用于电沉积铜柱的电镀整平剂制造技术

本发明专利技术公开了一种用于电沉积的电镀添加剂及其相应的制备方法。本发明专利技术的电镀添加剂能够电镀衬底上的孔，使其在同一铜柱或者不同直径的铜柱具有良好的高度均匀性。

Leveling agent for electroplating copper electrodeposition

The invention discloses an electroplating additive for electrodeposition and a corresponding preparation method thereof. Electroplating additive of the invention can be plated on the substrate hole, which has highly good uniformity in the same or different diameter copper pillars.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于电沉积铜柱的电镀整平剂
本专利技术涉及一种用于电沉积的电镀添加剂，特别涉及一种用于电沉积的电镀整平剂，以及相应的制备方法。
技术介绍
晶圆上IC芯片的引线焊盘(leadpad)通常是用焊球凸点(solderbump)，进行倒装芯片组装。但是在新一代倒装芯片互连上，铜(Cu)柱凸点逐渐取代焊球凸点，铜柱凸点能够提供许多设计优势，同时满足当前和将来的ROHS要求。在电镀铜柱期间，沿着衬底的不规则表面，通常存在电压降变化，这会导致在衬底上的金属沉积不均匀。衬底的一些部分可能被过分电镀，而其它部分则可能电镀不够。为了解决这些问题，会在电镀槽液中添加电镀整平剂，从而实现在衬底表面上的均匀金属沉积。CA1108087披露了一种将光亮锌板电镀到半光亮的方法和电镀槽液，其中将一种水溶性添加剂添加到电镀槽液中，该水溶性添加剂是一种基于聚环氧氯丙烷(polyepichlorohydrin)或聚环氧溴丙烷(polyepibromohydrin)和叔胺(tertiaryamine)的聚合物，并且其中季基团+NR3-取代了聚卤代醇(polyhalohydrin)的至少25％的卤化基团。在季铵基团里，X是氯化或溴化基团，R是烷基、烯基、炔基或烷醇基团、或其混合物，每个基团包含1到4个碳原子。US4555315披露了一种用于在衬底上电镀光亮的、整平的和延展性的铜的改进电解质组合物和方法。添加剂的组成部分包括烷基叔胺(tertiaryalkylamine)和聚环氧氯丙烷(polyepichlorohydrin)的可溶性加合物。US6610192披露了一种在孔径≤2μm的集成电路衬底上电镀铜的方法。该方法包括步骤：将包括一种或多种整平剂的铜电镀槽液接触到将被电镀的衬底。该整平剂是杂环胺(heterocyclicamine)与环氧卤丙烷(epihalohydrin)的反应产物。US7662981披露了一种用于电镀槽液电镀金属层的整平剂化合物。该整平剂是胺与聚环氧化物的反应产物。US8114263披露了一种用于电镀铜的聚乙烯基铵化合物(polyvinylammoniumcompound)。US2010/0126872披露了一种整平剂化合物，其是联吡啶化合物(dipyridylcompound)和烷化剂(alkylatingagent)的反应产物。US2013/0068626披露了一种包含直链或支链的聚合型咪唑化合物的整平剂。尽管传统整平剂可以改善在衬底表面上电镀而形成的金属沉积的质量，但仍然不能满足目前IC技术里对不同直径铜柱电镀的高度均匀性的严格要求。铜柱缺乏高度均匀性，会极大地影响晶圆组件的导电性和稳定性，因为两个晶圆的两个铜凸点之间的连接键可能不是完全连接，且较低高度的铜柱对可能不会有良好的接触。因此需要一种用于电镀不同直径铜柱的电镀添加剂，其能够提供良好的表面平整度和高度均匀性。
技术实现思路
因此，本专利技术的第一方面提供了一种用于铜电镀槽液的电镀添加剂。根据本专利技术的实施例，用于铜电镀槽液的电镀添加剂，具有图1A所示的通用的化学式(I)，其中X包括以下至少一种：氢、烷基、单醇、二醇、三醇、或聚醇；其中Y包括以下至少一种：氢、单醇、二醇、三醇、或聚醇；其中R是含氮原子的基团；其中n是一个从2到250的数字。优选地，含氮原子的基团是仲胺基，其包括支链或无支链的、饱和或不饱和的直链仲胺。优选地，含氮原子的基团是环状胺基，其包括取代或未取代的、饱和或不饱和的环状仲胺。优选地，含氮原子的基团是环状胺基，其包括饱和或不饱和的、N-取代的环叔胺。优选地，含氮原子的基团是环状胺基，其包括取代或未取代的芳族胺。本专利技术的第二方面提供了一种用于电镀的电镀添加剂的制备方法。根据本专利技术的实施例，用于电镀的电镀添加剂的制备方法包括：将醇与催化剂混合在一起，在第一条件下进行第一反应以形成第一中间体；将第一中间体与环氧卤丙烷在第二条件下进行第二反应，以形成第二中间体；将第二中间体与含胺溶液在具有回流的第三条件下进行第三反应。本专利技术的第三方面提供了一种用于电镀的铜电镀槽液。根据本专利技术的实施例，铜电镀槽液包括：包含电镀材料的溶液，以及本专利技术的电镀添加剂，其中电镀添加剂的浓度是1到200mg/L。本专利技术的第四方面提供了一种在衬底的一个或多个孔内电镀铜的方法。根据本专利技术的实施例，在衬底的一个或多个孔内电镀铜的方法包括：使衬底和阳极与铜电镀槽液接触；在衬底和阳极之间产生一个电流流动；其中所述铜电镀槽液包含铜离子以及本专利技术的电镀添加剂。本专利技术的电镀添加剂能够在铜柱内和不同直径的铜柱之间提供卓越的高度均匀性。附图说明参照附图，详细描述本专利技术实施例，其中：图1A显示本专利技术实施例的具有通用化学式(I)的整平剂化合物；图1B显示本专利技术实施例的功能基A、B、C和D的结构；图1C显示本专利技术实施例的具有化学式(II)的整平剂化合物；图1D显示本专利技术实施例的具有化学式(III)的整平剂化合物；图1E显示本专利技术实施例的具有化学式(VI)的整平剂化合物；图1F显示本专利技术实施例的具有化学式(V)的整平剂化合物；图2A显示本专利技术一个具体实施例的一种制备电镀整平剂的方法；图2B显示本专利技术另一个具体特别实施例的一种制备电镀整平剂的方法；图3显示本专利技术一个实施例的整平剂在电镀多个铜柱时的效果研究结果，包括：a)28μm的表面轮廓，b)43μm的表面轮廓，c)58μm的表面轮廓，d)88μm的表面轮廓，和e)结果汇总表。具体实施方式在以下描述中，作为优选例子阐述了电镀整平剂、相应的制备方法及其应用。在不脱离本专利技术范围和精神情况下的修改，包括添加和/或替代，这些对本领域技术人员而言都是显而易见的。某些具体细节省略了，以免混淆本专利技术，但是本公开内容会使本领域技术人员无需过度实验就能实践本教义。因此，一方面，本专利技术提供了一种如图1A所示的由通用化学式(I)表示的化合物，其中X和Y具有相同或不同的结构，表示氢、烷基、单醇、二醇、三醇、或聚醇；R是含氮原子的基团；n是一个从2到250之间的整数。R可以是仲胺基(secondaryammoniumgroup)或环状胺基(cyclicammoniumgroup)。R可以是功能基A、B、C、D中的一个。功能基A是饱和的或不饱和的直链仲胺；功能基B是取代的或未取代的、饱和或不饱和的环状仲胺；功能基C是饱和或不饱和的、N-取代的环叔胺(cyclictertiaryammonium)；功能基D是取代或未取代的芳族胺(aromaticammonium)。在本专利技术的一个实施例里，功能基A、B、C、D包括如图1B所示的结构。R1-R5表示甲基、乙基或其它直链或支链的脂族链。R6表示具有共轭双键的脂族链。R1-R5可以包含有杂原子。在本专利技术的一个示例性实施例里，R是由功能基A表示，化合物有如图1C所示的化学式(II)。在本专利技术的另一个示例性实施例里，R是由功能基B表示，化合物有如图1D所示的化学式(III)。在另一个示例性实施例里，R是功能基A和B的组合，化合物有如图1E所示的化学式(IV)。l+m等于n。l可以是介于1到249的数字；m可以是介于1到249的数字。在本专利技术的再一个示例性实施例里，R是由功能基D表示，化合物有如图1F所示的化学式(V)。另一方面，本专利技术提供了一种本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于铜电镀槽液的电镀添加剂，具有通用化学式：

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.29 US 14/983,5081.一种用于铜电镀槽液的电镀添加剂，具有通用化学式：其中X包含以下至少一种：氢、烷基、单醇、二醇、三醇、或聚醇；其中Y包含以下至少一种：氢、单醇、二醇、三醇、或聚醇；其中R是含氮原子的基团；和其中n是一个介于2到250的数字。2.根据权利要求1所述的电镀添加剂，其中所述R是以下功能基A、B、C或D中的一个：其中R1-R5表示甲基、乙基或其它直链或支链的脂族链，而R6表示具有共轭双键的脂族链。3.根据权利要求1所述的电镀添加剂，其中所述含氮原子的基团是仲胺基，其包含支链或无支链的、饱和或不饱和的直链仲胺。4.根据权利要求1所述的电镀添加剂，其中所述含氮原子的基团是环状胺基，其包含取代或未取代的、饱和或不饱和的环状仲胺。5.根据权利要求1所述的电镀添加剂，其中所述含氮原子的基团是环状胺基，其包含饱和或不饱和的、N-取代的环叔胺。6.根据权利要求1所述的电镀添加剂，其中所述含氮原子的基团是环状胺基，其包含取代或未取代的芳族胺。7.根据权利要求1所述的电镀添加剂，其中所述通用化学式包含一个或多个衍生物，其表示为：其中n是一个介于2到250的数字。8.根据权利要求1所述的电镀添加剂，其中所述通用化学式包含一个或多个衍生物，其表示为：其中n是一个介于2到250的数字。9.根据权利要求1所述的电镀添加剂，其中所述通用化学式包含一个或多个衍生物，其表示为：其中l是一个介于1到249的数字；和其中m是一个介于1到249的数字。10.根据权利要求1所述的电镀添加剂，其中所述通用化学式包含一个或多个衍生物，其表示为：其中n是一个介于2到...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙耀峰，许敏洁，刘信义，丘树坚，
申请(专利权)人：香港应用科技研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：中国香港,81