PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE112005002414T5 27.09.2007
Titel Elektropolier-Elektrolyt und Verfahren zur Planarisierung einer Metallschicht unter Verwendung desselben
Anmelder BASF AG, 67063 Ludwigshafen, DE
Erfinder Shieh, Jia Min, Hsinchu, TW;
Liu, Sue Hong, Pingtung, TW;
Bou Tong, Dai, Baushan, Hsinchu, TW
DE-Aktenzeichen 112005002414
Vertragsstaaten AE, AG, AL, AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BW, BY, BZ, CA, CH, CN, CO, CR, CU, CZ, DE, DK, DM, DZ, EC, EE, EG, ES, FI, GB, GD, GE, GH, GM, HR, HU, ID, IL, IN, IS, JP, KE, KG, KM, KP, KR, KZ, LC, LK, LR, LS, LT, LU, LV, LY, MA, MD, MG, MK, MN, MW, MX, MZ, NA, NG, NI, NO, NZ, OM, PG, PH, PL, PT, RO, RU, SC, SD, SE, SG, SK, SL, SM, SY, TJ, TM, TN, TR, TT, TZ, UA, UG, US, UZ, VC, VN, YU, ZA, ZM, ZW, EP, AT, BE, BG, CH, CY, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, FR, GB, GR, HU, IE, IS, IT, LT, LU, LV, MC, NL, PL, PT, RO, SE, SI, SK, TR, OA, BF, BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, GQ, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG, AP, BW, GH, GM, KE, LS, MW, MZ, NA, SD, SL, SZ, TZ, UG, ZM, ZW, EA, AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM
WO-Anmeldetag 01.10.2005
PCT-Aktenzeichen PCT/EP2005/010628
WO-Veröffentlichungsnummer 2006037584
WO-Veröffentlichungsdatum 13.04.2006
Date of publication of WO application in German translation 27.09.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 27.09.2007
IPC-Hauptklasse H01L 21/321(2006.01)A, F, I, 20051001, B, H, DE
IPC-Nebenklasse C25F 3/00(2006.01)A, L, I, 20051001, B, H, DE   

Beschreibung[de]
HINTERGRUND DER ERFINDUNG (A) Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Elektropolier-Elektrolyt und ein Verfahren zur Planarisierung einer Metallschicht unter Verwendung desselben, und insbesondere einen Elektropolier-Elektrolyt, der ein Alkohol-Additiv einschließt, und ein Verfahren zur Planarisierung einer Metallschicht unter Verwendung desselben.

(B) Beschreibung des verwandten Fachgebietes

In der Halbleiter-Fertigungstechnologie ist eine ideale planare Oberfläche ohne Höhenunterschied für ein High-Density-Photolithographieverfahren zur Vermeidung einer Belichtungsstreuung erforderlich, um die präzise Musterübertragung von integrierten Schaltkreisen zu bewerkstelligen. Eine chemisch-mechanische Poliertechnologie ist eine weithin angewandte Oberflächenplanarisierungstechnologie in derzeit gebräuchlichen Halbleiterfertigungsverfahren. Jedoch sieht sich die chemisch-mechanische Poliertechnologie mit einigen bedeutenden Theorien bei den eigentlichen Anwendungen konfrontiert, wie dem Mustereffekt, der Entfernung des Selektionsverhältnisses, dem tellerförmigen Vertiefen (bzw. Kümpeln), dem Scratching bzw. dem Aufrauhen und dem Isolierabrieb und dem Reinigen nach dem Polieren. Außerdem sieht sich die chemisch-mechanische Poliertechnologie, um die Anforderung bei geringer Beanspruchung für 12'' Wafer und Materialien mit einer niedrigen dielektrischen Konstante zu erfüllen, mehr Herausforderungen gegenüber.

Im Vergleich mit der chemisch-mechanischen Poliertechnologie ist die Elektropoliertechnologie zu einer alternativen Lösung der chemisch-mechanischen Poliertechnologie geworden aufgrund mehrerer Vorteile, wie einer Verringerung des Aufrauhens, einer Verringerung der Teilchenabsorption und einer Verringerung der Abfalllösung, einer hohen Poliergeschwindigkeit und weil kein Druck auf den Wafer ausgeübt wird. In dem Kupferleiterverfahren am hinteren Ende der Halbleiterfertigung wird die Elektroplattierungstechnologie allgemein zur Bildung einer leitfähigen Kupferschicht angewandt. Allerdings erzeugt die leitfähige Kupferschicht eine Stufenhöhe infolge von Gräben auf der Oberfläche des Wafers, welche die Planarisierungseffizienz eines nachfolgenden Elektropolierverfahrens weiter beeinflusst.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Elektropolier-Elektrolyts, der ein Alkohol-Additiv einschließt, und eines Verfahrens zum Planarisieren einer Metallschicht unter Anwendung von selbigem.

Um das oben genannte Ziel zu erreichen und die Probleme des Stands der Technik zu vermeiden, stellt die vorliegende Erfindung einen Elektropolier-Elektrolyt, der ein Alkohol-Additiv einschließt, und ein Verfahren zum Planarisieren einer Metallschicht unter Anwendung von selbigem bereit. Der vorliegende Elektropolier-Elektrolyt umfasst eine Säurelösung und ein Alkohol-Additiv mit mindestens einer Hydroxygruppe, wobei der Kontaktwinkel des Alkohol-Additivs kleiner ist als der Kontaktwinkel der Säurelösung auf einer Metallschicht unter Elektropolieren. Das Alkohol-Additiv wird aus Methanol, Ethanol und Glycerol gewählt, und die Säurelösung umfasst Phosphorsäure. Das volumetrische Verhältnis von Glycerol zu Phosphorsäure beträgt zwischen 1:50 und 1:200, vorzugsweise 1:100. Das volumetrische Verhältnis beträgt zwischen 1:100 und 1:150 für Methanol zu Phosphorsäure, und zwischen 1:100 und 1:150 für Ethanol zu Phosphorsäure. Zudem umfasst die Säurelösung weiter eine organische Säure, die aus der Gruppe, welche aus Essigsäure und Zitronensäure besteht, gewählt wird. Die Konzentration beträgt zwischen 10 000 und 12 000 ppm für die Essigsäure, und zwischen 500 und 1000 ppm für Zitronensäure.

Die vorliegende Erfindung offenbart ein Verfahren zum Planarisieren einer Metallschicht mit mindestens einer konkaven Krümmung und einer konvexen Krümmung. Das Verfahren ist durch die Verwendung eines Alkohol-Additivs zur Bildung einer Inhibitions- bzw. Hemmschicht auf der Metallschicht zur Verringerung der Poliergeschwindigkeit auf der Oberfläche der Metallschicht und die Verwendung einer Säurelösung zum Polieren der Metallschicht gekennzeichnet, wobei die Säurelösung einen Konzentrationsgradienten zwischen der konkaven Krümmung und der konvexen Krümmung bildet, so dass die Poliergeschwindigkeit auf der konvexen Krümmung schneller ist als die Poliergeschwindigkeit auf der konkaven Krümmung.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Andere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden beim Durchlesen der folgenden Beschreibung und bei der Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen offensichtlich, in welchen:

die 1 eine Querschnittsansicht eines Wafers ist;

die 2 ein schematisches Diagramm ist, welches die Messung der Planarisierungseffizienz (PE) für einen Elektropolier-Elektrolyt zeigt;

die 3 die Planarisierungseffizienz des Elektropolier-Elektrolyts für unterschiedliche Zeilenweiten gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;

die 4 die Poliergeschwindigkeit für den Elektropolier-Elektrolyt gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;

die 5 ein schematisches Diagramm ist, welches den Betrieb des Elektropolier-Elektrolyts gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;

die 6 mehrere elektronische Abtastbilder von Gräben mit einer Breite von 1, 5 und 50 &mgr;m zeigt; und

die 7(a) und Bilder eines Atomkraftmikroskops (AFM) nach dem Polieren auf 7(b) einer Kupferoberfläche sind.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die 1 ist eine Querschnittsansicht eines Wafers 10. Der Wafer 10 umfasst ein Substrat 12, eine dielektrische Schicht 14, eine Sperrschicht 16 und eine Metallschicht 20. Die Metallschicht 20 kann eine Kupferschicht mit einer konvexen Krümmung 22 und einer konkaven Krümmung 24 sein. Die vorliegende Erfindung planarisiert die Metallschicht 20 durch einen Elektropolier-Elektrolyt, welcher ein Alkohol-Additiv und eine Säurelösung einschließt. Vorzugsweise wird das Alkohol-Additiv aus Glycerol, Methanol oder Ethanol gewählt, während die Säurelösung Phosphorsäure und eine organische Säure umfassen kann. Das Verfahren zur Herstellung des Elektropolier-Elektrolyts vermischt zuerst die Phosphorsäure und das Alkohol-Additiv nach einem vorbestimmten volumetrischen Verhältnis und die organische Säure wird danach zugegeben. Die organische Säure kann Essigsäure oder Zitronensäure sein, und die Konzentration beträgt zwischen 10 000 und 12 000 ppm für Essigsäure und zwischen 500 und 1000 ppm für Zitronensäure.

Wenn die Säurelösung die Phosphorsäure und das Alkohol-Additiv Glycerol ist, beträgt das volumetrische Verhältnis von Glycerol und Phosphorsäure vorzugsweise zwischen 1:50 bis 1:200, d. h. die Konzentration des Glycerols bei 25°C beträgt vorzugsweise zwischen 2,73 × 10–1 M und 6,85 × 10–2 M. Vorzugsweise beträgt das volumetrische Verhältnis des Glycerols zu der Phosphorsäure 1:100, d. h. die Konzentration des Glycerols beträgt 1,36 × 10–1 M. Ferner beträgt, wenn das Alkohol-Additiv Methanol oder Ethanol ist, das volumetrische Verhältnis des Alkohols zu der Phosphorsäure zwischen 1:100 und 1:150, d. h. die Konzentration des Methanols bei 25°C beträgt zwischen 2,50 × 10–1 M und 1,67 × 10–1 M, und die Konzentration des Ethanols bei 25°C beträgt zwischen 1,76 × 10–1 M und 1,17 × 10–1 M. Vorzugsweise beträgt das volumetrische Verhältnis des Methanols oder Ethanols zu der Phosphorsäure 1:100.

Die 2 ist ein schematisches Diagramm, welches die Messung der Planarisierungseffizienz (PE) für einen Elektropolier-Elektrolyt zeigt. Die Planarisierungseffizienz wird entsprechend der folgenden Formel berechnet: PE = [1 – (&Dgr;D/&Dgr;U)] × 100% worin &Dgr;D die Differenz der Stufenhöhe einer konkaven Krümmung 24 auf der Oberfläche der Metallschicht 20 vor und nach dem Elektropolierverfahren ist und &Dgr;U die Differenz der Stufenhöhe der konvexen Krümmung 22 auf der Oberfläche der Metallschicht 20 vor und nach dem Elektropolierverfahren ist.

Die 3 zeigt die Planarisierungseffizienz des Elektropolier-Elektrolyts für unterschiedliche Zeilenweiten gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei die angelegte Spannung in dem Elektropolierverfahren 1,75 (Volt) beträgt und die Elektropolierzeit 180 Sekunden ist. Die lateralen Achsen 4-1, 4-2, 4-3, 4-4 und 4-5 stehen für 5 verschiedene Elektropolier-Elektrolyt-Rezepturen, und Phosphorsäure, Glycerol und Methanol sind durch das volumetrische Verhältnis ausgedrückt, wie in der nachstehenden Tabelle gezeigt.

Wie in 3 gezeigt, ist die Planarisierungseffizienz des Elektropolier-Elektrolyts 4-5 ohne ein Alkohol-Additiv und eine organische Säure die schlechteste. Vergleicht man das Planarisierungsvermögen nur des Alkohol-Additivs, ist die Planarisierungseffizienz des Elektropolier-Elektrolyts 4-4 unter Verwendung des Glycerols als Alkohol-Additiv demjenigen des Elektropolier-Elektrolyts 4-3 unter Verwendung des Methanols als Alkohol-Additiv überlegen. Außerdem ist die Planarisierungseffizienz des Elektropolier-Elektrolyts 4-1 und 4-2 unter Verwendung von Phosphorsäure derjenigen des Elektropolier-Elektrolyts 4-3, 4-4 und 4-5 ohne die Zugabe der organischen Säure überlegen.

Mit anderen Worten, die Planarisierungseffizienz des Elektropolier-Elektrolyts mit zwei Additiven (organischer Säure und Alkohol-Additiv) ist besser als diejenige nur unter Zugabe von organischer Säure. Ferner ist beim Vergleich der Planarisierungseffizienz des Elektropolier-Elektrolyts 4-1 mit der mit einer geeigneten Menge an Glycerol vermischten Essigsäure derjenigen des Elektropolier-Elektrolyts 4-2 mit der mit dem Glycerol vermischten Zitronensäure überlegen und das Planarisierungsvermögen des Elektropolier-Elektrolyts unter Verwendung von Essigsäure ist höher als dasjenige unter Verwendung der Zitronensäure. Demzufolge lässt sich ein Elektropolier-Elektrolyt mit einer passenden Rezeptur von zweifachen Additiven finden und man kann eine optimale Planarisierungseffizienz mit einer Zeilenweite im Bereich zwischen 1 und 50 &mgr;m haben.

Die 4 zeigt die Poliergeschwindigkeit des Elektropolier-Elektrolyts gemäß der vorliegenden Erfindung. Wenn die Konzentration der organischen Säure in der Phosphorsäure kleiner ist als ein bestimmter Wert (12 000 ppm), nimmt die Poliergeschwindigkeit mit der Zunahme der organischen Säure zu. Dementsprechend ist, wenn das volumetrische Verhältnis des Alkohol-Additivs zu der Phosphorsäure kleiner als 1/100 ist, wie das volumetrische Verhältnis 1/500 und 1/1000), die Poliergeschwindigkeit nahezu die gleiche wie bei einem volumetrischen Verhältnis von 1/100. Mit anderen Worten, wenn die Löslichkeit der organischen Säure in der Phosphorsäure nicht bis zum Grenzwert heranreicht (12 000 ppm), ist die entsprechende Kupfer-Poliergeschwindigkeit empfindlich, während die Poliergeschwindigkeit unempfindlich ist, wenn das volumetrische Verhältnis des Alkohol-Additivs zu Phosphorsäure unter 1/100 liegt, und die Poliergeschwindigkeit nimmt nicht zu, bis das volumetrische Verhältnis bis zu 1/2000 erhöht wird. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die anwendbare Konzentration des Alkohol-Additivs gerade im unempfindlichen Bereich gewählt, in dem die entsprechende Poliergeschwindigkeit unempfindlich ist, wie in 4 gezeigt.

Glycerol besitzt den Minimalkontaktwinkel (etwa 19,35°) auf einer Kupferoberfläche in den Alkohol-Additiven, wie Glycerol, Methanol und Ethanol, während der Kontaktwinkel der reinen Phosphorsäure auf der Kupferoberfläche 89° beträgt. Daher ist der Grund, warum das Alkohol-Additiv die Planarisierungseffizienz des Elektropolier-Elektrolyts verbessern kann, möglicherweise auf die unterschiedliche Benetzbarkeit auf der Kupferoberfläche zurückzuführen, was demzufolge dessen Fähigkeit zur Inhibierung der Poliergeschwindigkeit für Kupfer beeinflusst. Wie in 4 gezeigt, besitzt das Glycerol das leistungsfähigste Inhibitionsvermögen beim Kupfer-Elektropolieren. Die drei Alkohol-Additive werden in eine Phosphorsäure gegeben, um drei Elektropolier-Elektrolyte herzustellen, und die Planarisierungseffizienz des Glycerol enthaltenden Elektrolyts ist höher als diejenige der das Methanol und das Ethanol enthaltenden Elektrolyte (die Planarisierungseffizienz des Methanols liegt nahe an derjenigen des Ethanols). Dabei wird angenommen, dass die Planarisierungseffizienz mit dem Kontaktwinkel des hinzugefügten Alkohol-Additivs auf der Kupferoberfläche zusammenhängt.

Die 5 ist ein schematisches Diagramm, welches den Betrieb des Elektropolier-Elektrolyts gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie in 5 gezeigt, kann der Elektropolier-Elektrolyt auf der Metallschicht 20 (in Bezug auf 1) in zwei Regionen eingeteilt werden: eine Masseregion 52 und eine Diffusionsregion 54. Jede Spezies des Elektropolier-Elektrolyts ist gleichmäßig in der Masseregion 52 verteilt, während die Spezies einen Konzentrationsgradienten in der Diffusionsregion 54 infolge der Elektropolierreaktion auf der Oberfläche der Metallschicht 20 liefert. Mit anderen Worten, wenn das Elektropolierverfahren unter Verwendung eines Elektrolyts sowohl mit organischer Säure 62 als auch mit Alkohol-Additiv 60 in der Phosphorsäure durchgeführt wird, liefern das Alkohol-Additiv 60 und die organische Säure 62 eine Konzentrationsgradientenverteilung zwischen der konvexen Krümmung 22 und der konkaven Krümmung 24 auf der Kupfermetallschicht 20 während des Elektropolierverfahrens, d. h. die Konzentration der organischen Säure 62 in der konkaven Krümmung 24 ist geringer als diejenige in der konvexen Krümmung 22.

Da die Konzentration des Alkohol-Additivs 60 und der organischen Säure 62 eine Gradientenverteilung auf einer rauhen Oberfläche der Kupfermetallschicht 20 liefert, ist die Konzentration dieser Additive in der konvexen Krümmung 22 höher als diejenige in der konkaven Krümmung 24. Wenn das in die konkave Krümmung 24 diffundierte Additiv das Alkohol-Additiv 60 ist, wird verhindert, dass die Kupfermetallschicht in der konkaven Krümmung 24 geätzt wird. Wenn das Additiv die organische Säure 62 ist, ist die Elektropoliergeschwindigkeit in der konkaven Krümmung 24 viel geringer als diejenige in der konvexen Krümmung 22, da die Menge der organischen Säure 62 in der konkaven Krümmung 24 kleiner ist als diejenige in der konvexen Krümmung 22. Die vorliegende Erfindung fügt eine bestimmte Menge an Alkohol-Additiv und der organischen Säure in den Phosphorsäureelektrolyt hinzu, um das Elektropolierverfahren durchzuführen. Folglich wird die konkave Krümmung 24 der Kupfermetallschicht 20 mit einer langsamere Geschwindigkeit als die konvexe Krümmung 22 entfernt, was demzufolge die Planarisierungseffizienz des Elektropolier-Elektrolyts verbessern kann.

Mehrere Elektropolier-Verfahren werden auf einer Kupferoberfläche ohne Muster unter Verwendung verschiedener Elektrolyte, die eine unterschiedliche Menge an organischer Säure und Alkohol-Additiv enthalten, durchgeführt. Wie in der obigen Beschreibung erwähnt, nimmt die Elektropolier-Geschwindigkeit mit der Zugabe der organischen Säure zu, wenn die Konzentration der organischen Säure 62 in Phosphorsäure kleiner ist als ein bestimmter Wert (12 000 ppm). Die Elektropoliergeschwindigkeit eines Elektrolyts mit einem volumetrischen Verhältnis von Alkohol-Additiv 60 zu der Phosphorsäure von unter 1/100, wie 1/500 und 1/1000, ist nahezu die gleiche wie diejenige eines anderen Elektrolyts, der das Alkohol-Additiv 60 mit einem volumetrischen Verhältnis von 1/100 enthält. Mit anderen Worten, die Kupfer-Elektropoliergeschwindigkeit ist empfindlich, wenn die Löslichkeit der organischen Säure 62 in der Phosphorsäure nicht einen Grenzwert erreicht, die Elektropoliergeschwindigkeit ist unempfindlich, wenn das volumetrische Verhältnis von Alkohol-Additiv 60 zu der Phosphorsäure unter 1/100 beträgt, und die Elektropoliergeschwindigkeit nimmt zu, wenn das volumetrische Verhältnis auf 1/2000 erhöht wird.

Während des Elektropolierverfahrens erhöht die organische Säure 62 die Elektropoliergeschwindigkeit und das Alkohol-Additiv 60 inhibiert die Elektropoliergeschwindigkeit der konvexen Krümmung 22 und der konkaven Krümmung 24 in der Diffusionsregion 54 gleichzeitig. Die Inhibierungswirkung (Verringerung der Elektropoliergeschwindigkeit) des Alkohol-Additivs 60 in der konvexen Krümmung 22 ist nahezu die gleiche wie diejenige in der konkaven Krümmung 24. Die organische Säure 62 ist für die Konzentration empfindlich, d. h. die Elektropoliergeschwindigkeit in der konvexen Krümmung 22 ist schneller, da eine höhere Konzentration der organischen Säure 62 vorliegt, und die Elektropoliergeschwindigkeit in der konkaven Krümmung 24 ist langsamer, da eine geringere Konzentration der organischen Säure 62 vorliegt. Dementsprechend besitzt Alkohol-Additiv eine ähnliche inhibierende Wirkung in der konvexen Krümmung 22 und konkaven Krümmung 24.

Kurz gefasst, die vorliegenden Elektrolyte können den Unterschied in der Elektropoliergeschwindigkeit einer Kupfermetallschicht 20 mit einer rauhen Oberfläche erhöhen, und die Elektropoliergeschwindigkeit in der konvexen Krümmung 22 ist höher als in der konkaven Krümmung 24 auf der Kupferschicht 20, um die Planarisierungseffizienz des Kupfer-Elektropolierverfahrens zu erhöhen. Ferner ist die Benetzbarkeit des Glycerols höher als diejenige von anderem hydroxylhaltigen organischen Additiv, eine bestimmte Menge an Glycerol kann in die Phosphorsäure zugefügt werden, was zu einem unterschiedlichen Diffusionsvermögen für Elektropolierspezies in der konkaven Krümmung 24 und in der konvexen Krümmung 22 führt und eine höhere Planarisierungseffizienz erzeugt als das andere hydroxylhaltige organische Additiv.

Die 6 zeigt mehrere elektronische Abtastbilder von Gräben mit einer Breite von 1, 5 und 50 &mgr;m vor und nach der Planarisierung unter Verwendung des Elektropolier-Elektrolyts 4-1. Die Oberfläche des Grabens wurde mit einer Kupferschicht vor dem Planarisierungsverfahren abgeschieden, wie in den 6(a), 6(d) und 6(g) gezeigt ist. Das Planarisierungsverfahren wird 180 Sekunden lang unter einer Spannung von 1,75 (Volt) unter Verwendung des Elektropolier-Elektrolyts 4-1 durchgeführt. Das Energiedispersionsspektrometer (EDS) wird zur Durchführung einer Elementanalyse innerhalb und außerhalb des Grabens verwendet, das Element innerhalb des Grabens ist hauptsächlich Kupfer, während Elemente außerhalb des Grabens hauptsächlich Tantal (Ta) sind, die aus der Diffusionsschicht bestehen. Folglich kann der vorliegende Elektropolier-Elektrolyt tatsächlich Kupfer innerhalb des Grabens (d. h. innerhalb der konkaven Krümmung) halten und Kupfer außerhalb des Grabens (d. h. innerhalb der konvexen Krümmung) entfernen, um die Kupferschicht zu planarisieren. Drei unterschiedliche Zeilenweiten werden nach einem Elektropolierverfahren unter Verwendung des Elektrolyts 4-1 vollständig planarisiert, wie in 6(c), 6(f) und 6(i) gezeigt. Die 6(b), 6(e) und 6(h) sind Bilder nach einem Elektropolierverfahren unter Verwendung eines Elektrolyts unter Hinzufügung lediglich einer organischen Säure in Phosphorsäure, wobei die Planarisierungseffizienz nicht die höchste erreicht, obwohl es eine gewisse Verbesserung gibt, und die Planarisierungseffizienz unterscheidet sich von derjenigen des Elektrolyts, welcher sowohl die organische Säure als auch das Alkohol-Additiv enthält.

Die 7(a) und 7(b) sind Atomkraftmikroskop-(AFM-)Bilder nach dem Polieren auf einer Kupferoberfläche, wobei der in 7(a) verwendete Elektropolier-Elektrolyt kein Alkohol-Additiv einschließt, während der in 7(b) verwendete Elektropolier-Elektrolyt das Alkohol-Additiv aufweist. Während des Elektropolierverfahrens werden Wassermoleküle in dem Elektropolier-Elektrolyt abgebaut unter Bildung von Sauerstoff, welcher zahlreiche Grübchen bzw. Krater, d. h. schwarze Flecken, wie in 7(a) gezeigt, auf der Kupferoberfläche bildet. Kupfer (Cu) wird zu Kupferionen (Cu2+) durch die angelegte Spannung während des Elektropolierverfahrens oxidiert, und das Kupferion existiert in dem Elektropolier-Elektrolyt in Formen von Kupferoxid (CuO) oder Kupfer(II)-oxid (Cu(OH)2). Da die Alkohol-Additivverbindung Reaktanten reduzieren kann und Kupferoxid auf der Kupferoberfläche entfernen kann zur Bildung einer sauberen Oberfläche, kann das Hinzufügen des Alkohol-Additivs in den Elektropolier-Elektrolyt die Bildung der schwarzen Flecken inhibieren, wie in 7(b) gezeigt.

Die oben beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sollen lediglich veranschaulichenden Charakter haben. Zahlreiche alternative Ausführungsformen können von Fachleuten auf dem Gebiet entworfen werden, ohne vom Umfang der folgenden Ansprüche abzuweichen.

ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNG

Der vorliegende Elektropolier-Elektrolyt umfasst eine Säurelösung und ein Alkohol-Additiv mit mindestens einer Hydroxygruppe, wobei der Kontaktwinkel des Alkohol-Additivs kleiner als der Kontaktwinkel der Säurelösung auf einer Metallschicht unter Elektropolierung ist. Das Alkohol-Additiv wird aus Methanol, Ethanol und Glycerol gewählt, und die Säurelösung umfasst Phosphorsäure. Das Volumenverhältnis von Glycerol zu Phosphorsäure liegt zwischen 1:50 und 1:200, und beträgt bevorzugterweise 1:100. Das Volumenverhältnis liegt zwischen 1:100 und 1:150 für Methanol zu Phosphorsäure, und zwischen 1:100 und 1:150 für Ethanol zu Phosphorsäure. Darüber hinaus umfasst die Säurelösung eine organische Säure, die aus der Gruppe gewählt ist, welche aus Essigsäure und Zitronensäure besteht. Die Konzentration liegt zwischen 10 000 und 12 000 ppm für die Essigsäure und zwischen 500 und 1000 ppm für Zitronensäure.


Anspruch[de]
Elektropolier-Elektrolyt, umfassend eine Säurelösung und ein Alkohol-Additiv mit mindestens einer Hydroxygruppe, wobei der Kontaktwinkel des Alkohol-Additivs auf einer Metallschicht unter Elektropolierung kleiner als der Kontaktwinkel der Säurelösung ist. Elektropolier-Elektrolyt gemäß Anspruch 1, wobei das Alkohol-Additiv aus der Gruppe gewählt wird, die aus Methanol, Ethanol und Glycerol besteht. Elektropolier-Elektrolyt gemäß Anspruch 2, wobei die Säurelösung Phosphorsäure umfasst. Elektropolier-Elektrolyt gemäß Anspruch 3, wobei das Volumenverhältnis von Glycerol zu Phosphorsäure zwischen 1:50 und 1:200 liegt. Elektropolier-Elektrolyt gemäß Anspruch 3, wobei das Volumenverhältnis von Glycerol zu Phosphorsäure 1:100 ist. Elektropolier-Elektrolyt gemäß Anspruch 3, wobei das Volumenverhältnis von Methanol zu Phosphorsäure zwischen 1:100 und 1:150 liegt. Elektropolier-Elektrolyt gemäß Anspruch 3, wobei das Volumenverhältnis von Ethanol zu Phosphorsäure zwischen 1:100 und 1:150 liegt. Elektropolier-Elektrolyt gemäß Anspruch 3, wobei die Säurelösung ferner eine organische Säure umfasst. Elektropolier-Elektrolyt gemäß Anspruch 8, wobei die organische Säure aus der Gruppe gewählt wird, die aus Essigsäure und Zitronensäure besteht. Elektropolier-Elektrolyt gemäß Anspruch 9, wobei die Konzentration der Essigsäure zwischen 10 000 und 12 000 ppm liegt. Elektropolier-Elektrolyt gemäß Anspruch 9, wobei die Konzentration der Zitronensäure zwischen 500 und 1 000 ppm liegt. Verfahren zur Planarisierung einer Metallschicht, wobei die Metallschicht mindestens eine konkave Krümmung und eine konvexe Krümmung aufweist, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Alkohol-Additivs zur Bildung einer Inhibitionsschicht auf der Metallschicht, um die Poliergeschwindigkeit auf der Oberfläche der Metallschicht zu verringern, und durch die Verwendung einer Säurelösung, um die Metallschicht zu polieren, wobei die Säurelösung einen Konzentrationsgradienten zwischen der konkaven Krümmung und der konvexen Krümmung bildet, so dass die Poliergeschwindigkeit schneller auf der konvexen Krümmung ist als die Poliergeschwindigkeit auf der konkaven Krümmung. Verfahren zur Planarisierung einer Metallschicht gemäß Anspruch 12, wobei das Alkohol-Additiv aus der Gruppe gewählt wird, die aus Methanol, Ethanol und Glycerol besteht. Verfahren zur Planarisierung einer Metallschicht gemäß Anspruch 13, wobei die Säurelösung Phosphorsäure umfasst. Verfahren zur Planarisierung einer Metallschicht gemäß Anspruch 14, wobei das Volumenverhältnis von Glycerol zu Phosphorsäure zwischen 1:50 und 1:200 liegt. Verfahren zur Planarisierung einer Metallschicht gemäß Anspruch 14, wobei das Volumenverhältnis von Glycerol zu Phosphorsäure 1:100 ist. Verfahren zur Planarisierung einer Metallschicht gemäß Anspruch 14, wobei das Volumenverhältnis von Methanol zu Phosphorsäure zwischen 1:100 und 1:150 liegt. Verfahren zur Planarisierung einer Metallschicht gemäß Anspruch 14, wobei das Volumenverhältnis von Ethanol zu Phosphorsäure zwischen 1:100 und 1:150 liegt. Verfahren zur Planarisierung einer Metallschicht gemäß Anspruch 14, wobei die Säurelösung ferner eine organische Säure umfasst. Verfahren zur Planarisierung einer Metallschicht gemäß Anspruch 19, wobei die organische Säure aus der Gruppe gewählt wird, die aus Essigsäure und Zitronensäure besteht. Verfahren zur Planarisierung einer Metallschicht gemäß Anspruch 20, wobei die Konzentration der Essigsäure zwischen 10 000 und 12 000 ppm liegt. Verfahren zur Planarisierung einer Metallschicht gemäß Anspruch 20, wobei die Konzentration der Zitronensäure zwischen 500 und 1 000 ppm liegt.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com