一种用醋酸刻蚀氧化铜的新方法

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引言

由于乙酸不会氧化铜表面，因此乙酸常用于去除氧化铜而不侵蚀铜膜。乙酸还具有低表面张力，易于从表面移除。因此，不需要去离子(DI)水冲洗来移除残留的乙酸，可以防止水冲洗导致的铜再氧化。

英思特研究了在低温下用乙酸去除氧化铜。乙酸去除各种氧化铜，包括氧化亚铜、氧化铜和氢氧化铜，而不会侵蚀下面的铜膜。这些氧化物的去除通过X射线光电子能谱测定。乙酸可以耐受且不妨碍氧化物的去除，同时产生无氧化物的表面。

然而，如果在乙酸处理后进行去离子水漂洗，氢氧化铜表面膜立即形成。在35℃下进行乙酸处理，不用水冲洗，可去除自然氧化铜，并产生无氧化物、无条纹的铜表面。

实验与讨论

我们使用以500rpm旋转的搅拌棒进行搅拌，为了确保重现性，在35℃下进行实验，以建立一个可控的、可重现的温度值。为了在实验中获得薄的氧化铜，铜膜在沉积后立即暴露于洁净室空气中，以形成天然的氧化铜表面。将样品浸入35℃的乙酸5至10分钟后取出，用氮气流干燥样品，以从表面置换乙酸。

乙酸处理前，英思特用XPS Cu 2p分析显示了典型的天然氧化铜，如图1所示，具有铜化合物的强烈振动峰特征。乙酸处理5秒后，不含氧化物的铜峰[932.6电子伏(2p3/2)和952.4电子伏(2p1/2)]在Cu 2p光谱中占主导地位，见图2。

我们没有检测到属于Cu(OH)2和CuO的峰，轻微的Cu2O峰占表面的2%原子不到,这可能是由于环境空气转移到XPS中。事实上，通过角度分辨深度分析表明，这种Cu2O存在于表面上，而不是在体铜或铜-二氧化硅界面内。

图1：Cu 2p XPS光谱下原始的天然氧化铜

图2：铜表面在35℃下乙酸处理5s后反应

由于水(含溶解氧)在确定铜表面氧化物的存在和类型方面起着至关重要的作用，因此确定溶解氧的影响和用于表面处理的乙酸中可容许的水浓度是很重要的。这种信息将有助于了解在制造条件下进行乙酸处理的控制和再现性。相对于用“未吹扫”乙酸处理的铜表面，用氮气吹扫30分钟的冰乙酸处理铜表面不会引起XPS光谱的变化。如果铜被冰醋酸中的氧气氧化，氧化程度较小，醋酸可以去除形成的任何氧化物。

此外，用高达4%的去离子水稀释乙酸不会阻碍氧化物的去除。在这些较低的浓度下(< 4%体积)，所得的铜XPS光谱与通过以下方法获得的光谱相同。与用阿迪水漂洗进行的实验相反，当少量的水加入到乙酸浴中时，不会形成氢氧化铜。在35℃和10分钟的空气暴露下，或者加入的少量水不会氧化铜表面，或者更可能的是，形成的任何氧化物都被乙酸除去。

随着加入更多的水(高达20%体积)，大部分氧化铜仍然被除去。然而，XPS分析表明，暴露于这些混合物时，不同的氧化物仍然存在；未对氧化物残留进行量化。

结论

英思特研究了在低温下使用乙酸从铜表面去除氧化铜的方法。基于XPS结果，在乙酸处理后，所得铜表面在暴露于空气中约1分钟内保持无氧化物。此外，由于氮气干燥产生一个无条纹，有光泽的表面，因此阿迪水冲洗可能不需要。如果使用阿迪水冲洗，氢氧化铜立即在铜表面形成，而醋酸产生一个无氧化物的表面。