[发明专利]从酸性铜电镀浴液向衬底上的通孔中电镀铜的方法

说明书

含有伯醇烷氧基化物嵌段共聚物和环氧乙烷/环氧丙烷无规共聚物且具有特定HLB范围的铜电镀浴液适于用铜填充通孔，其中此类铜沉积物基本上无空隙并且基本上无表面缺陷。

技术领域

本发明针对一种从酸性铜电镀浴液向衬底上的通孔中电镀铜的方法。更具体来说，本发明针对一种从酸性铜电镀浴液向衬底上的通孔中电镀铜的方法，其中所述铜沉积物具有基本上无空隙的通孔填充和无缺陷表面。

背景技术

铜广泛用于制造电子装置，包括集成电路(integrated circuit，IC)装置。举例来说，用于制造集成电路的铜镶嵌工艺涉及形成嵌花铜布线图案，同时在金属层之间形成通孔连接。在此类工艺中，铜电解沉积。已经开发出多种铜电镀调配物来满足沉积极小尺寸特征(例如≤150nm)的铜的独特需要，所述极小尺寸特征的铜用于制造IC中的镶嵌金属化工艺中。此类铜电镀浴液通常需要加速剂、调平剂和抑制剂作为有机添加剂来获得无缺陷铜沉积物。

半导体行业中提高IC装置密度的近期趋势已导致三维(three-dimensional，3-D)包装和3-D IC，这两者都利用硅通孔(through-silicon vias，TSV)。TSV为穿过晶片或晶粒的竖直电连接，且通常由铜形成。通常，TSV具有5到400μm的深度，1到100μm的直径，以及例如3:1到50:1的高纵横比。TSV的尺寸对于在合理时间量内用来自常规电镀浴液的铜填充使得所得铜沉积物无空隙且无表面缺陷来说是有挑战的。TSV铜沉积物中的空隙可导致电路断裂。表面缺陷需要额外抛光来将其去除，以在随后处理之前获得平坦表面。

已专门开发出特定铜电镀浴液在TSV中沉积铜。举例来说，美国专利第7,670,950号披露使用不含抑制剂的铜电镀浴液用铜无空隙填充TSV。然而，这一专利未解决此类铜沉积物中的表面缺陷问题。因此，仍需要提供还无表面缺陷的无空隙沉积物的铜电镀浴液。

发明内容

一种使用铜填充电子装置中的通孔的方法，其包含：

a)提供酸性铜电镀浴液，其包含铜离子源、酸电解质、卤离子源、加速剂、调平剂、具有以下结构的伯醇烷氧基化物二嵌段共聚物：

其中R为直链或分支链(C₁-C₁₅)烷基部分或直链或分支链(C₂-C₁₅)烯基部分，并且m和n可相同或不同且为各部分的摩尔数，其中伯醇烷氧基化物的重量平均分子量为500g/mol到20,000g/mol，以及包括环氧乙烷和环氧丙烷部分的无规或嵌段烷氧基化物共聚物，其中所述无规或嵌段烷氧基化物共聚物的HLB为16到35，并且铜电镀浴液的表面张力<40mN/m；

b)提供电子装置衬底作为阴极，所述衬底具有一个或多个打算用铜填充的通孔并且具有导电表面；

c)使电子装置衬底与所述铜电镀浴液接触；以及

d)施加电势持续足以用铜沉积物填充所述通孔的时间段；其中所述通孔中的所述铜沉积物基本上无空隙并且基本上无表面缺陷。

一种酸性铜电镀浴液组合物，其包含：铜离子源、酸电解质、卤离子源、加速剂、调平剂、具有以下结构的伯醇烷氧基化物二嵌段共聚物：

其中R为直链或分支链(C₁-C₁₅)烷基部分或直链或分支链(C₂-C₁₅)烯基部分，并且m和n可相同或不同且为各部分的摩尔数，其中伯醇烷氧基化物的重量平均分子量为500g/mol到20,000g/mol，以及包括环氧乙烷和环氧丙烷部分的无规或嵌段烷氧基化物共聚物，其中所述无规或嵌段烷氧基化物共聚物的HLB为16到35，并且铜电镀浴液的表面张力<40mN/m。