[发明专利]用于金属和金属合金的化学镀的镀浴组合物

说明书

本发明涉及可用于金属和金属合金化学镀浴的添加剂以及所述镀浴的使用方法。这些添加剂降低化学镀浴的镀速并提高其稳定性，因此，这些化学镀浴特别适合于将所述金属或金属合金沉积到印刷电路板、IC衬底和半导体衬底中的凹陷结构例如沟槽和通路中。所述化学镀浴也可用于显示应用的金属化。

技术领域

本发明涉及适合在金属化学镀浴中使用的添加剂，以及使用所述添加剂的用于金属例如铜、镍和钴以及金属合金例如镍-磷和钴-钨-磷合金的化学镀的化学镀浴。

背景技术

在本领域中，金属在表面上的沉积具有很长历史。这种沉积可以利用金属的电镀或化学镀来实现。尽管这些镀敷技术已使用几十年，但仍存在许多未解决的技术挑战。这样的未解决的挑战中的一种是将金属沉积到小的腔体中而不产生过多过渡电镀(over-plating)。

在印刷电路板、IC衬底和半导体的制造中，金属或金属合金在凹陷结构例如通路和沟槽中的沉积主要通过使用所谓的双嵌入式工艺来实现。在电介质中蚀刻出沟槽和通路，然后沉积阻挡层、通常为钛或钽的氮化物，然后对所述凹陷结构进行电解铜填充，随后进行化学机械平整化(CMP)。然而，在减小这些沟槽和通路的尺寸后，高的镀速导致被沉积的金属的过多过渡电镀，其随后必须通过高成本的CMP和/或化学蚀刻步骤去除。这增加了过程步骤的数目和整个过程中产生的废料，这两者都是非常不合乎期望的。此外，电解铜沉积物常常含有孔隙，这提高了互连的电阻率。

金属的电解沉积的一种可替选方法是其化学镀。化学镀是连续金属薄膜的受控自催化沉积，不需外部电子供应的帮助。可以对非金属表面进行预处理以使它们可接受沉积或对沉积具有催化性。可以将表面的所有或所选部分适合地进行预处理。金属化学镀浴的主要组分是金属盐、络合剂、还原剂和作为任选成分的碱和添加剂例如稳定剂。络合剂(在本文中也被称为螯合剂)被用于螯合被沉积的金属并防止所述金属从溶液沉淀(即作为氢氧化物等)。将金属螯合使得所述金属可用于还原剂，其将所述金属离子转变成金属形式。金属沉积的另一种形式是浸镀。浸镀是不需外部电子供应的帮助并且不需化学还原剂的另一种金属沉积。所述机制依赖于将来自于下方衬底的金属用浸镀溶液中存在的金属离子替换。在本发明的情形中，化学镀应该被理解为在化学还原剂(在本文中被称为“还原剂”)协助下的自催化沉积。

为了调节化学镀浴和使用这种化学镀浴时形成的金属或金属合金沉积物的性质，向所述化学镀浴添加添加剂以便改进化学镀浴和形成的金属或金属合金沉积物两者的性质。

从WO 2011/003116，了解到β-氨基酸或从其衍生的酰胺作为化学镀浴的稳定剂。然而，这些β-氨基酸不改变镀速(参见应用例1)。

US 7,220,296 B1公开了一种将铜化学沉积到集成电路的凹陷结构中以形成互连的方法。为了将铜更加选择性地沉积在所述凹陷结构中，可以向所公开的铜化学镀浴添加添加剂例如聚乙二醇。尽管已知这些添加剂在化学镀浴中具有整平效应，但它们对镀速或化学镀浴的稳定性没有任何显著影响(参见应用例6)。此外，根据US 2005/0161338的教示，在镀钴的情况下，这些添加剂只提高表面的润湿性。

JP 2007-254793教示了将由单体例如双氰胺、赖氨酸和单或二烯丙基胺制成的含氮聚合物作为用于镍化学镀浴的适合的稳定剂。此外，US 2014/0087560 A1公开了将含氮聚合物例如聚乙烯胺用于镍和钴的化学沉积。由于镀速降低，后一种镀浴特别适合于在其上进行铜的电解沉积之前在凹陷结构中形成阻挡层。含有大量胺的聚合物的使用是不合乎期望的，因为这些聚合物对水高度有害并且可能导致沉积的金属层褪色。

发明目的

本发明的目的是提供一种以降低的镀速沉积铜、镍、钴或其合金的化学镀浴。

本发明的另一个目的是提供用于铜、镍、钴及其合金的沉积，使得能够形成光滑且有光泽的金属或金属合金沉积物的金属化学镀浴。

本发明的另一个目的是提供稳定的化学镀浴，其针对金属盐沉淀长时间稳定。