??
Kenji Yajima[10]等人認為電鍍陽極的晶粒尺寸和大小在電鍍過程中對黑膜的影響很大，但它最好為再結(jié)晶結(jié)構(gòu)，這樣方便黑膜的形成。小的晶粒尺寸無疑是最優(yōu)的模式，特別是晶粒尺寸小于10μm是最優(yōu)的尺寸，但是考慮到成本的因素，平均晶粒尺寸在10-50μm都是比較好的。再結(jié)晶后平均晶粒尺寸如果超過50μm，陽極表面形成的黑膜趨向于分離。因此最優(yōu)的晶粒尺寸應(yīng)為15-35μm。圖3顯示了不同晶粒尺寸的集成電路用磷銅陽
極的微觀組織照片。由于磷的質(zhì)量百分含量都約為0.05%左右，因此磷元素都以固溶的形態(tài)存在于基體中。晶界上沒有明顯的第二相或其它組織，因此是典型的純銅微觀組織結(jié)構(gòu)。在圖3(a)中可以看到不同的晶粒尺寸，有的很小約幾微米，有的很大約幾百微米，這樣的組織結(jié)構(gòu)是非常不均勻的，可能導(dǎo)致富含在晶內(nèi)或晶界的P元素分布很不均勻，從而導(dǎo)致在電鍍過程中Cu3P黑膜的膜厚不均勻，影響電鍍效果，因此這樣的組織是要盡量避免的。圖(b)和圖(c)的平均晶粒尺寸分別為10μm和42μm，而且從金相組織照片看，晶粒分布均勻，方向隨機，這樣的組織使得P元素的分布均勻，Cu3P黑膜的膜厚均勻，電鍍效果會非常好。圖(d)的晶粒尺寸約為158μm，由于晶粒過大，很容易引起Cu3P黑膜不夠致密，這樣使得Cu2+的電離速度不相同，引起鍍層不夠致密，厚度不夠均勻，此類組織也不是最佳的組織結(jié)構(gòu)。
在制備磷銅陽極的過程中，由于通常都采用的高純銅進行熔煉，在凝固過程中，由于雜質(zhì)含量少，往往形成大晶粒尺寸的磷銅鑄錠。然后，再通過塑性變形和熱處理結(jié)合的方法來細化晶粒尺寸，以滿足集成電路行業(yè)的要求。
3.4磷銅陽極中的含氧量
磷銅陽極中本身不希望含有大量的氧，因為當(dāng)氧含量高時，極易生產(chǎn)Cu2O和CuO的兩種化合物，會導(dǎo)致Cu2O和CuO分布于晶界處，分布不均勻，影響電鍍效果。由于含氧量的不均勻，會導(dǎo)致磷銅陽極電解時產(chǎn)生陽極鈍化，使得陽極失去了原有的特性，電鍍平衡破壞，影響電鍍質(zhì)量。因此，專利[10]認為，如果O含量高于2ppm,電極表面的黑膜，很容易受到破壞，而O含量小于0.1ppm時，從生產(chǎn)的角度和成本控制的角度來說，都過高。因此集成電路用磷銅陽極的氧含量在0.1-2ppm比較合適，最優(yōu)的氧含量為0.4-1.2ppm.
4·結(jié)論和展望
采用雙大馬士革工藝(Dual Damascene)制備的集成電路互連線要求的磷銅陽極必須具備如下條件：①磷元素的含量在0.04%-0.065%，且分布均勻。②制備的磷銅陽極的高純銅原料至少保證純度大于99.99%。③磷銅陽極的最佳晶粒尺寸為小于50微米，且晶粒尺寸均勻無分層。④磷銅陽極的含氧量在0.4-1.2ppm為佳。集成電路互連線用磷銅陽極的研究正在朝著大尺寸、長壽命和低消耗的方向發(fā)展。還有很多方面都有待研究：如何通過合理的熔煉方式、冷卻方式和熱處理方式保證磷元素的分布均勻;如何通過合理的變形工藝和熱處理工藝，保證晶粒尺寸的細小，均勻，無明顯的分層現(xiàn)象;如何合理的設(shè)計陽極的表面形狀，增大溶液接觸面積，保持電鍍液的穩(wěn)定性;如何通過調(diào)整電流參數(shù)、添加劑、硫酸和硫酸銅等參數(shù)來得到低電阻、高致密度和平整的鍍層等。
