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约束刻蚀剂层技术(CELT)是一种可用于三维超微(纳米)图形的复制加工的技术,并且已经成功地应用在导体、半导体、绝缘体三维复杂形貌的加工上。由于CELT具有能有效控制刻蚀程度和对距离敏感的特点,也可发展为一种无应力的抛光技术。铜(Cu)互连线在大规模集成电路中得到广泛应用,但目前的工艺上还不能较好地实现对Cu表面低损伤、低划痕的抛光。我们课题组提出了一种基于光诱导约束刻蚀体系的化学抛光技术,初步实现了对Cu表面的化学平坦化。该技术的进一步发展面临着以下两个需要解决的关键问题:(1)对工件Cu进行光诱导约束刻蚀的过程中,工具表面会产生Cu的沉积,这是否会影响Ti02光催化剂层的性能,是否会影响光诱导平坦化的效果?如何抑制这种Cu沉积?(2)亟需建立一套对光诱导约束刻蚀剂层的浓度分布(厚度)的表征方法,以便评估和筛选不同种类的约束剂,进一步调控、优化光诱导约束刻蚀条件。针对以上问题,本论文着重研究光诱导约束刻蚀体系中工具表面Cu的沉积机制及其对光诱导约束刻蚀体系的影响,并尝试抑制Cu的沉积;建立两种用于表征光诱导约束刻蚀体系中·OH的浓度分布的检测方法。主要研究内容与结果如下:1.通过ZnO模板法化学沉积TiO2纳米管和电场沉积TiO2微粒膜分别制备了两种TiO2光催化剂层。采用扫描电子显微镜结合荧光分析方法筛选合适的TiO2纳米管的制备条件。前者的制备条件更可控,但制备较繁琐,制备原料较为昂贵。后者与基底的结合能力较差,在实验过程中容易脱落,载流子扩散路径不如TiO2纳米管短,复合程度相对较高,但制备过程相对较为简易和便宜,更有利于批量制备TiO2光催化剂层。2.分别构建基于TiO2纳米管光电极和TiO2微粒膜光电极的光诱导约束刻蚀体系。通过扫描电子显微镜及其能谱,X射线光电子能谱等方法发现在光诱导约束化学平坦化Cu的过程中,工具TiO2表面的沉积物为单质Cu及少量的Cu2O。探究在工具-工件之间的微纳尺度液层中Cu光催化还原沉积的机制,并在硝酸铜和甘氨酸的混合模拟溶液中研究Cu沉积对刻蚀体系的影响。用模拟研究沉积Cu的光催化沉积及对TiO2光催化性能的影响,进一步解释沉积机制并发现沉积增强了 TiO2的光催化性能,但随着沉积量的增加,增强机制会发生变化,并且过量的Cu沉积也会改变工具表面的原有形貌,反应过程中不断增加的沉积Cu也不利于控制刻蚀速度和平坦化精度。最后探究引入搅拌、加入络合剂及外置电场对TiO2表面Cu的沉积的抑制,并考察抑制措施对于工件Cu刻蚀的影响。在尝试抑制Cu沉积时也发现改善传质以抑制Cu沉积的同时也会带来工件Cu的刻蚀增强;采用添加络合剂结合改善传质的方法有望在抑制Cu沉积的同时提高平坦化效果。所以抑制方法和条件的选择需兼顾对工具-工件之间微纳液层中的多个化学和传质过程的影响。3.首先基于扫描电化学显微镜(SECM)的装置及原理,初步建立了基于基底产生/探针收集模式来评估光诱导约束刻蚀体系中游离态·OH的浓度分布的表征方法。其次,提出了一种在SECM的探针上进行Cu的原位沉积-刻蚀-溶出,用于表征光诱导约束刻蚀体系中游离态·OH的浓度分布的方法。同时运用上面两种方法,研究了约束剂甘氨酸对·OH的浓度分布的影响,并对光诱导约束刻蚀体系中刻蚀层的有效厚度进行估算。两种方法都可以提供对于·OHf浓度分布的表征方法,第一种方法操作上轻易和方便,可实现快速的具有一定空间分辨率的二维表征,但对游离·OH浓度测量存在一定偏差。而第二种方法对·OH浓度分布可以提供更精确的评估,测量环境也更逼近实际情况,但操作较为复杂和繁琐。这两种方法的提出都对于评估光催化剂层的效果,约束剂的捕捉效果,和约束刻蚀层的参数,及进一步研究刻蚀和约束机理有重要意义。