantitative of traditional analysis procedures of additives. we use copper plating recipes of acid cupric sulfate containing additives mixtures. The additives are used for electroplating which were chloride ion (Cl-), sodium 3-mercapto-1-propanesulfonate (MPSA), polyethylene glycol (PEG), 2-mercaptopyridine (2-MP), and janus green B (JGB). Additionally, the copper deposition behavior from electroplating copper recipes containing various additives were investigated by cyclic linear sweep voltamme¬try (CLSV) and potentiostatic measurements (PM). The thickness of films were measured by profilometer and the morphology was analyzed by Scanning Electron Microscope(SEM). Ring Disk Electrode(RDE) experimental results showed that the current density of plating increased with increasing the content of MPSA to maximum current density up to 5 ppm at -0.23V. The calibration curve (current density difference-concentration) results indicated the rapidly quantitative method of monitoring additives of copper electroplating replacing the conventional method. It is shown that the morphology of the deposition film depends on the additive concentration and the deposition position of holes.
目錄
摘要 I
ABSTRACT II
目錄 III
表目錄 VI
圖目錄 VII
第一章 緒論 1
第二章 文獻回顧 6
2.1 電子構裝技術發展 6
2.1.1 半導體元件構裝技術的定義 7
2.1.2 半導體元件構裝技術的功能 7
2.1.3 半導體元件構裝技術的演變 9
2.2 金屬化製程及導線材料 13
2.2.1 金屬化製程 13
2.2.2 金屬薄膜的沉積之比較 16
2.2.3 銅製程之興起 17
2.2.4 介電層與銅擴散阻障層 19
2.3 電鍍 20
2.3.1 電鍍的原理 21
2.3.2 極化作用 22
2.3.3 氫氣反應 24
2.3.4 金屬銅電鍍 27
2.4 電鍍液的組成 28
2.4.1 氫離子(H+) 31
2.4.2 氯離子(Cl-) 31
2.4.3 光澤劑(Brighteners) 32
2.4.4 抑制劑(Suppressor) 32
2.4.5 平整劑(Leveler) 32
2.5 反應速率常數方程式 33
2.6 鍍液中添加劑的檢測方法 34
2.6.1 循環伏安剝除法(CVS) 35
2.6.2 液相層析(LC) 35
第三章 實驗 36
3.1. 實驗藥品與儀器 36
3.1.1 實驗藥品 36
3.1.2 實驗儀器 37
3.2. 實驗步驟 37
3.2.1 電化學分析 38
3.2.1.1 循環線性掃描伏安法 39
3.2.1.2 定電壓分析之研究 39
3.2.2 電化學電鍍銅實驗 41
3.2.2.1 添加劑對於晶片電鍍銅表面鍍層之分析 41
3.2.2.2 添加劑對於晶片電鍍銅之微孔鍍層分析 44
3.3 理論厚度計算 46
3.4 相對沈積厚度 46

第四章 結果與討論 47
4.1 母液和添加劑之電化學行為分析 47
4.1.1 母液之分析 49
4.1.2 不同酸性及濃度之分析 51
4.1.2.1 高銅母液 51
4.1.2.2 低銅母液 56
4.1.3 氯離子濃度及轉速 61
4.1.4 光澤劑濃度及轉速之分析 63
4.1.5 平整劑濃度及轉速之分析 71
4.2 定電位下快速定量模擬分析及動力學之分析 73
4.2.1 MPSA定量分析 75
4.2.2 平整劑分析 79
4.2.2.1 2-MP之濃度分析 79
4.2.2.2 JGB之濃度分析 85
4.2.3 聚乙二醇(PEG) 定量分析 90
4.3 晶片微電鍍鍍層性質分析 96
4.3.1 晶片表面形態(Morphology)分析 97
4.3.2 晶片剖面型態分析 100
第五章 結論與未來展望 106
5.1 結論 106
5.2未來展望 107
第六章 參考文獻 108


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QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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