一种芯片铜互连电镀添加剂、其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种芯片铜互连电镀添加剂、其制备方法和应用。本发明专利技术采用如式I所示的化合物作为芯片铜互连电镀添加剂，将制得的金属电镀组合物进行电镀后，所形成的镀层可具有如下至少一优点：无空洞和缺陷、镀层杂质低、均镀性佳、结构致密、表面粗糙度小。表面粗糙度小。表面粗糙度小。

【技术实现步骤摘要】
一种芯片铜互连电镀添加剂、其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及一种芯片铜互连电镀添加剂、其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着超大规模集成电路(VLSI)和特大规模集成电路(ULSI)的发展，集成度不断提高，电路元件越来越密集，芯片互连成为影响芯片性能的关键因素。这些互连结构的可靠性对VLSI和ULSI的成功和电路密度的提高起着非常重要的作用。然而，由于电路系统的尺寸限制，VLSI和ULSI技术中互连线的尺寸缩小对加工能力提出了额外的要求。这种要求包括多层面、高深宽比结构特征的精确加工等。
[0003]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。
[0004]然而随着集成电路技术节点不断往前推进，对纳米级孔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空洞和缺陷、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。
[0005]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。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题是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空洞和缺陷、镀层杂质高、均镀性差、结构稀疏、表面粗糙度等一个或多个缺陷，而提供一种芯片铜互连电镀添加剂、其制备方法和应用。使用本专利技术的金属电镀组合物可具有如下至少一优点：无空洞和缺陷、镀层杂质低、均镀性佳、结构致密、表面粗糙度小。
[0007]本专利技术提供了一种如式I所示的化合物作为芯片铜互连电镀添加剂的应用：
[0008][0009]其中，R1、R2、R3独立地为H、
‑
NO2或卤素；
[0010]R、R
’
独立地为H或且R、R
’
不同时为H或
[0011]R4、R5独立地为C1～C4烷基；
[0012]n为5～14中的整数。
[0013]本专利技术一些实施方案中，当R1、R2、R3为卤素时，所述的卤素可以为F、Cl、Br或I，例如Cl或Br。
[0014]本专利技术一些实施方案中，R4、R5独立地为甲基、乙基、丙基或丁基，例如甲基或乙基。
[0015]本专利技术一些实施方案中，n可以为6～11，例如6或11。
[0016]本专利技术一些实施方案中，所述的式I化合物可以为：
[0017][0018]一个或多个。
[0019]式I化合物可以按照中国专利申请CN201610853873.6所公开的方法来制备。
[0020]本专利技术一些实施方案中，所述的芯片铜互连电镀添加剂应用于金属电镀组合物中。
[0021]本专利技术一些实施方案中，所述的金属电镀组合物可以如下文所述。
[0022]本专利技术还提供了一种金属电镀组合物，其中，所述的金属电镀组合物的原料包括金属电镀铜液和如上所述的芯片铜互连电镀添加剂。
[0023]本专利技术一些实施方案中，所述的金属电镀铜液包含铜盐、酸性电解质、卤离子源和水。
[0024]本专利技术一些实施方案中，所述的铜盐可为：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；所述的烷基磺酸铜较佳地选自甲烷磺酸铜、乙烷磺酸铜和丙烷磺酸铜中的一种或多种；所述芳基磺酸铜较佳地选自苯基磺酸铜、苯酚磺酸铜和对甲苯磺酸铜中的一种或多种。所述铜盐中铜离子的摩尔浓度为0.15
‑
2.85mol/L。
[0025]本专利技术一些实施方案中，所述酸性电解质可为硫酸、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。所述烷基磺酸较佳地选自甲烷磺酸、乙烷磺酸、丙烷磺酸和三氟甲烷磺酸中的一种或多种；所述芳基磺酸较佳地选自苯基磺酸、苯酚磺酸和甲苯磺酸中的一种或多种。每升所述金属电镀组合物中，所述酸性电解质的质量较佳地为1
‑
300g。
[0026]本专利技术一些实施方案中，所述卤离子源可为氯离子源，所述氯离子源较佳地选自氯化铜、氯化锡和氢氯酸中的一种或多种。所述卤离子源的卤离子的浓度较佳地为0
‑
100ppm，更佳地为50
‑
100ppm。
[0027]本专利技术一些实施方案中，所述金属电镀铜液较佳地由牌号为SYSD2110的金属电镀液提供，其生产厂家为上海新阳半导体材料股份有限公司。SYSD2110的制备可参照中国专利CN100529194C公开的方法来制备。
[0028]本专利技术一些实施方案中，所述的金属电镀组合物的原料还包括加速剂。所述的加速剂可为本领域常规的加速剂，例如产品型号为UPD3115A(其购自上海新阳半导体公司)、N,N
‑
二甲基
‑
二硫基氨基甲酸
‑
(3
‑
磺丙基)酯、3
‑
巯基
‑
丙基磺酸
‑
(3
‑
磺丙基)酯、3
‑
巯基
‑
丙基磺酸纳盐、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，又例如UPD3115A、N，N
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金属电镀组合物，其特征在于，所述金属电镀组合物的原料包括芯片铜互连电镀添加剂和金属电镀铜液；所述的芯片铜互连电镀添加剂为式I化合物：其中，R1、R2、R3独立地为H、
‑
NO2或卤素；R、R
’
独立地为H或且R、R
’
不同时为H或R4、R5独立地为C1～C4烷基；n为5～14中的整数。2.如权利要求1所述的金属电镀组合物，其特征在于，当R1、R2、R3为卤素时，所述的卤素为F、Cl、Br或I，例如Cl或Br；和/或，R4、R5独立地为甲基、乙基、丙基或丁基，例如甲基或乙基；和/或，n为6～11，例如6或11。3.如权利要求1所述的金属电镀组合物，其特征在于，所述的式I化合物独立地为：
中的一个或多个。4.如权利要求1～3任一项所述的金属电镀组合物，其特征在于，所述的金属电镀铜液包含铜盐、酸性电解质、卤离子源和水。5.如权利要求4所述的金属电镀组合物，其特征在于，所述的铜盐为硫酸铜、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；
和/或，所述铜盐中铜离子的摩尔浓度为0.15
‑
2.85mol/L；和/或，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；和/或，所述酸性电解质在每升所述金属电镀组合物中的质量为1
‑
300g；和/或，所述卤离子源为氯离子源；和/或，所述卤离子源的卤离子的浓度为0
‑
100ppm；和/或，所述金属电镀铜液由牌号为SYSD2110的电镀铜液提供；和/或，所述的金属电镀组合物的原料还包括加速剂；和/或，所述的金属电镀组合物的原料还包括抑制剂。6.如权利要求5所述的金属电镀组合物，其特征在于，所述的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；和/或，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；和/或，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；和/或，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；和/或，所述氯离子源为氯化铜、氯化锡和氢氯酸中的一种或多种；和/或，所述卤离子源的卤离子的浓度为50
‑
100ppm；和/或，所述的加速剂为产品型号为UPD3115A、N,N
‑
二甲基
‑
二硫基氨基甲酸
‑
(3
‑
磺丙基)酯、3
‑
巯基
‑
丙基磺酸
‑
(3
‑
磺丙基)酯、3
‑
巯基
‑
丙基磺酸纳盐、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

【专利技术属性】
技术研发人员：王溯，孙红旗，田梦照，李鹏飞，
申请(专利权)人：上海新阳半导体材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：