低污染性无电镀铜可行性之研究.PDF

低污染性無電鍍銅可行性之研究 李九龍 鄭吉良 龍華科技大學化工與材料工程系 摘要 一般在無電鍍銅製程中，均使用甲醛作為還原劑，其析鍍速率及鍍層結構亦均有不 錯的效果，但是考慮甲醛的致癌性和對環境的衝擊性，多年來亦有學者研究以其他還原 劑來取代甲醛。本研究主要探討使用低污染性之乙醛酸作為還原劑，並探討各種添加劑 對鍍層與析鍍速率之影響，實驗結果顯示使用乙醛酸為還原劑，其析鍍速率較快。 前的導電層，也就是在銅電鍍之前，先以 1.前言 無電鍍銅將晶圓上先沉積一層連續且覆蓋 性良好之銅晶種層（seed layer ），完成後 近年來，半導體元件的線寬不斷的縮 以利後續電鍍銅可於其上生長，而無電鍍 小，從 0.25微米到 0.18微米，降到現在的 銅製程一直以來均以甲醛作為還原劑，但 0.13 微米，甚至有業界已經積極研發 90 是由於甲醛的蒸氣具有致癌的可能性，近 與 65 奈米的製程。但當線寬尺寸降低、密 年來許多國家已漸漸的限制使用或禁用， 度增加時，內連線之間更為接近，增加導 因此不少人開始嘗試採用次磷酸鹽 線的電阻及電容，會產生更大的信號延 （hypophosphite ）、聯胺（hydrazine ）、或 遲，降低元件的性能，因此為了限制金屬 硼氫化胺，替代甲醛[4,5]，但是鍍速與效 層數、維持較窄的金屬間距，需藉由新的 果都沒有甲醛穩定。 材料來加強，毫無疑問，導電性極佳之銅 因此，本研究由文獻[6]尋求另一低污 將成為下一代導線技術之主要材料[1]。 染性之乙醛酸為還原劑，探討其鍍速與效 無電電鍍（electroless plating ）是金屬 果，以評估取代甲醛之可行性，並與文獻 沉積技術中的一種方式，如名稱所示，在 [6]之結果比較，以作為未來更進一步研究 無須外加電壓的情形下，把溶液中的金屬 之基礎。 離子藉由自動催化（autocatalytic ）的化學 在以乙醛酸為還原劑、 EDTA 為錯合 反應方式，將金屬沉積在固體表面之上 劑之系統中，其全反應式類似甲醛，可寫 [2]。這種反應程序與電鍍（electroplating ） 成如下: 極為類似，不同的是反應發生時的電子傳 Cu2+ + 2CHOCOOH + 4OH－ →Cu0 + 遞不經由外部電路，而是藉由溶液中的物 2HC O － + 2H O + H ↑ 2 4 2 2 質在固體表面發生反應時，於表面上直接 沉積速率是我們這次所研究的主題， 進行傳遞而有別於外加電路的電鍍，在此 而影響化學鍍銅沉積速率的因素包括有鍍 欲突顯其利用化學反應原理沉積金屬層的 液溫度、pH值、錯合劑（ EDTA ）的濃度、 特性，故將此程序稱為化學鍍，而與外加