[发明专利]包含用于无空隙亚微米结构填充的添加剂的钴镀覆用组合物

说明书

本发明涉及一种组合物，其包含：(a)钴离子，和(b)式I添加剂，其中R¹选自X‑Y；R²选自R¹及R³；X选自直链或支链C₁至C₁₀烷二基、直链或支链C₂至C₁₀烯二基、直链或支链C₂至C₁₀炔二基及(C₂H₃R⁶‑O)_m‑H；Y选自OR³、NR³R⁴、N⁺R³R⁴R⁵及NH‑(C＝O)‑R³；R³、R⁴、R⁵为相同或不同的且选自(i)H，(ii)C₅至C₂₀芳基，(iii)C₁至C₁₀烷基，(iv)C₆至C₂₀芳基烷基，(v)C₆至C₂₀烷基芳基，其可经OH、SO₃H、COOH或其组合取代，及(vi)(C₂H₃R⁶‑O)_n‑H，且其中R³及R⁴可以一起形成环体系，其可以被O或NR⁷间隔；m、n为独立地选自1至30的整数；R⁶选自H及C₁至C₅烷基；R⁷选自R⁶及式II。

本发明涉及一种包含钴离子的钴镀覆用组合物，其包含用于在半导体基材上的凹陷结构的无空隙填充的试剂。

发明背景

通过金属电镀来填充小型结构(feature)如通孔和沟槽是半导体制造过程的重要部分。众所周知的是，在电镀浴中作为添加剂的有机物质的存在对于在基材表面上获得均匀的金属沉积物以及对于避免金属导线内的缺陷如空隙和接缝而言是至关重要的。

对于铜电镀，亚微米尺寸互连结构的无空隙填充通过使用添加剂以确保由下而上的填充是本领域众所周知的。

对于在基材(如金属、金属合金和金属化聚合物，特别是铜、铁、黄铜、钢、铸铁或在聚合物表面上化学沉积铜或镍)上的常规镍电镀，包含炔属化合物的增亮添加剂(brightening additive)为众所周知的。

EP 0025694 A公开一种镍电镀浴，其包含镍离子和锌离子、糖精和经磺化的炔属化合物以得到明亮的、良好平整的镍沉积物。明确提及2-丁炔-1,4-二磺酸、2-丁炔磺酸、丙炔磺酸、1-丁炔磺酸、1-戊炔磺酸作为经磺化的炔属化合物。US 2008/0308429 A公开一种用于生产包含镍离子和2,5-二甲基-3-己炔-2,5-二醇的镍阴极的酸性电解质水溶液。WO97/35049公开将经羟基或经氨基取代的炔烃与烯丙基铵或乙烯基铵化合物组合使用于镍电镀中。US 4,435,254公开炔属胺或经磺化的炔属化合物。

随着进一步减小凹陷结构如通孔或沟槽的开口尺寸(aperture size)，用铜进行的互连填充变得尤其具有挑战性，也是因为在铜电沉积之前的通过物理气相沉积(PVD)的铜晶种沉积可能表现出不均匀性和不一致性，而因此进一步减小开口尺寸，特别是在开口的顶部。再者，用钴来取代铜也变得越来越有趣，因为钴向介电质显示出较少的电子迁移。

对于钴电镀，提出了几种添加剂来确保亚微米尺寸结构的无空隙填充。US 2011/0163449 A1公开一种钴电沉积方法，其使用包含钴沉积抑制添加剂(例如糖精、香豆素或聚乙烯亚胺(PEI))的浴。US 2009/0188805 A1公开一种钴电沉积方法，其使用包含至少一种选自聚乙烯亚胺和2-巯基-5-苯并咪唑磺酸的加速、抑制或去极化添加剂的浴。