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引言

已經(jīng)研究了從緩沖氧化物蝕刻劑(BOE)到裸硅、二氧化硅和圖案化硅水的銅沉積。在二氧化硅表面上不會發(fā)生沉積，而在圖案化的二氧化硅區(qū)域1上觀察到的沉積水平介于裸硅和二氧化硅上的沉積水平之間。每次浸入BOE溶液后，晶片清洗的持續(xù)時間、硅材料以及襯底摻雜不會影響沉積量。從BOE溶液中沉積銅的過程均勻地發(fā)生在晶片表面上。

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討論

在氫氟酸(HF)和BOE溶液中，銅原子與氟原子形成絡(luò)合物。因此，銅可能以Cu”、CuF*或CuF物種的形式存在。這三種物質(zhì)的分布取決于溶液中氟離子的濃度(圖10)。對于在整個實驗中使用的30∶1 BOE溶液，氟離子濃度為11.54M，結(jié)果銅主要以CuFJ形式存在。銅在硅表面上的沉積機理如下

?si+2cu F3-r Cu+SiF { fiG，=-624 kJ

銅沉積到硅表面上的過程作為電化學(xué)還原發(fā)生，其中銅離子在硅表面的選定位置被陰極還原，而硅在相應(yīng)的陽極位置進行溶解。作為半導(dǎo)體的硅襯底能夠在陽極和陰極反應(yīng)之間傳導(dǎo)電子，并維持電化學(xué)電池?；旧?，電化學(xué)反應(yīng)與控制整個過程的混合電位有關(guān)。人們認(rèn)識到，在反應(yīng)過程中，混合電位可能會移動。這一現(xiàn)象當(dāng)然得到了實驗結(jié)果的支持。從第三組晶片的結(jié)果來看，銅的沉積隨時間保持線性。與吸附等溫線不同，這種行為持續(xù)到超過6×101 Cu原子·cm-3的沉積水平，接近單層的形成。這似乎表明

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圖9

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圖10

硅被氧化的陽極位置沒有被耗盡。因此，很可能還沒有建立完整的銅單層。AFM顯微照片顯示了粗糙的表面，表明在基底中有凹坑，表面材料的峰相鄰。這些顯微圖提供了沉積過程作為電化學(xué)還原發(fā)生的額外證據(jù)。

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結(jié)論

已經(jīng)研究了在裸硅表面、二氧化硅表面以及圖案化二氧化硅表面上從BOE溶液沉積銅。裸硅和圖案化二氧化硅區(qū)域中的銅沉積與溶液中的銅量成比例。完全被二氧化硅覆蓋的區(qū)域?qū)е路浅５偷你~表面濃度，這對于所有水平的銅污染都是恒定的。對于襯底摻雜、硅材料或沖洗時間的變化，沉積的銅量沒有可觀察到的差異。銅的沉積與時間成線性關(guān)系，并以一級反應(yīng)為特征。此外，沉積可以表征為阿倫尼烏斯行為。阿倫尼烏斯關(guān)系的活化能隨著表面濃度接近對應(yīng)于單層的水平而變化。當(dāng)表面濃度小于單層時，這些活化能被確定為0.40電子伏(38.6千焦·摩爾)，當(dāng)表面濃度在單層數(shù)量級時，這些活化能被確定為0.20電子伏(19.3千焦·摩爾)。隨著銅沉積的增加，表面粗糙度增加，導(dǎo)致整個表面出現(xiàn)尖峰。銅從BOE的沉積似乎受電化學(xué)還原控制，其中銅在硅表面的陰極位置被還原，而硅同時在相應(yīng)的陽極位置被氧化。