铜化学机械抛光的弱缓蚀剂研究

徐浩; 宋恩敏; 卞达; 赵永武

doi:10.13394/j.cnki.jgszz.2021.5.0006

铜化学机械抛光的弱缓蚀剂研究

doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2021.5.0006

徐浩¹,
宋恩敏¹,
卞达^1,2,
赵永武^1,2, ,

1. 江南大学机械工程学院, 江苏无锡 214122;
2. 江苏省先进食品制造装备技术重点实验室, 江苏无锡 214122

基金项目:

江苏省自然科学基金(BK20190611)。

国家自然科学基金(51675232)

详细信息

作者简介:
徐浩,男,1997年生,硕士研究生。主要研究方向：化学机械抛光。E-mail: 1824617657@qq.com

通讯作者:
赵永武,男,1962年生,博士、教授。主要研究方向：先进表面技术,超精密加工。E-mail: zhaoyw@jiangnan.edu.cn

中图分类号: TG58;TG73
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出版历程
- 修回日期: 2021-04-25
- 刊出日期: 2021-10-28

Investigation of weak corrosion inhibitor for copper chemical mechanical polishing

XU Hao¹,
SONG Enmin¹,
BIAN Da^1,2,
ZHAO Yongwu^{1,2
, ,}

1. School of Mechanical Engineering, Jiangnan University, Wuxi 214122, Jiangsu, China;
2. Jiangsu Key Laboratory of Advanced Food Manufacturing Equipment & Technology, Wuxi 214122, Jiangsu, China

摘要

摘要: 利用电化学、接触角、化学机械抛光等试验研究一种新型环保的铜缓蚀剂聚乙烯吡咯烷酮(polyvinyl pyrrolidone，PVP)的效果。结果表明：PVP在铜化学机械抛光中具有一剂多用的效果，将其与另一种环保弱缓蚀剂1, 2, 4-三氮唑(1, 2, 4-triazole，TAZ)混合使用，既能保证平坦化效果，又能实现工业生产所需的低压高去除率抛光，在粗糙度为2.28 nm时, 去除率达到1 291 nm/min。
- 铜 /
- 弱缓蚀剂 /
- 聚乙烯吡咯烷酮 /
- 混合缓蚀剂
Abstract: This study uses electrochemical, contact angle, chemical mechanical polishing and other experiments to study the effect of a new environmentally friendly potential copper corrosion inhibitor polyvinyl pyrrolidone(PVP). Experiment results show that PVP has a multi-purpose effect in copper chemical mechanical polishing. That mixing it with another environmentally friendly weak corrosion inhibitor TAZ ensures the flattening effect and environmental protection properties, and can achieve large removal of low pressure in industrial production. When the roughness is 2.28 nm, the removal rate can reach to 1 291 nm/min.
- copper /
- weak corrosion inhibitor /
- PVP /
- mixed corrosion inhibitor

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图 1 BTA b TAZ c PVP图1 BTA、TAZ、PVP的结构式Fig.1StructuralformulaofBTA TAZ PVP

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图 2 不同缓蚀剂溶液下的静态腐蚀速率Staticcorrosionunderdifferentcorrosioninhibitor b 不同缓蚀剂溶液下的静态腐蚀效率Staticcorrosionefficiencyunderdifferentcorrosioninhibitor c TAZ溶液腐蚀后的表面形貌SurfacemorphologyaftercorrosionbyTAZ d PVP溶液腐蚀后的表面形貌SurfacemorphologyaftercorrosionbyPVP e BTA溶液腐蚀后的表面形貌SurfacemorphologyaftercorrosionbyBTA图2 静态腐蚀的速率及腐蚀后的形貌Fig.2Rateofstaticcorrosionandthemorphologyaftercorrosion

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图 3 不同缓蚀剂溶液的接触角柱状图

Figure 3. Contact angle histogram of different corrosion inhibitors solution

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图 4 不同缓蚀剂的极化曲线

Figure 4. Polarization curves of different corrosion inhibitors

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图 5 TAZ溶液TAZsolution b PVP溶液PVPsolution图5 含过氧化氢的不同缓蚀剂溶液的极化曲线Fig.5Polarizationcurvesofdifferentcorrosioninhibitorsolutionscontaininghydrogenperoxide

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图 6 BTA的Nyquist图NyquistdiagramofBTA b TAZ、PVP及其混合缓蚀剂的Nyquist图NyquistdiagramofTAZ PVPandtheirmixedcorrosion c 不同缓蚀剂的等效电路Equivalentcircuitofdifferentcorrosioninhibitors d BTA的阻抗图ImpedancediagramofBTA e TAZ、PVP及混合缓蚀剂的阻抗图ImpedancediagramofTAZ PVPandmixedcorrosion f 4种缓蚀剂组分的相角图Phaseanglediagramoffourcorrosioninhibitorcomponents图6 不同缓蚀剂的拟合后的阻抗图Fig.6Fittedimpedancediagramsofdifferentcorrosioninhibitors

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图 7 不同缓蚀剂添加量对应的表面粗糙度及去除率Surfaceroughnessandremovalrateofdifferentcorrosioninhibitorcontent b 更高缓蚀剂添加量对应的表面粗糙度及去除率Surfaceroughnessandremovalrateofhighercorrosioninhibitorcontent c 0.4gTAZ混合不同添加量的PVP对应的表面粗糙度及去除率Surfaceroughnessandremovalrateof0.4gTAZmixedwithdifferentcontentofPVP图7 不同缓蚀剂组分的去除率及表面粗糙度Fig.7Theremovalrateandsurfaceroughnessofdifferentcorrosioninhibitorcomponents

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图 8 无缓蚀剂Nocorrosioninhibitor b 0.4gBTA c 0.4gTAZ d 0.4gPVP e 0.4gTAZ+0.2gPVP图8 含不同缓蚀剂抛光液抛光后的铜表面形貌Fig.8Coppersurfacemorphologyafterpolishingwithdifferentcorrosioninhibitorpolishingsolutions

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表 1 不同缓蚀剂的极化曲线电化学参数

Table 1. Polarization curve electrochemical parameters of different corrosion inhibitors

表 2 2种缓蚀剂的极化曲线电化学参数

Table 2. Electrochemical parameters of the polarization curves of the two corrosion inhibitors

表 3 电化学阻抗拟合的不同缓蚀剂的主要参数

Table 3. Main parameters of different corrosion inhibitors fitted by electrochemical impedance