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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合物。因此，銅可能以Cu”、CuF*或CuF物種的形式存在。這三種物質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，而硅在相應的陽極位置進行溶解。作為半導體的硅襯底能夠在陽極和陰極反應之間傳導電子，并維持電化學電池?；旧?，電化學反應與控制整個過程的混合電位有關。人們認識到，在反應過程中，混合電位可能會移動。這一現(xiàn)象當然得到了實驗結果的支持。從第三組晶片的結果來看，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還原發(fā)生的額外證據(jù)。
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結論
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)域導致非常低的銅表面濃度，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系，并以一級反應為特征。此外，沉積可以表征為阿倫尼烏斯行為。阿倫尼烏斯關系的活化能隨著表面濃度接近對應于單層的水平而變化。當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，導致整個表面出現(xiàn)尖峰。銅從BOE的沉積似乎受電化學還原控制，其中銅在硅表面的陰極位置被還原，而硅同時在相應的陽極位置被氧化。