Кинетика электрокристаллизации меди из кислого сульфатного раствора в присутствии N-метилполивинилпиридин-метилсульфата

Авторы

  • Евгения Алексеевна Ильина ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет», Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация https://orcid.org/0009-0004-4825-5894 (unauthenticated)
  • Олег Александрович Козадеров ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет», Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0002-0249-9517 (unauthenticated)
  • Надежда Васильевна Соцкая ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет», Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0003-4088-1546 (unauthenticated)
  • Дмитрий Юрьевич Вандышев ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет», Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0001-8606-458X (unauthenticated)
  • Владимир Андреевич Поликарчук ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет», Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация https://orcid.org/0009-0001-7339-5803 (unauthenticated)
  • Хидмет Сафарович Шихалиев ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет», Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0002-6576-0305 (unauthenticated)

DOI:

https://doi.org/10.17308/kcmf.2025.27/13013

Ключевые слова:

медь, электроосаждение, нуклеация, кинетика, поливинилпиридин, кватернизированные производные

Аннотация

Цель статьи: В данной работе устанавливаются кинетические закономерности и оцениваются основные параметры гетерогенной нуклеации и роста новой фазы при электроокристаллизации меди в ходе катодного осаждения из кислого сульфатного раствора в присутствии N-метилполивинилпиридин-метилсульфата различно молярной массы. Исследуемый полимер представляет собой кватернизированное производное поливинилпиридина и является перспективной органической добавкой для использования в технологии электрохимического беспустотного заполнения сквозных отверстий (through silicon vias) кремниевых пластин, используемой в микроэлектронике при
производстве микросхем.

Экспериментальная часть: С применением сканирующей электронной микроскопии установлено, что применение добавки N-метилполивинилпиридин-метилсульфата приводит к заметному уменьшению размеров кристаллитов и размытию межзеренных границ, однако может способствовать локализованному образованию глобулярных образований (если молекулярная масса полимера относительно невелика) или формированию слоистой структуры (в случае высокомолекулярных производных). Введение кватернизированного полимера в раствор меднения существенно ингибирует процесс электроосаждения, который включает стадии необратимого переноса заряда и диффузионно-контролируемой электрокристаллизации.

Выводы: Найдено, что процесс активации центров гетерогенного зародышеобразования в присутствии полимерной добавки является мгновенным независимо от молярной массы. При этом при ее увеличении существенно снижается плотность активных центров нуклеации

Скачивания

Данные по скачиваниям пока не доступны.

Биографии авторов

  • Евгения Алексеевна Ильина, ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет», Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация

    м. н. с. лаборатории органических добавок для процессов химического и электрохимического осаждения металлов и сплавов, применяемых в электронной промышленности, Воронежский государственный университет (Воронеж, Российская Федерация)

  • Олег Александрович Козадеров, ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет», Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация

    д. х. н., доцент, вед. н. с. лаборатории органических добавок для процессов химического и электрохимического осаждения металлов и сплавов, применяемых в электронной промышленности, Воронежский государственный университет (Воронеж, Российская Федерация)

  • Надежда Васильевна Соцкая, ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет», Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация

    к. х. н., доцент, доцент кафедры физической химии, Воронежский государственный университет (Воронеж, Российская Федерация).

  • Дмитрий Юрьевич Вандышев, ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет», Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация

    к. х. н., доцент, доцент кафедры органической химии, Воронежский государственный университет (Воронеж, Российская Федерация)

  • Владимир Андреевич Поликарчук, ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет», Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация

    к. х. н., м. н. с. лаборатории органических добавок для процессов химического и электрохимического осаждения металлов и сплавов, применяемых в электронной промышленности, Воронежский государственный университет (Воронеж, Российская Федерация)

  • Хидмет Сафарович Шихалиев, ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет», Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация

    д. х. н., профессор, гл. н. с. лаборатории органических добавок для процессов химического и электрохимического осаждения металлов и сплавов, применяемых в электронной промышленности, Воронежский государственный университет (Воронеж, Российская Федерация)

Библиографические ссылки

Wang F., Zeng P., Wang Y., Ren X., Xiao H., Zhu, W. High-speed and high-quality TSV filling with the direct ultrasonic agitation for copper electrodeposition. Microelectronic Engineering. 2017;180: 30–34. https://doi.org/10.1016/j.mee.2017.05.052

Beica R., Siblerud P., Erickson D. Advanced TSV copper electrodeposition for 3D interconnect applications. IMAPSource Proceedings 2010(DPC): 774–802. https://doi.org/10.4071/2010DPC-tp13

Chen X., Chen Z., Xiao L., … Zhang Z. Fabrication and electrical characterization of high aspect ratio through-ilicon vias with polyimide liner for 3D integration. Micromachines. 2022;13(7): 1147. https://doi.org/10.3390/mi13071147

Shen W.-W., Chen K.-N. Three-dimensional integrated circuit (3D IC) key technology: through-silicon via (TSV). Nanoscale Research Letters. 2017;12(1): 56. https://doi.org/10.1186/s11671-017-1831-4

Kondo K., Matsumoto T., Watanabe K. Role of additives for copper damascene electrodeposition: experimental study on inhibition and acceleration effects. Journal of The Electrochemical Society. 2004;151: C250. http://dx.doi.org/10.1149/1.1649235

Xiao H., He H., Ren X., Zeng P., Wang F. Numerical modeling and experimental verification of copper electrodeposition for through silicon via (TSV) with additives. Microelectronic Engineering. 2016;170: 54–58. https://doi.org/10.1016/j.mee.2016.12.030

Tsai T.-H., Huang J.-H. Electrochemical investigations for copper electrodeposition of through-silicon via. Microelectronic Engineering. 2011;88: 195–199. https://doi.org/10.1016/j.mee.2010.10.018

Jin Y., Sun M., Mu D., Ren X., Wang Q., Wen L. Investigation of PEG adsorption on copper in Cu2+-free solution by SERS and AFM. Electrochimica Acta. 2012;78: 459–465. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2012.06.039

Kelly J., West A. Copper deposition in the presence of polyethylene glycol I. Quartz crystal microbalance study. Journal of The Electrochemical Society. 1998;145: 3472–3476. https://doi.org/10.1149/1.1838829

Dow W.-P., Chiu Y.-D., Yen M.-Y. Microvia filling by Cu electroplating over a Au seed layer modified by a disulfide. Journal of The Electrochemical Society. 2009;156: D155. https://doi.org/10.1149/1.3078407

Sun Q., Cao H., Ling H., Li M. Analysis of accelerator consumption in TSV copper electroplating. Proceedings - 2013 14th International Conference on Electronic Packaging Technology. 2013: 818–821. https://doi.org/10.1109/ICEPT.2013.6756589

Meng Y., Zhou M., Huang W., Min Y., Shen X., Xu Q. Benzyl-containing quaternary ammonium salt as a new leveler for microvia copper electroplating. Electrochimica Acta. 2022;429: 141013. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2022.141013

Moffat T., Wheeler D., Kim S.-K., Josell D. Curvature enhanced adsorbate coverage mechanism for bottom-up superfilling and bump control in damascene processing. Electrochimica Acta. 2007;53: 145–154. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2007.03.025

Jung M.-W., Kim K.-T., Koo Y.-S., Lee J.-H. The effects of levelers on electrodeposition of copper in TSV filling. Journal of the Microelectronics and Packaging Society. 2012;19. https://doi.org/10.6117/kmeps.2012.19.2.055

Kelly J., Tian Chunyan, West A. Leveling and microstructural effects of additives for copper electrodeposition. Journal of The Electrochemical Society. 1999;146: 2540-2545. https://doi.org/10.1149/1.1391968

Wang C., Zhang J., Yang P., An M. Electrochemical behaviors of Janus Green B in through-hole copper electroplating: An insight by experiment and density functional theory calculation using Safranine T as a comparison. Electrochimica Acta. 2013;92: 356–364. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2013.01.064

Li J., Xu J., Wang X., Wei X., Lv J., Wang L. Novel 2,5-bis(6-(trimethylamonium)hexyl)-3,6-diaryl-1,4-iketopyrrolo[3,4-c] pyrrole pigments as levelers for efficient electroplating applications. Dyes and Pigments, 2020;186: 109064. https://doi.org/10.1016/j.dyepig.2020.109064

Yaqiang L., Ren P., Zhang Yu., … An M. Investigation of novel leveler Rhodamine B on copper superconformal electrodeposition of microvias by theoretical and experimental studies. Applied Surface Science. 2022;615: 156266. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2022.156266

Willey M. J., West A. C. SPS adsorption and desorptionduring copper electrodeposition and its impact on PEG adsorption. Journal of The Electrochemical Society. 2007;154(3): D156–D162. https://doi.org/10.1149/1.2431320

Zhou J., Reid J. D. Impact of leveler molecular weight and concentration on Damascene copper electroplating. ECS Transactions. 2007;2(6): 77–92. https://doi.org/10.1149/1.2408866

Jin S. H., Yoon Y., Jo Y., … Lee M. H.. The effects of polyvinylpyrrolidone molecular weight on defect-free filling of through-glass vias (TGVs). Journal of Industrial and Engineering Chemistry. 2021;96: 376–381. https://doi.org/10.1016/j.jiec.2021.01.046

Hatch J. J., Willey M. J., Gewirth A. A. Influence of aromatic functionality on quaternary ammonium levelers for Cu plating. Journal of The Electrochemical Society. 2011;158(6): D323–D329. https://doi.org/10.1149/1.3575636

Yuan B., Chen X., Zhao Y., Zhou W., Li X., Wang L. Unveiling the potential and mechanisms of 3,3’-bicarbazole-based quaternary ammonium salts as levelers. Electrochimica Acta. 2023;471: 143345. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2023.143345

Li X., Yin X., Li J., … Wang L. Synthesis of coplanar quaternary ammonium salts with excellent electrochemical properties based on an anthraquinone skeleton and their application in copper plating. Electrochimica Acta. 2022;437: 141541. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2022.141541

Jo Y. E., Yu D. Y., Cho S. K. Revealing the inhibition effect of quaternary ammonium cations on Cu electrodeposition. Journal of Applied Electrochemistry. 2020;50: 245–253. https://doi.org/10.1007/s10800-019-01381-4

Zou P., Li X., Chen X., Zhou W., Du K., Wang L. Synthesis and mechanism of quaternary ammonium salts based on porphyrin as high-performance copper levelers. Tetrahedron. 2024;159: 134011. https://doi.org/10.1016/j.tet.2024.134011

Garfias Garcia E., Romero-Romo M., María T., Ramírez-Silva, Palomar-Pardavé M. Overpotential nucleation and growth of copper onto polycrystalline and single crystal gold electrodes. International Journal of Electrochemical Science. 2012;7(4): 3102–3114. https://doi.org/10.1016/S1452-3981(23)13938-1

Sainsbury F. Stirling engine arrangement. Pat. US 3 682 939 A. Опубл. 08.08.1972.

Lyapkov A. V. Physicochemical methods for studying polymers: textbook* [Electronic resource] 2022. 152 p. Available at: https://www.researchgate.net/profile/Alex-Lyapkov/publication/360862354Fiziko-himiceskiemetodyis sledovaniapolimerov/links/628f641055273755ebb77b52/Fiziko-himiceskie-metody-issledovania-polimerov.pdf

Zhang Q., Yu X., Hua Y., Xue W. The effect of quaternary ammonium-based ionic liquids on copper electrodeposition from acidic sulfate electrolyte. Journal of Applied Electrochemistry. 2015;45: 79–86. https://doi.org/10.1007/s10800-014-0774-z

Scharifker B., Hills G. Theoretical and experimental studies of multiple nucleation. Electrochimica Acta. 1983;28(7): 879-889. https://doi.org/10.1016/0013-4686(83)85163-9

Wang F., Tian Y., Zhou K., … Yao W. Using a triblock copolymer as a single additive in high aspect ratio through silicon via (TSV) copper filling. Microelectronic Engineering. 2021;244-246: 111554. https://doi.org/10.1016/j.mee.2021.111554

Загрузки

Опубликован

2025-09-25

Выпуск

Том 27 № 3 (2025)

Раздел

Оригинальные статьи

Как цитировать

Кинетика электрокристаллизации меди из кислого сульфатного раствора в присутствии N-метилполивинилпиридин-метилсульфата. (2025). Конденсированные среды и межфазные границы, 27(3), 368-379. https://doi.org/10.17308/kcmf.2025.27/13013

Наиболее читаемые статьи этого автора (авторов)

<< < 1 2 3 > >>