一种金属电镀组合物及其使用方法与流程

本发明涉及金属电镀，尤其涉及一种金属电镀组合物及其使用方法。

背景技术：

1、对半导体集成电路(ic)装置例如具有高电路速度和高电路密度的计算机芯片的要求需要缩减超大规模集成电路(ulsi)和极大规模集成电路(vlsi)结构中的特征(feature)尺寸。较小的装置尺寸和增加的电路密度的趋势需要降低互连特征的尺寸并且增加其密度。互联特征是在介电基板中形成的特征，例如通孔或沟槽，然后用金属(典型地为铜)填充该特征，以使互连导电。已引入铜来替代铝形成半导体基板中的连接线和互连。具有比除银外的任何金属更好的导电性的铜是所选择的金属，这是因为铜金属化允许较小的特征和使用较少能量使电通过。在金属镶嵌(damascene)加工中，使用电解铜沉积将半导体ic装置的互连特征金属化。

2、随着电路密度增加，互连线的线宽、接触通孔大小及其他特征尺寸都将随之减小，而介电层的厚度却不能随之等比例的缩小，结果就是特征深宽比增大。其次，在集成电路后道工艺中，铜已经逐渐取代铝成为超大规模集成电路互连中的主流互连技术所用材料。在目前的芯片制造中，芯片的布线和互连几乎全部是采用铜镀层。如今逻辑芯片技术节点已发展到28nm及以下的技术水平，而市场上针对此技术水平铜互连电镀添加剂的产品却凤毛麟角，关于此类产品的国产化之路异常艰辛。

3、然而随着集成电路技术节点不断往前推进，对纳米级空洞的填充要求越来越严格。各国研发人员争相研究可实现无孔洞和缺陷、镀层杂质低、均镀性佳、结构致密、表面粗糙度小的电镀方法、电镀液及添加剂。

4、一般来说，用于芯片铜互连电镀添加剂提供跨越衬底表面的沉积物的更好的调平，但往往会损害电镀浴的均镀能力。均镀能力被定义为孔中心铜沉积物厚度与其表面处厚度的比率。

5、因此，亟需一种能够保证电镀后衬底表面无孔洞和缺陷、镀层杂质低、均镀性佳、结构致密、表面粗糙度小的金属电镀组合物。

技术实现思路

1、为了克服现有技术中金属电镀组合物进行电镀时存在的产生孔洞和缺陷、镀层杂质高、均镀性差、结构稀疏、表面粗糙度等技术问题，本发明提供一种用于电解铜涂层的金属电镀组合物。

2、具体的，本发明提供一种金属电镀组合物，包括整平剂，所述整平剂为式(i)的化合物：

3、

4、其中，r1选自烷基和芳烷基；

5、r2选自烷基和芳烷基；

6、r3选自烷基和芳烷基；

7、n为选自1～1500任意的整数。

8、优选的，r1选自下述基团：

9、

10、优选的，r2选自下述基团：

11、

12、优选的，r3选自下述基团：

13、

14、优选的，n为选自3～700的任意整数。

15、优选的，所述整平剂为

16、

17、优选的，所述整平剂的浓度为0.1～30ppm。

18、优选的，还包括铜盐、酸性电解质、卤离子源、加速剂、抑制剂和水。

19、优选的，所述铜盐选自硫酸铜、卤化铜、乙酸铜、硝酸铜、氟硼酸铜、烷基磺酸铜、芳基磺酸铜、氨基磺酸铜和葡糖酸铜中的一种或多种；

20、所述铜盐中铜离子的质量浓度为20-110g/l。

21、优选的，所述烷基磺酸铜为甲烷磺酸铜、乙烷磺酸铜和丙烷磺酸铜中的一种或多种；所述芳基磺酸铜为苯基磺酸铜、苯酚磺酸铜和对甲苯磺酸铜中的一种或多种。

22、优选的，所述酸性电解质为硫酸、磷酸、乙酸、氟硼酸、氨基磺酸、烷基磺酸、芳基磺酸和氢氯酸中的一种或多种；

23、所述酸性电解质的质量浓度为2-210g/l。

24、优选的，所述烷基磺酸为甲烷磺酸、乙烷磺酸、丙烷磺酸和三氟甲烷磺酸中的一种或多种；所述芳基磺酸为苯基磺酸、苯酚磺酸和甲苯磺酸中的一种或多种。

25、优选的，所述卤离子源为氯离子源；所述卤离子源的卤离子的浓度为2-75ppm。

26、优选的，所述氯离子源为氯化铜、氯化锡和氢氯酸中的一种或多种。

27、优选的，还包括加速剂和抑制剂，所述加速剂选自n,n-二甲基-二硫基氨基甲酸-(3-磺丙基)酯、3-巯基-1-丙烷磺酸钾盐、3-巯基-丙基磺酸钠盐、聚二硫二丙烷磺酸钠、碳酸二硫基-o-乙酯-s-酯与3-巯基-1-丙烷磺酸钾盐、双磺丙基二硫化物、3-(苯并噻唑基-s-硫基)丙基磺酸钠盐、吡啶鎓丙基磺基甜菜碱、1-钠-3-巯基丙烷-1-磺酸酯、n,n-二甲基-二硫基氨基甲酸-(3-磺乙基)酯、3-巯基-乙基丙基磺酸-(3-磺乙基)酯、3-巯基乙基磺酸钠盐、碳酸-二硫基-o-乙酯-s-酯与3-巯基-1-乙烷磺酸钾盐、双磺乙基二硫化物、3-(苯噻唑基-s-硫基)乙基磺酸钠盐、吡啶鎓乙基磺基甜菜碱和1-钠-3-巯基乙烷-1-磺酸酯中的一种或多种；

28、所述抑制剂选自聚丙二醇共聚物、聚乙二醇共聚物、环氧乙烷-环氧丙烷共聚物、十八烷醇聚乙二醇醚、壬基酚聚乙二醇醚、辛醇聚亚烃基乙二醇醚、辛烷二醇-双-(聚亚烃基乙二醇醚)、聚(乙二醇-ran-丙二醇)、聚(乙二醇)-嵌段(block)-聚(丙二醇)-嵌段-聚(乙二醇)、聚(丙二醇)-嵌段-聚(乙二醇)-嵌段-聚(丙二醇)和丁醇环氧乙烷－环氧丙烷共聚物中的一种或多种。

29、优选的，所述加速剂的浓度为1～85ppm；所述抑制剂的浓度为2～380ppm。

30、本发明的另一方面，提供一种将如上任一所述的金属电镀组合物用于电镀印刷电路板、晶圆级封装和集成电路的晶片或芯片的使用方法，包括：

31、使所述金属电镀组合物与待电镀衬底接触，所述的衬底可为印刷电路板、晶圆级封装和集成电路的晶片或芯片；施加电流进行电镀。

32、优选的，所述电流的密度为0.1-90asd，电镀过程的温度为10-70℃。

33、优选的，所述电流的密度为0.3-70asd，电镀过程的温度为25～35℃。

34、采用了上述技术方案后，与现有技术相比，具有以下有益效果：

35、1.可实现无孔洞和缺陷、镀层杂质低、均镀性佳、结构致密、表面粗糙度小等技术效果；

36、2.所述金属电镀组合物可具有良好的热可靠性和均镀能力，能够解决孔口封口的问题，“孔口”是指包括通孔和盲通道的凹陷特征。具有较好的工业应用价值。

技术特征：

1.一种金属电镀组合物，其特征在于，包括整平剂，所述整平剂为式(i)的化合物：

2.如权利要求1所述的金属电镀组合物，其特征在于，r1选自下述基团：

3.如权利要求1所述的金属电镀组合物，其特征在于，r2选自下述基团：-ch3，

4.如权利要求1所述的金属电镀组合物，其特征在于，r3选自下述基团：

5.如权利要求1所述的金属电镀组合物，其特征在于，

6.如权利要求1所述的金属电镀组合物，其特征在于，

7.如权利要求1所述的金属电镀组合物，其特征在于，

8.如权利要求1所述的金属电镀组合物，其特征在于，包括铜盐、酸性电解质、卤离子源、加速剂、抑制剂和水。

9.如权利要求8所述的金属电镀组合物，其特征在于，

10.如权利要求9所述的金属电镀组合物，其特征在于，

11.如权利要求8所述的金属电镀组合物，其特征在于，

12.如权利要求11所述的金属电镀组合物，其特征在于，

13.如权利要求8所述的金属电镀组合物，其特征在于，

14.如权利要求13所述的金属电镀组合物，其特征在于，

15.如权利要求8所述的金属电镀组合物，其特征在于，还包括加速剂和抑制剂，

16.如权利要求15所述的金属电镀组合物，其特征在于，

17.一种将如权利要求1-16中任一所述的金属电镀组合物用于电镀印刷电路板、晶圆级封装和集成电路的晶片或芯片的使用方法，其特征在于，包括：

18.如权利要求17所述的使用方法，其特征在于，

19.如权利要求18所述的使用方法，其特征在于，

技术总结本发明提供了一种金属电镀组合物，包括整平剂，所述整平剂为式(I)的化合物：其中，R1选自烷基和芳烷基；R2选自烷基和芳烷基；R3选自烷基和芳烷基；n为选自1～1500的任意整数。采用上述技术方案后，可实现无孔洞和缺陷、镀层杂质低、均镀性佳、结构致密、表面粗糙度小等技术效果；所述金属电镀组合物可具有良好的热可靠性和均镀能力，能够解决孔口封口的问题，“孔口”是指包括通孔和盲通道的凹陷特征。具有较好的工业应用价值。技术研发人员：孙鹏,彭洪修,沈梦涵受保护的技术使用者：宁波安集微电子科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/26