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化学镀铜:生长机理

放大字体  缩小字体发布日期:2013-04-09  浏览次数:797
核心提示:化学镀铜沉积分两步进行:①薄膜阶段(相当于3μm);②增厚阶段。

化学镀铜沉积分两步进行:①薄膜阶段(相当于3μm);②增厚阶段。

1薄膜阶段

薄膜形成机理的特点是三个同时进行的晶体产生过程[32~34]:成核,生长,聚结三维晶粒(TDC)。

在单个铜晶基体(100)面上化学沉积铜的初始阶段,TDC的平均密度随沉积时间的增加而提高,该阶段中成核是主要过程[32~34],TDC的平均密度达到一个最大值,然后随着时间的延长而降低。在TDC密度降低过程中,聚结是主要的晶体产生过程[34],通过横向生长和TDC的聚结形成连续的化学镀层。由于镀层的许多物理性能取决于聚结的类型,聚结过程应引起特别注意。TDC的聚结有两种类型:一种是没有恰如其分地填满TDC间的空隙,导致杂质和添加剂掺入,产生应力、空穴和错位[如图l7—6(b)所示];另一种是正好填满TDC间隙,晶体连接良好[如图l7—6(a)所示],镀层质量优于第一种聚结方式[35,36]。聚结过程(类型)很大程度取决于溶液中添加剂的浓度和类型[34],Sard和Rantell[37]研究了

三维晶粒(TDC)的两种聚结方式

图17—6三维晶粒(TDC)的两种聚结方式:(a)良好连接的TDC,镀层质量优良;(b)不规则连接晶体,导致杂质或添加剂掺入,产生应力空穴和错位

2增厚阶段

形成连续薄膜以后,大多数情况下厚(1~15μm)膜层的沉积经过以下过程[27,38~41]:①优先生长良好取向晶粒;②限制(抑制)不良取向晶粒的垂直生长;③横向连接优先生长粒子;④原始粒子生长终止;⑤成核和新晶层的生长。

在横向和纵向(垂直)生长过程中,优先生长粒子(TDC)宽度增加,随后与其他优先生长粒子横向连接,最后这些粒子宽度达到一个定值,在以后的纵向生长过程中发展成柱状(如图l7—7所示[38~41])粒子,达到一定阶段后,柱状粒子不再纵向生长。单个粒子生长终止后,接着又成核,开始新粒子层的生长,垂直于基体粒子生长的终止受过电位和抑制度的影响,其中最主要的关系是:①结构与镀液参数之间的关系;②结构与化学镀铜沉积电化学动力学参数之间的关系。

柱状镀层的横截面(与基体垂直)示意图

图17—7柱状镀层的横截面(与基体垂直)示意图实验观察了不同单一晶体取向上生长速度的差异,结果表明,某些晶相表面更有利于晶粒生长[40,42],优先生长方向取决于溶液组成和添加剂浓度[40]。

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