JP6062425B2 - シリコン貫通ビアおよび相互接続フィーチャーのボトムアップ充填のための添加剤を含む金属電気めっきのための組成物 - Google Patents

シリコン貫通ビアおよび相互接続フィーチャーのボトムアップ充填のための添加剤を含む金属電気めっきのための組成物 Download PDF

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Description

本発明は、電子基板上のフィーチャー、特にマイクロメートル寸法および高いアスペクト比を有するもののボトムアップ充填のための金属電気めっきのための組成物に関する。
銅電気めっきによる、フィーチャー、例えばビアおよび溝などの充填は、半導体製造プロセスの主要な部分である。電気めっき浴中の添加剤としての有機物質の存在は、基板表面上に均一な金属堆積物を達成する上で、ならびにビア内での欠陥、例えばボイドおよび傷などを回避する上で重大となり得ることは周知である。
US2004/0045832A1は、ビアまたはマイクロビアなどの1〜500マイクロメートルの直径および高いアスペクト比を有する、ビアおよび溝の銅電気めっきのためのメタンスルホン酸塩ベースの組成物を開示している。使用されている添加剤は、高分子量のポリエーテル−タイプの抑制剤、ビススルホプロピルジスルフィド(SPS、3,3’−ジチオビス(1−プロパンスルホン酸))などの硫黄原子含有促進剤(光沢剤)、およびアルキル化ポリアルキレンイミンまたはヒドロキシエチルイミダゾリジンチオンなどの平滑化剤である。
US2009/0035940A1は、大きなサイズのTSVフィーチャーの急速および欠陥のない銅電気めっきのための添加剤として分極剤および減極剤を使用することを開示している。典型的および好ましい減極剤はSPSである。典型的および好ましい分極剤はメチル四級化されたポリビニルピリジンである。
US6425996B1は、ポリアミノアミドとエピハロヒドリン、ジハロヒドリンと1−ハロゲン−2,3−プロパンジオールのそれぞれの反応生成物を含む平坦化剤を開示している。フタル酸またはテレフタル酸がポリアミノアミド中間体を調製するための潜在的抽出物として述べられている。
EP1978134A1は、ポリエトキシル化ポリアミドまたはポリエトキシル化ポリアミノアミドを含む平坦化剤を開示している。
US2011/062029は、ジエチレントリアミン、アジピン酸およびε−カプロラクタムで構成される重縮合生成物をエピクロロヒドリンで改質することによって調製される銅電気めっきポリアミノアミド添加剤を開示している。
WO2011/064154は、銅電気めっき浴中でのポリアミノアミドの使用を開示している。
3DTSV用途におけるフィーチャーの寸法は、比較的に大きく(マイクロメートルサイズ)、したがってフィーチャーの形状は、最新型二重ダマスク模様用途(ナノメートルサイズ)ほどには銅粒サイズに対して多大な影響を及ぼさない。大きなフィーチャーにおいて、めっきした銅粒サイズは、銅堆積のために使用されためっき化学反応により主に影響を受ける。小さな銅粒を結果として生じるめっき化学反応が適用された場合、大きな銅粒を形成する、強い再結晶化プロセスがその後のアニーリングプロセスで生じ得る。アニーリング中の強い再結晶化は、基板上に応力を誘発し、これが損傷を引き起こす可能性がある。応力の発生は、大きな銅粒が銅堆積中にフィーチャー内にすでに形成されている場合、最小限に抑えるまたは回避することができる。
US2004/0045832A1 US2009/0035940A1 US6425996B1 EP1978134A1 US2011/062029 WO2011/064154
本発明の目的は、欠陥、例えばこれらに限定されないがボイドなどを形成することなしに、マイクロメートルまたはナノメートルスケールのフィーチャーに銅の急速な堆積を提供する銅電気めっき浴を提供することである。
本発明のさらなる目的は、より大きな粒サイズを有する銅堆積物をマイクロメートルスケールのフィーチャーに提供し、したがってアニーリング中の応力を減少させることである。
任意の特定の理論に縛られることを意図することなく、粒サイズは、堆積した銅層中の不純物の量と強く関連すると考えられている。したがって、本発明のさらなる目的は、不純物含有量のより少ない銅堆積物をマイクロメートルスケールのフィーチャーに提供することである。
本発明のさらなる態様は、金属電気めっき浴、好ましくは銅電気めっき浴を用いて、ナノメートルおよびマイクロメートルスケールの、実質的にボイドレスおよびシームレスなフィーチャーの充填を提供することが可能な、良好なスーパーフィリング特性を有する銅電気めっき添加剤、特に抑制化剤を提供することである。本発明のさらなる目的は、凸面形状を有する実質的にボイドレスおよびシームレスなフィーチャーの充填を提供することが可能な銅電気めっき添加剤を提供することである。
驚くべきことに、芳香族ポリアミノアミドを、マイクロメートルサイズのフィーチャー充填、特にTSV充填のための銅電気めっき浴中の添加剤として使用することができることを発見した。
本発明は、金属イオン供給源と、本明細書に記載の少なくとも1つの芳香族部分を含む少なくとも1つのポリアミノアミドと、場合によって促進剤および/または抑制化剤とを含む組成物を提供する。
本発明のさらなる態様は、1〜500マイクロメートルの直径および4以上のアスペクト比を有するフィーチャー、特にシリコン貫通ビアを含む基板上に金属含有層を堆積させるための浴中での少なくとも1つのポリアミノアミドの使用である。
本発明のさらなる態様は、以下のステップによって、1〜500マイクロメートルの直径および4以上のアスペクト比を有するフィーチャー、特にシリコン貫通ビアを含む半導体基板上に金属層を堆積させるための方法である:
a)本明細書に記載の金属電気めっき組成物を含む金属めっき浴を半導体基板と接触させるステップ、および
b)基板上に金属層を堆積させるのに十分な時間の間、ある電流密度を基板に加えるステップ。
本発明は、マイクロメートルスケールまたはナノメートルスケールのフィーチャーを含有する基板上に、めっきした金属層、特にめっきした銅層を提供し、この金属層は、過剰めっきがより少なく、すべてのフィーチャーは、余分なボイドを実質的に含まない、好ましくはボイドを実質的に含まない。
本発明による添加剤のさらなる利点は、ポリビニルピリジンなどの他の芳香族ポリマー添加剤とは対照的に、不純物含有量が低減し、堆積した銅層の粒サイズが増加していることである。
ビア内のボイドの形成を示す、比較例9による銅堆積後の、約5マイクロメートルの直径および約55マイクロメートルの深さを有するビアを示す図である。 ビア内のボイドの形成を示す、比較例10による銅堆積後の、約5マイクロメートルの直径および約55マイクロメートルの深さを有するビアを示す図である。 いかなるボイドも形成することなく、典型的なボトムアップめっきの特徴を示す、実施例11による銅堆積後の、約5マイクロメートルの直径および約55マイクロメートルの深さを有するビアを示す図である。 いかなるボイドも形成することなく、典型的なボトムアップめっきの特徴を示す、実施例12による銅堆積後の、約5マイクロメートルの直径および約55マイクロメートルの深さを有するビアを示す図である。 いかなるボイドも形成することなく、典型的なボトムアップめっきの特徴を示す、実施例13による銅堆積後の、約5マイクロメートルの直径および約40マイクロメートルの深さを有するビアを示す図である。 いかなるボイドも形成することなく、典型的なボトムアップめっきの特徴を示す、実施例14による銅堆積後の、約5マイクロメートルの直径および約50マイクロメートルの深さを有するビアを示す図である。 いかなるボイドも形成することなく、典型的なボトムアップめっきの特徴を示す、実施例15による銅堆積後の、約5マイクロメートルの直径および約50マイクロメートルの深さを有するビアを示す図である。
本明細書で使用する場合、「ポリマー」または「ポリマー化合物」は、(平均して)少なくとも2つのモノマー単位を含む任意の化合物を一般的に意味し、すなわちポリマーという用語は、ダイマー、トリマーなど、オリゴマー、ならびに高分子量ポリマーを含む。好ましくは、ポリマー化合物は、(平均して)少なくとも4つのモノマー単位、より好ましくは少なくとも6つのモノマー単位、最も好ましくは少なくとも10のモノマー単位を含む。
ポリアミノアミド添加剤が芳香族部分を含むことは本発明にとって不可欠である。本明細書で使用する場合、「芳香族」とは、コンジュゲートしたpi電子を有する不飽和有機分子を含み、芳香族性の4n+2Huckelの法則を満たす任意の化合物を意味する。芳香族部分は、炭素環式またはヘテロ環式芳香族部分であってよい。このような芳香族部分は、非芳香族部分、例えば、これらに限定されないが、アルキル基などをさらに含んでもよい。
芳香族ポリアミノアミドに対する例は、ポリマー主鎖内に位置する1つまたは複数の芳香族部分を含むポリアミノアミド、またはポリマー主鎖に付加した、すなわち側鎖において、1つまたは複数の芳香族部分を含む官能基により官能化したポリアミノアミドのいずれかである。芳香族部分がポリマー主鎖内に位置する場合、芳香族部分は、好ましくは2個の窒素原子の間に位置する。
本明細書で使用される「ポリマー主鎖」は、最も長い連続するポリマー鎖を意味し、その一方で「側鎖」は、任意の他の鎖を意味する。
本明細書で使用される「フィーチャー」は、基板上の形状、例えば、これらに限定されないが、溝およびビアなどを指す。「アパーチャー」は、くぼんだフィーチャー、例えばビアおよび溝などを指す。本明細書で使用する場合、「めっき」という用語は、文脈により他のものが明らかに示されない限り、金属電気めっきを指す。「堆積」および「めっき」は本明細書全体を通して交換可能なように使用される。「アルキル」という用語は、C1〜C20アルキルを意味し、線状、分枝および環式のアルキルを含む。「置換アルキル」は、アルキル基上の1つまたは複数の水素が別の置換基、例えば、これらに限定されないが、シアノ、ヒドロキシ、ハロ、(C〜C)アルコキシ、(C〜C)アルキルチオ、チオール、ニトロなどで置き換えられていることを意味する。
本明細書で使用される「アリール」は、炭素環式芳香族系、例えば、これらに限定されないが、フェニル、ナフチルなどを意味する。本明細書で使用する場合、「ヘテロアリール」はヘテロ環式芳香族系、例えばこれらに限定されないが、ピリジルなどを意味する。「置換アリール」または「置換ヘテロアリール」とは、アリール環上の1つまたは複数の水素が、1つまたは複数の置換基、例えば、これらに限定されない、シアノ、ヒドロキシ、ハロ、(C〜C)アルコキシ、(C〜C)アルキル、(C〜C)アルケニル、(C〜C)アルキルチオ、チオール、ニトロなどで置き換えられていることを意味する。本明細書で使用する場合、「アルカリル」は、アルキル置換炭素環式芳香族系、例えば、これらに限定されないが、ベンジル、ナフチルメチル、キシリルなどを意味する。本明細書で使用する場合、「アルクヘテロアリール(alkheteroaryl)」は、アルキル置換されているヘテロ環式芳香族系、例えば、これらに限定されないが、メチルピリジルなどを意味する。
本明細書で使用される「アルカンジイル」は、線状または分枝、直鎖または環式のアルカンのジラジカルを指す。本明細書で使用する場合、「アリールアルカンジイル」は、少なくとも1つのアリール部分をさらに含む、分枝、直鎖または環式アルカンのジラジカルを指す。少なくとも1つのアリール部分は、アルカン鎖の終端部に位置しているか、またはアルカン鎖を中断していてもよく、後者が好ましい。
本明細書で使用される「促進剤」は、電気めっき浴のめっき速度を増加させる有機添加剤を指す。「促進剤」および「促進化剤」という用語は、本明細書全体を通して交換可能なように使用される。文献では、時には促進剤成分は、「光沢剤」、「増白剤」、または「減極剤」とも呼ばれている。
本明細書で使用される「阻害剤」および「ポリアミノアミド」は同義語として使用されている。これは、この添加剤が電気めっき浴のめっき速度を減少させるからである。従来の技術では、阻害剤の多くは「平滑化剤」または「平坦化剤」とも呼ばれる。これは、ナノメートルサイズのフィーチャー内ではこれらの化合物の大部分がいわゆるレべリング効果を示すからである。さらなるクラスの阻害剤はいわゆる「抑制剤」または「抑制化剤」であり、時には「湿潤剤」または「界面活性剤」とも呼ばれる。阻害剤は時には分極剤とも呼ばれる。
本明細書で使用される「めっき選択性」は、めっき後のビア底部の銅堆積の高さをビアに近接したウエハー表面上での銅の成長と比較した高さの比を意味する。
「過剰めっき」とは、フィーチャーを含まない領域と比較した場合の、フィーチャー上のより厚い金属堆積を指す。本発明による範囲での添加剤は「平滑化剤」として作用する。本明細書で使用される「堆積速度」は、毎分ビア底部に形成される銅堆積物の高さを意味する。
本明細書で使用される「アスペクト比」は、フィーチャーの深さと、フィーチャーの開口直径との比を意味する。
本発明の好ましい実施形態では、ポリアミノアミド阻害剤は、完全または部分的なプロトン付加、N−官能化、またはN−四級化によって得ることができる、少なくとも1つの式Iの構造単位
[A][B][D] (I)
またはその誘導体を含む
(式中、
Aは、
Figure 0006062425
から選択されるジラジカルであり、
Bは、化学結合または
Figure 0006062425
から選択されるジラジカルであり、
Dは、化学結合または
Figure 0006062425
から選択される二価の基であり、
は、各繰返し単位1〜pに対して、独立して、化学結合または飽和、不飽和もしくは芳香族のC〜C20有機基から選択される二価の基から選択され、
、Dは、独立して、直鎖または分枝のC〜C10アルカンジイル(NおよびOから選択されるヘテロ原子で場合によって置換されていてもよい)から選択され、
は、直鎖または分枝のC〜Cアルカンジイル、C〜C10のアリールもしくはヘテロアリールジラジカル、C〜C20アリールアルカンジイル、C〜C20ヘテロアリールアルカンジイルから選択され、
は、直鎖または分枝のC−〜C−アルカンジイル(ヘテロ原子で場合によって置換されていてもよい)から選択され、
は、各繰返し単位1〜nに対して、独立して、H、C〜C20−アルキルおよびC〜C20−アリールまたはC〜C20−ヘテロアリール(ヒドロキシル、アルコキシまたはアルコキシカルボニルで場合によって置換されていてもよい)から選択され、
nは2〜250の整数であり、
pは2〜150の整数であり、
qは0〜150の整数であり、
rは0〜150の整数であり、
、DまたはRのうちの少なくとも1つが、C〜C20芳香族部分を含むか、またはポリアミノアミドが、C〜C20芳香族部分で官能化および/または四級化されている)。
特に式IIのポリアミノアミドを使用することができる。
Figure 0006062425
(式中、D、D、D、R、nおよびpは、規定の意味を有し、
、Eは、独立して、以下から選択され
(a)求核的に置換可能な脱離基、
(b)NH−(C〜C20−アルキル)またはNH−(C〜C20−アルケニル)またはNH−アリール、
(c)H−{NH−[D−NR−D−NH}
(d)(C〜C20−アルキル)−CO−{NH−[D−NR−D−NH}、および
(e)(C〜C20−アルケニル)−CO−{NH−[D−NR−D−NH}、
(f)(C〜C20−アリール)−CO−{NH−[D−NR−D−NH}、
またはRのうちの少なくとも1つは、C〜C20芳香族部分を含む)。
典型的には、二価の有機基は、直鎖または分枝のC〜C20アルカンジイル、C〜C20アリールジラジカルまたはC〜C20アリールアルカンジイル(1つまたは複数のヘテロ原子で場合によって分断または置換されていてもよい)である。
好ましい実施形態では、Dは、各繰返し単位1〜pに対して、独立して、化学結合またはC〜C20−アルカンジイル基(アミンまたはエーテル基で場合によって分断されていてもよい)から選択される。より好ましくは、Dは、各繰返し単位1〜pに対して、独立して、化学結合または線状C〜C−アルカンジイル基、より好ましくは線状C−、C−、およびC−アルカンジイル、最も好ましくは線状ブタンジイルまたはエタンジイル基から選択される。
別の好ましい実施形態では、Dは、飽和、不飽和または芳香族の5〜10員の環である。より好ましくは、Dは、各繰返し単位1〜pに対して、独立して、C〜C10のアリールまたはヘテロアリールジラジカルである。最も好ましくはフェニルまたはピリジルジラジカルから選択される。
好ましくは、Dは、直鎖または分枝のC〜Cアルカンジイル、より好ましくは(CH(式中、mは2〜6、好ましくは2または3、最も好ましくは2の整数である)から選択される。最も好ましくは、Dは(CHまたは(CHから選択される。代わりに、D2は芳香族5〜10員の環系であってもよい。
好ましくは、Dは、直鎖または分枝のC〜Cアルカンジイル、より好ましくは(CH(式中、mは、2〜6、好ましくは2または3、最も好ましくは2の整数である)から選択される。最も好ましくは、Dは、(CHまたは(CHから選択される。
ある特定の好ましい実施形態では、DおよびDは等しく、(CHまたは(CHから選択される。好ましくは、Dは、キシリレンジイルまたは(CH(式中、mは2〜6、好ましくは2または3、最も好ましくは2の整数である)から選択される。
好ましくは、Dは、(CH(式中、mは4〜6の整数であり、最も好ましくは、mは5である)から選択される。
このようなアルカンジイルジラジカルD、D、D、DおよびDは、OまたはN原子、好ましくは、O原子で分断されることによって、1つまたは複数のエーテル基を含むジラジカルを形成することができる。このようなジラジカルの好ましい非限定的な例は、(CH−O−(CHまたは(CH−O−(CH−O−(CHである。
好ましい実施形態では、ポリアミノアミドは非置換であり、したがってRは水素である。
別の好ましい実施形態では、ポリアミノアミドはN−置換されており、Rは、各繰返し単位1〜nに対して、独立して、C〜C10−アルキルまたはC〜C10−アルケニル(ヒドロキシル、アルコキシまたはアルコキシカルボニルで場合によって置換されていてもよい)から選択される。より好ましくは、Rは水素またはC〜Cアルキルから選択される。最も好ましくは、Rはメチルである。
別の好ましい実施形態では、ポリアミノアミドはN−置換されており、Rは、各繰返し単位1〜nに対して、独立して、C〜C20−アリールまたはC〜C20−ヘテロアリール(ヒドロキシル、アルコキシまたはアルコキシカルボニルで場合によって置換されていてもよい)から選択される。
好ましくは、nは1〜100、より好ましくは1〜10、より好ましくは1〜5、最も好ましくは1または2の整数である。
好ましくは、pは2〜100、より好ましくは2〜80、最も好ましくは5〜70の整数である。pは、重合度に対応する。平均して、非整数は可能である。
好ましくは、qは0〜100、より好ましくは0〜20、最も好ましくは0の整数である。
好ましくは、rは0〜100、より好ましくは0〜20、最も好ましくは0の整数である。
式(I)または(II)によるポリアミドアミンが任意のさらなる芳香族官能化試薬で官能化されていない場合、基DおよびDのうちの少なくとも1つは、アリールヘテロアリールまたはアルカリルまたはアルクヘテロアリール(alkheteroaryl)から選択される。
一般的に、求核的に置換可能な脱離基は、求核的に置換可能な任意の官能基であってよい。好ましい求核的に置換可能な脱離基は、OH、アルコキシ、およびハロゲンから、最も好ましくはOH、OCH、OCHCH、およびClから選択される。
本発明の最初の好ましい実施形態では、qとrとは両方とも0であり、少なくとも1つのポリアミノアミドは、少なくとも1つのポリアルキレンポリアミンを、少なくとも1つのジカルボン酸と反応させることによって得ることができる。特に、少なくとも1つのポリアルキレンポリアミンは、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタアミン、ペンタエチレンヘキサミン、ジアミノプロピルエチレンジアミン、エチレンプロピレントリアミン、3−(2−アミノエチル)アミノプロピルアミン、ジプロピレントリアミン、ポリエチレンイミン、およびこれらの混合物の群から選択される。特に、少なくとも1つのジカルボン酸は、シュウ酸(エタン二酸)、マロン酸(プロパン二酸)、コハク酸(ブタン二酸)、酒石酸(2,3−ジヒドロキシブタン二酸)、マレイン酸((Z)−ブテン二酸)、イタコン酸(2−メチリデンブタン二酸)、グルタル酸(ペンタン二酸)、アジピン酸(ヘキサン二酸)、スベリン酸(オクタン二酸)、セバシン酸酸(デカン二酸)、イミノ二酢酸、アスパラギン酸(2−アミノブタン二酸)、グルタミン酸、およびこれらの混合物の群から選択される。
本発明のさらなる好ましい実施形態では、qは0であり、少なくとも1つのポリアミノアミドは、少なくとも1つのポリアルキレンポリアミンを、少なくとも1つのジカルボン酸および少なくとも1つのラクタム、アミノ酸またはペプチドと反応させることによって得ることができる。特に、少なくとも1つのラクタムは、ε−カプロラクタムである。
本発明のさらに別の好ましい実施形態では、rは0であり、少なくとも1つのポリアミノアミドは、少なくとも1つのポリアルキレンポリアミンを、少なくとも1つのジカルボン酸および少なくとも1つのアルキルジアミンまたはアルカリルジアミンと反応させることによって得ることができる。特に、1つのアルキルジアミンまたはアルカリルジアミンはエチレンジアミンまたはキシリレンジアミンである。
さらなる好ましい実施形態では、少なくとも1つのポリアミノアミドは、少なくとも1つのポリアルキレンポリアミンを、少なくとも1つのジカルボン酸、少なくとも1つのアルキルジアミンまたはアルカリルジアミンおよび少なくとも1つのラクタム、アミノ酸またはペプチドと反応させることによって得ることができる。
さらなる好ましい実施形態では、式(I)のポリアミノアミドは官能化されている。
このような官能化は、芳香族または非芳香族基により実施することができる。
官能化したポリアミノアミドは、さらなる反応ステップにおいてポリアミノアミドから合成することができる。追加的官能化は、ポリアミノアミドの特性を改質する役目を果たすことができる。この目的のために、アミノ基と反応可能な適切な薬剤を用いて、ポリアミノアミド中に存在する第一級、第二級および第三級アミノ基を変換する。これによって官能化したポリアミノアミドが形成する。
ポリアミノアミド中に存在する第一級、第二級および第三級アミノは、適切なプロトン化剤またはアルキル化剤を用いて、プロトン化またはアルキル化および/または四級化することができる。適切なアルキル化剤に対する例は、活性のあるハロゲン原子を含有する有機化合物、例えばアラルキルハロゲン化物、アルキルハロゲン化物、アルケニルハロゲン化物およびアルキニルハロゲン化物などである。さらに、硫酸アルキル、アルキルスルトン(sultones)、エポキシド、亜硫酸アルキル、炭酸ジアルキル、ギ酸メチルなどの化合物も使用することができる。対応するアルキル化剤の例は、塩化ベンジル、クロロメチルナフタレン、クロロメチルピリジン、スチレンオキシド、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、ブチレンオキシド、プロパンスルトン、硫酸ジメチル、亜硫酸ジメチル、炭酸ジメチル、(3−クロロ−2−ヒドロキシプロピル)トリメチルアンモニウムクロリドなどを含む。塩化ベンジル、クロロメチルナフタレン、およびスチレンオキシドなどの芳香族アルキル化剤を使用するのが好ましい。
官能化したポリアミノアミドも、2つ以上のさらなる反応ステップにおいて、一連の異なるプロトン化剤またはアルキル化剤を適用させることによって、ポリアミノアミドから合成することができる。例えば、ポリアミノアミド中に存在する第一級、第二級および第三級アミノ基は、最初にエポキシドと反応させ、第2の反応ステップにおいて、塩化ベンジルと反応させる。
本発明の第2の実施形態は、完全または部分的なプロトン付加、N−官能化、またはN−四級化によって得ることができる、式IIIのポリアミノアミド
Figure 0006062425
または式IIIのポリアミノアミドの誘導体を提供する。
(式中、
は、各繰返し単位1〜sに対して、独立して、飽和、不飽和または芳香族のC〜C20有機基から選択される二価の基であり、
は、直鎖または分枝のC〜Cアルカンジイル、C〜C10アリールジラジカル、C〜C20アリールアルカンジイルから選択され、
は、各繰返し単位1〜sに対して、独立して、H、C〜C20アルキル、C〜C20アルケニル(ヒドロキシル、アルコキシまたはアルコキシカルボニルで場合によって置換されていてもよい)、またはアリールから選択され、2つのRは、一緒になって環系を形成してもよく、
sは1〜250の整数であり、
、DまたはRのうちの少なくとも1つが、C〜C20芳香族部分を含むか、またはポリアミノアミドが、C〜C20芳香族部分で官能化および/または四級化されている)。
特に好ましいポリアミノアミドは、式IVによるものである。
Figure 0006062425
(式中、D、D、R、およびsは規定の意味を有し、
、Eは、独立して、以下から選択され
(a)NH−C〜C20−アルキルもしくはNH−C〜C20−アルケニルもしくはNH−アリール、
(b)N−(C〜C20−アルキル)もしくはN−(C〜C20−アルケニル)もしくはN−(アリール)もしくはN−(C〜C20−アルキル)(C〜C20−アルケニル)またはN−(C〜C20−アルキル)(アリール)もしくはN−(C〜C20−アルケニル)(アリール)、
(c)NR−D−NRH、または
(d)NR−D−NR−CH−CH−CO−NH−(C〜C20−アルキル)もしくはNR−D−NR−CH−CH−CO−NH−(C〜C20−アルケニル)もしくはNR−D−NR−CH−CH−CO−NH−アリール、
またはRのうちの少なくとも1つがC〜C20芳香族部分を含む)。
このようなポリアミノアミドはまた、特にナノメートルサイズのフィーチャーを充填するのに、特に50nm以下、特に30nm以下、最も特に20nm以下の開口、および4以上のアスペクト比を有するフィーチャーを充填するのに有用である。
好ましくは、Dは、各繰返し単位1〜sに対して、独立して,(CH(式中、gは1〜6、最も好ましくは1の整数である)から選択される。
好ましくは、Dは、直鎖C−〜C−アルカンジイル、最も好ましくはC〜Cアルカンジイル、またはC−〜C20−アリールアルカンジイル、最も好ましくはキシリレンジイルから選択される。
好ましくは、Rは、各繰返し単位1〜sに対して、独立して、H、C〜C20−アルキル、C〜C20−アルケニル(ヒドロキシル、アルコキシまたはアルコキシカルボニルで場合によって置換されていてもよい)またはアリールから選択される。最初の好ましい実施形態では、ポリアミノアミドは非置換であり、したがってRは水素である。第2の好ましい実施形態では、ポリアミノアミドはN−置換されており、Rは、各繰返し単位1〜sに対して、独立して、アリール、C〜C10−アルキルまたはC〜C10−アルケニル(ヒドロキシル、アルコキシまたはアルコキシカルボニルで場合によって置換されていてもよい)から選択される。より好ましくは、Rは、C〜Cアルキルから選択される。一般的に、2つのRが一緒になって、環系を形成することもできる。
好ましくは、EおよびEは、独立してNR−D−NRHから選択される。
好ましくは、sは1〜150、より好ましくは1〜100、最も好ましくは1〜50の整数である。
式(II)によるポリアミドアミンが任意のさらなる芳香族官能化試薬で官能化されて、側鎖に芳香族部分が導入されていない場合、基D、DおよびRのうちの少なくとも1つは、アリール、ヘテロアリール、アルカリル、またはアルクヘテロアリール(alkheteroaryl)から選択される。
好ましい実施形態では、ポリアミノアミドIIIまたはIVは、少なくとも1つのジアミンを少なくとも1つのN,N’−ビスアクリルアミドと反応させることによって得ることができる。好ましくは少なくとも1つのジアミンは、2つの第二級アミノ基、または1つの第二級アミノ基および1つの第一級アミノ基を含む。特に、少なくとも1つのジアミンは、N,N’−ジメチル−1,2−ジアミノエタン、N,N’−ジメチル−1,3−ジアミノプロパン、N,N’−ジメチル−1,4−ジアミノブタン、N−N’−ジエチル−1,2−ジアミノエタン、N,N’−ジエチル−1,3−ジアミノプロパン、N,N’−ジエチル−1,4−ジアミノブタン、ピペラジン、2−(メチルアミノ)エチルアミン、3−(メチルアミノ)プロピルアミン、2−アミノエチルピペラジン、N−(2−アミノエチル)エタノールアミン、エチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、およびエーテルアミン、例えばHN−(CH−O−(CH−NHまたはHN−(CH−O−(CH−O−(CH−NHなどの群から選択される。非芳香族ジアミン以外には、芳香族ジアミン、例えばこれらに限定されないが、4,4’−メチレンジアニリン、フェニレンジアミン、キシリレンジアミン、およびこれらの混合物などを使用することができる。
特に、少なくとも1つのビスアクリルアミドは、N,N’−メチレンビスアクリルアミド、N,N’−エチレンビスアクリルアミド、1,6−ヘキサメチレンビスアクリルアミド、N,N’−オクタメチレンビスアクリルアミド、キシレンビスアクリルアミド、およびこれらの混合物の群から選択される。
さらなる好ましい実施形態では、ポリアミノアミドIIIまたはIVは、少なくとも1つのジアミンを、少なくとも1つのN,N’−ビスアクリルアミド、少なくとも1つの第一級アミン、例えば、HN−(C〜C20−アルキル)、HN−(C〜C20−アルケニル)またはHNH−アリールなどと、および/または少なくとも1つの第二級アミン、例えば、HN(C〜C20−アルキル)、HN(C〜C20−アルケニル)2、HN(アリール)2、HN(C〜C20−アルキル)(C〜C20−アルケニル)、HN(C〜C−アルキル)(アリール)またはHN(C〜C20−アルケニル)(アリール)などと反応させることによって得ることができる。
第3の好ましい実施形態では、ポリアミノアミドIIIまたはVIは、少なくとも1つのジアミンを、少なくとも1つのN,N’−ビスアクリルアミド、少なくとも1つのモノアクリルアミド化合物、例えば、HC=CH−CO−NH−(C〜C20−アルキル)、HC=CH−CO−NH−(C〜C20−アルケニル)またはHC=CH−CO−NH−アリールなどと反応させることによって得ることができる。
第4の好ましい実施形態では、式IIIまたはIVのポリアミノアミドは官能化されている。
官能化したポリアミノアミドIIIまたはIVは、さらなる反応ステップにおいて、ポリアミノアミドIIIまたはIVからそれぞれ合成することができる。追加的官能化は、ポリアミノアミドIIIまたはVIの特性を改質するための役目を果たすことができる。この目的のために、アミノ基と反応可能な適切な薬剤を用いて、ポリアミノアミドIIIまたはVI中に存在する第一級、第二級および第三級アミノ基を変換する。これによって官能化したポリアミノアミドIIIまたはVIが形成する。
ポリアミノアミドII中に存在する第一級、第二級および第三級アミノ基は、適切なプロトン化剤またはアルキル化剤を用いて、プロトン化またはアルキル化および/または四級化することができる。適切なアルキル化剤に対する例は、活性のあるハロゲン原子を含有する有機化合物、例えば、アラルキルハロゲン化物、アルキルハロゲン化物、アルケニルハロゲン化物およびアルキニルハロゲン化物などである。さらに、硫酸アルキル、アルキルスルトン(sultones)、エポキシド、亜硫酸アルキル、炭酸ジアルキル、ギ酸メチルなどの化合物も使用することができる。対応するアルキル化剤の例は、塩化ベンジル、クロロメチルナフタレン、クロロメチルピリジン、スチレンオキシド、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、ブチレンオキシド、プロパンスルトン、硫酸ジメチル、亜硫酸ジメチル、炭酸ジメチル、(3−クロロ−2−ヒドロキシプロピル)トリメチルアンモニウムクロリドなどを含む。塩化ベンジル、クロロメチルナフタレン、およびスチレンオキシドなどの芳香族アルキル化剤を使用するのが好ましい。
官能化したポリアミノアミドIIIまたはIVも、2つ以上のさらなる反応ステップにおいて、一連の異なるプロトン化剤またはアルキル化剤を適用させることによって、ポリアミノアミドIIIまたはIVから合成することができる。例えば、ポリアミノアミドIIIまたはVI中に存在する第一級、第二級および第三級アミノ基は、最初に、エポキシドと反応させ、第2の反応ステップにおいて、塩化ベンジルと反応させる。
上記に記載されている合成経路以外に、本発明によるポリアミノアミドは、任意の他の公知の方法、例えばWO03/014192に記載されている方法で調製することもできる。
多種多様の添加剤を浴中で典型的に使用することによって、Cuめっきした金属に対して所望される表面仕上げを提供することができる。普通、複数の添加剤が使用され、各添加剤は所望の作用を形成する。有利には、電気めっき浴は、1つまたは複数の促進剤、阻害剤、抑制剤、ハロゲン化物イオン供給源、結晶微細化剤およびこれらの混合物を含有してもよい。最も好ましくは、電気めっき浴は、少なくとも促進剤と本発明による阻害剤との両方、および場合によって抑制剤を含有する。他の添加剤も、本発明の電気めっき浴中で適切に使用することができる。
任意の促進薬剤は本発明で有利に使用することができる。本発明に有用な促進剤として、これらに限定されないが、1つまたは複数の硫黄原子およびスルホン酸/ホスホン酸を含む化合物またはこれらの塩が挙げられる。
一般的に好ましい促進剤は、一般的構造M−RA1−(S)−RA2を有する:
−Mは、水素またはアルカリ金属(好ましくはNaまたはK)であり、
−XはPまたはSであり、
−d=1〜6、好ましくは2であり、
−RA1は、C1〜C8アルキル基またはヘテロアルキル基、アリール基またはヘテロ芳香族基から選択される。ヘテロアルキル基は、1つまたは複数のヘテロ原子(N、S、O)および1〜12個の炭素を有することになる。炭素環式アリール基は典型的なアリール基、例えばフェニル、ナフチルなどである。ヘテロ芳香族基はまた適切なアリール基であり、1個または複数のN、OまたはS原子および1〜3個の別々のまたは縮合した環を含有し、
−RA2は、Hまたは(−S−RA1’XOM)から選択され、RA1’はRA1と等しいかまたは異なる。
さらに具体的には、有用な促進剤として、以下の式のものが挙げられる:
S−RA1−SH
S−RA1−S−S−RA1’−SO
S−Ar−S−S−Ar−SO
A1は、上で定義された通りであり、Arはアリールである。
特に好ましい促進化剤は、以下である。
−SPS:ビス−(3−スルホプロピル)−ジスルフィド二ナトリウム塩
−MPS:3−メルカプト−1−プロパンスルホン酸、ナトリウム塩
単独または混合物で使用される促進剤の他の例として、これらに限定されないが:MES(2−メルカプトエタンスルホン酸、ナトリウム塩);DPS(N,N−ジメチルジチオカルバミン酸(3−スルホプロピルエステル)、ナトリウム塩);UPS(3−[(アミノ−イミノメチル)−チオ]−1−プロピルスルホン酸);ZPS(3−(2−ベンズチアゾリルチオ)−1−プロパンスルホン酸、ナトリウム塩);3−メルカプト−プロピルスルホン酸−(3−スルホプロピル)エステル;メチル−(ω−スルホプロピル)−ジスルフィド、二ナトリウム塩;メチル−(ω−スルホプロピル)−トリスルフィド、二ナトリウム塩が挙げられる。
このような促進剤は、典型的には、めっき浴の総重量に基づき、約0.1ppm〜約3000ppmの量で使用される。本発明において有用な促進剤の特に適切な量は1〜500ppm、より具体的には2〜100ppmである。
任意の追加的阻害剤は、本発明による阻害剤と組み合わせて使用することができる。特にいわゆる「平滑化剤」クラスおよび「抑制剤」クラスの阻害剤を使用することができる。
本発明に有用な抑制化剤または抑制剤として、これらに限定されないが、ポリマー材、特にヘテロ原子置換、より具体的には酸素置換を有するものが挙げられる。抑制化剤はポリアルキレンオキシドであるのが好ましい。適切な抑制化剤として、ポリエチレングリコールコポリマー、特にポリエチレングリコールポリプロピレングリコールコポリマーが挙げられる。適切な抑制剤のエチレンオキシドおよびプロピレンオキシドの配置はブロック、グラジエント、またはランダムであってよい。ポリアルキレングリコールはさらなるアルキレンオキシド構成ブロック、例えばブチレンオキシドなどを含み得る。好ましくは、適切な抑制剤の平均分子量は、約2000g/molを上回る。適切なポリアルキレングリコールの開始分子は、アルキルアルコール、例えばメタノール、エタノール、プロパノール、n−ブタノールなど、アリールアルコール、例えばフェノールおよびビスフェノールなど、アルカリルアルコール、例えばベンジルアルコールなど、ポリオールスターター、例えばグリコール、グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリトリトール、ソルビトールなど、炭水化物、例えばサッカロースなど、アミンおよびオリゴアミン、例えばアルキルアミンなど、アリールアミン、例えばアニリン、トリエタノールアミン、エチレンジアミンなど、アミド、ラクタム、ヘテロ環式アミン、例えばイミダゾールおよびカルボン酸などであってよい。場合によって、ポリアルキレングリコール抑制剤は、イオン性基、例えば硫酸イオン、スルホン酸イオン、アンモニウムなどで官能化されていてもよい。
本発明による阻害剤と組み合わせて特に有用な抑制化剤は以下である:
(a)WO2010/115796に記載されている通り、少なくとも3つの活性のあるアミノ官能基を含むアミン化合物を、エチレンオキシドと、CおよびCアルキレンオキシドから選択される少なくとも1つの化合物との混合物と反応させることによって得ることができる抑制化剤。
好ましくは、アミン化合物は、ジエチレントリアミン、3−(2−アミノエチル)アミノプロピルアミン、3,3’−イミノジ(プロピルアミン)、N,N−ビス(3−アミノプロピル)メチルアミン、ビス(3−ジメチルアミノプロピル)アミン、トリエチレンテトラアミンおよびN,N’−ビス(3−アミノプロピル)エチレンジアミンから選択される。
(b)WO2010/115756に記載されている通り、活性のあるアミノ官能基を含むアミン化合物を、エチレンオキシドとCおよびCアルキレンオキシドから選択される少なくとも1つの化合物との混合物と反応させることによって得ることができる抑制化剤であって、6000g/mol以上の分子量Mを有し、エチレンC3および/またはC4アルキレンランダムコポリマーを形成する抑制化剤。
(c)WO2010/115757に記載されている通り、少なくとも3つの活性のあるアミノ官能基を含むアミン化合物を、エチレンオキシドおよびC3およびC4アルキレンオキシドから選択される少なくとも1つの化合物と、混合物からまたは順に反応させることによって得ることができる抑制化剤であって、6000g/mol以上の分子量Mを有する抑制化剤。
好ましくは、アミン化合物は、エチレンジアミン、1,3−ジアミノプロパン、1,4−ジアミノブタン、1,5−ジアミノペンタン、1,6−ジアミノヘキサン、ネオペンタンジアミン、イソホロンジアミン、4,9−ジオキサデカン−1,12−ジアミン、4,7,10−トリオキサトリデカン−1,13−ジアミン、トリエチレングリコールジアミン、ジエチレントリアミン、(3−(2−アミノエチル)アミノプロピルアミン、3,3’−イミノジ(プロピルアミン)、N,N−ビス(3−アミノプロピル)メチルアミン、ビス(3−ジメチルアミノプロピル)アミン、トリエチレンテトラアミンおよびN,N’−ビス(3−アミノプロピル)エチレンジアミンから選択される。
(d)WO2010/115717に記載されている通り、式S1の化合物から選択される抑制化剤
Figure 0006062425
(式中、RS1基は、それぞれ独立して、エチレンオキシドおよび少なくとも1つのさらなるC3〜C4アルキレンオキシドのコポリマーから選択され、前記コポリマーはランダムコポリマーであり、RS2基はそれぞれ独立してRS1またはアルキルから選択され、XS1およびYS1は、独立して二価のスペーサー基であり、各繰返し単位に対してXS1は、独立して、C〜CアルカンジイルおよびZS1−(O−ZS1(式中、ZS1基はそれぞれ独立して、C2〜C6アルカンジイルから選択される)から選択され、uは0以上の整数であり、tは1以上の整数である)。
好ましくはスペーサー基XS1およびYS1は独立して、およびXS1は、各繰返し単位に対して独立して、C2〜C4アルキレンから選択される。最も好ましくはXS1およびYS1は、独立して、およびXS1は各繰返し単位に対して独立して、エチレン(−C−)またはプロピレン(−C−)から選択される。
好ましくは、ZS1は、C2〜C4アルキレン、最も好ましくはエチレンまたはプロピレンから選択される。
好ましくは、sは1〜10、より好ましくは1〜5、最も好ましくは1〜3の整数である。好ましくは、tは1〜10、より好ましくは1〜5、最も好ましくは1〜3の整数である。
別の好ましい実施形態では、C3〜C4アルキレンオキシドは、プロピレンオキシド(PO)から選択される。この場合、EO/POコポリマー側鎖は、活性のあるアミノ官能基から出発して生成される。
エチレンオキシドおよびさらなるC3〜C4アルキレンオキシドのコポリマー中のエチレンオキシド含有量は、一般的に約5重量%〜約95重量%、好ましくは約30重量%〜約70重量%、特に好ましくは約35重量%〜約65重量%の間にすることができる。
式(S1)の化合物は、アミン化合物を、1つまたは複数のアルキレンオキシドと反応させることによって調製する。好ましくは、アミン化合物は、エチレンジアミン、1,3−ジアミノプロパン、1,4−ジアミノブタン、1,5−ジアミノペンタン、1,6−ジアミノヘキサン、ネオペンタンジアミン、イソホロンジアミン、4,9−ジオキサデカン−1,12−ジアミン、4,7,10−トリオキサトリデカン−1,13−ジアミン、トリエチレングリコールジアミン、ジエチレントリアミン、(3−(2−アミノエチル)アミノ)プロピルアミン、3,3’−イミノジ(プロピルアミン)、N,N−ビス(3−アミノプロピル)メチルアミン、ビス(3−ジメチルアミノプロピル)アミン、トリエチレンテトラアミンおよびN,N’−ビス(3−アミノプロピル)エチレンジアミンから選択される。
式S1の抑制化剤の分子量Mは、約500g/mol〜約30000g/molの間でよい。好ましくは、分子量Mは、約6000g/mol以上、好ましくは約6000g/mol〜約20000g/mol、より好ましくは約7000g/mol〜約19000g/mol、最も好ましくは約9000g/mol〜約18000g/molであるべきである。抑制化剤中のアルキレンオキシド単位の好ましい総量は、約120〜約360、好ましくは約140〜約340、最も好ましくは約180〜約300であってよい。
アルキレンオキシド単位の抑制化剤中の典型的な総量は、約110エチレンオキシド単位(EO)および10プロピレンオキシド単位(PO)であってよく、約100EOおよび20PO、約90EOおよび30PO、約80EOおよび40PO、約70EOおよび50PO、約60EOおよび60PO、約50EOおよび70PO、約40EOおよび80PO、約30EOおよび90PO、約100EOおよび10ブチレンオキシド(BuO)単位、約90EOおよび20BO、約80EOおよび30BO、約70EOおよび40BO、約60EOおよび50BOまたは約40EOおよび60BO〜約330EOおよび30PO単位、約300EOおよび60PO、約270EOおよび90PO、約240EOおよび120PO、約210EOおよび150PO、約180EOおよび180PO、約150EOおよび210PO、約120EOおよび240PO、約90EOおよび270PO、約300EOおよび30ブチレンオキシド(BuO)単位、約270EOおよび60BO、約240EOおよび90BO、約210EOおよび120BO、約180EOおよび150BO、または約120EOおよび180BOであってよい。
(e)WO2011/7012462に記載されている通り、式XS2(OH)(式中、uは3〜6の整数であり、XS2は、3〜10個の炭素原子を有する、置換または非置換であってよい、u価の線状または分枝の脂肪族または脂環式基である)の少なくとも1つのポリアルコールから縮合によって誘導される多価アルコール縮合化合物を、少なくとも1つのアルキレンオキシドと反応させて、ポリオキシアルキレン側鎖を含む多価アルコール縮合物を形成することによって得ることができる抑制化剤。
好ましいポリアルコール縮合物は、以下の式の化合物から選択される。
Figure 0006062425
(式中、YS2は、1〜10個の炭素原子を有する、置換または非置換であってよい、u価の線状または分枝の脂肪族または脂環式の基であり、aは2〜50の整数であり、bは各ポリマーアームdに対して、同じでも異なっていてもよく、1〜30の整数であり、cは2または3の整数であり、dは1〜6の整数である)。最も好ましいポリアルコールはグリセロール縮合物および/またはペンタエリトリトール縮合物である。
(f)WO2011/7012475に記載されている通り、少なくとも5つのヒドロキシル官能基を含む多価アルコールを、少なくとも1つのアルキレンオキシドと反応させて、ポリオキシアルキレン側鎖を含む多価アルコールを形成することによって得ることができる抑制化剤。好ましいポリアルコールは、式(S3a)または(S3b)で表される線状または環式の単糖アルコールである。
HOCH−(CHOH)−CHOH (S3a)
(CHOH) (S3b)
(式中、vは3〜8の整数であり、wは5〜10の整数である)。最も好ましい単糖アルコールは、ソルビトール、マンニトール、キシリトール、リビトールおよびイノシトールである。さらなる好ましいポリアルコールは、式(S4a)または(S4b)の単糖である。
CHO−(CHOH)−CHOH (S4a)
CHOH−(CHOH)−CO−(CHOH)−CHOH (S4b)
(式中、xは4または5の整数であり、y、zは整数であり、y+zは3または4である)。最も好ましい単糖アルコールは、アルドースアロース、アルトロース、ガラクトース、グルコース、グロース、イドース、マンノース、タロース、グルコヘプトース、マンノヘプトースまたはケトースフルクトース、プシコース、ソルボース、タガトース、マンノヘプツロース、セドヘプツロース、タロヘプツロース、アロヘプツロースから選択される。
これらは、コンフォーマルではない銅シードであるにもかかわらず、シードが突出する問題に対処し、実質的に欠陥のない溝充填を提供する、特に効果的な、強い抑制化剤である。
抑制剤が使用される場合、これらは典型的には、浴の重量に基づき約1〜約10,000ppm、好ましくは約5〜約10,000ppmの範囲の量で存在する。
適切な平滑化剤として、これらに限定されないが、1つまたは複数のポリアルカノールアミンおよびその誘導体、ポリグリシン、ポリ(アリルアミン)、ポリアニリン、ポリウレア、ポリアクリルアミド、ポリ(メラミン−co−ホルムアルデヒド)、アミンとエピクロロヒドリンとの反応生成物、アミン、エピクロロヒドリン、およびポリアルキレンオキシドの反応生成物、アミンと、ポリエポキシド、ポリビニルピリジン、ポリビニルイミダゾール、ポリビニルピロリドンとの反応生成物、またはそのコポリマー、ニグロシン、ペンタメチル−パラ−ローザニリンハロゲン化水素、ヘキサメチル−パラローザニリンハロゲン化水素、または式N−R−S(式中、Rは置換アルキル、非置換アルキル、置換アリールまたは非置換アリールである)の官能基を含有する化合物が挙げられる。典型的には、アルキル基は、(C1〜C6)アルキル、好ましくは(C1〜C4)アルキルである。一般的に、アリール基として、(C6〜C20)アリール、好ましくは(C6〜C10)アリールが挙げられる。このようなアリール基は、ヘテロ原子、例えば、硫黄、窒素および酸素などをさらに含んでもよい。アリール基がフェニルまたはナフチルであることが好ましい。式N−R−Sの官能基を含有する化合物は、一般的に公知であり、一般的に市販されており、さらなる精製なしで使用することができる。
N−R−S官能基を含有するこのような化合物では硫黄(「S」)および/または窒素(「N」)は、一重結合または二重結合でこのような化合物に付加していてもよい。硫黄が一重結合でこのような化合物に付加している場合、硫黄は、別の置換基、例えば、これらに限定されないが、水素、(C1〜C12)アルキル、(C2〜C12)アルケニル、(C6〜C20)アリール、(C1〜C12)アルキルチオ、(C2〜C12)アルケニルチオ、(C6〜C20)アリールチオなどを有することになる。同様に、窒素は、1つまたは複数の置換基、例えば、これらに限定されないが、水素、(C1〜C12)アルキル、(C2〜C12)アルケニル、(C7〜C10)アリールなどを有することになる。N−R−S官能基は、非環式であっても環式であってもよい。環式N−R−S官能基を含有する化合物には、窒素または硫黄のいずれか、または窒素と硫黄との両方を環系内に有するものが含まれる。
一般的に、電気めっき浴中の平坦化剤の総量は、めっき浴の総重量に基づき0.5ppm〜10000ppmである。平坦化剤は、典型的には、めっき浴の総重量に基づき、約0.1ppm〜約1000ppm、さらに典型的には1〜100ppmの総量が使用されるが、よりたくさんの量または少量を使用してもよい。
金属イオン供給源は、電気めっき浴中に十分な量で堆積されることになる金属イオンを放出可能な任意の化合物であってよく、すなわち、金属イオン供給源は、電気めっき浴に少なくとも部分的に溶解性がある。金属イオン供給源はめっき浴に溶解性があることが好ましい。適切な金属イオン供給源は金属塩であり、これらに限定されないが、硫酸金属塩、ハロゲン化物金属塩、酢酸金属塩、硝酸金属塩、フルオロホウ酸金属塩、アルキルスルホン酸金属塩、アリールスルホン酸金属塩、スルファミン酸金属塩、グルコン酸金属塩などが挙げられる。金属は銅であることが好ましい。金属イオン供給源が硫酸銅、塩化銅、酢酸銅、クエン酸銅、硝酸銅、フルオロホウ酸銅、メタンスルホン酸銅、フェニルスルホン酸銅およびp−トルエンスルホン酸銅であることがさらに好ましい。硫酸銅五水和物およびメタンスルホン酸銅が特に好ましい。このような金属塩は一般的に市販されており、さらなる精製なしで使用することができる。
金属電気めっき以外には、組成物は金属含有層の無電解堆積に使用することができる。組成物は、Ni、Co、Mo、Wおよび/またはReを含有するバリア層の堆積に特に使用することができる。この場合、金属イオン以外に、第III族およびV族のさらなる元素、特にBおよびPは、無電解堆積のために組成物中に存在してもよく、したがって金属と共堆積される。
金属イオン供給源は、本発明では、基板上での電気めっきのために十分な金属イオンを提供する任意の量で使用することができる。適切な金属イオン金属供給源として、これらに限定されないが、スズ塩、銅塩などが挙げられる。金属が銅の場合、銅塩は、典型的には、約1〜約300g/lの範囲のめっき浴の量で存在する。金属塩の混合物を本発明に従い電気めっきすることができることが理解される。したがって、合金、例えば約2重量パーセントまでのスズを有する銅−スズなどを、本発明に従い有利にめっきすることができる。このような混合物の中の金属塩のそれぞれの量は、めっきされることになる特定の合金に依存し、当業者には周知である。
一般的に、本発明の金属電気めっき組成物は、好ましくは、電解質、すなわち酸性またはアルカリ性の電解質と、1つまたは複数の金属イオン供給源、場合によってハロゲン化物イオンと、場合によって促進剤および/または抑制剤などの他の添加剤とを含む。このような浴は典型的には水性である。水は広範囲な量で存在してもよい。任意のタイプの水、例えば、蒸留水、脱イオン化水または水道水を使用することができる。
本発明の電気めっき浴は、任意の順序で成分を組み合わせることによって調製することができる。無機成分、例えば金属塩、水、電解質および場合によるハロゲン化物イオン供給源などを最初に浴容器に加え、続いて有機成分、例えば平坦化剤、促進剤、抑制剤、界面活性剤などを加えることが好ましい。
典型的には、本発明のめっき浴は、10〜65℃の任意の温度またはより高い温度で使用することができる。めっき浴の温度は、10〜35℃、より好ましくは15℃〜30℃が好ましい。
適切な電解質は、例えば、これらに限定されないが、硫酸、酢酸、フルオロホウ酸、アルキルスルホン酸、例えばメタンスルホン酸、エタンスルホン酸、プロパンスルホン酸およびトリフルオロメタンスルホン酸など、アリールスルホン酸、例えばフェニルスルホン酸およびトルエンスルホン酸など、スルファミン酸、塩酸、リン酸、水酸化テトラアルキルアンモニウム、好ましくは水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどが挙げられる。酸は、典型的には、約1〜約300g/lの範囲の量で存在する。アルカリ性電解質は、典型的には、約0.1〜約20g/lの量またはpH8〜13を生じる量で、さらに典型的には、pH9〜12を生じる量でそれぞれ存在する。
このような電解質は、ハロゲン化物イオン供給源、例えば塩素イオンなどを、塩化銅または塩酸として場合によって含有してもよい。広範囲なハロゲン化物イオン濃度、例えば約0〜約500ppmなどが本発明で使用されてもよい。典型的には、ハロゲン化物イオン濃度は、めっき浴に基づき、約10〜約100ppmの範囲である。電解質は、硫酸またはメタンスルホン酸、好ましくは硫酸またはメタンスルホン酸と、塩素イオン供給源との混合物であることが好ましい。本発明に有用な酸およびハロゲン化物イオンの供給源は、一般的に市販されており、さらなる精製なしで使用することができる。
本発明のある特定の利点は、過剰めっきが減少する、または実質的に排除されることである。このような過剰めっきの減少は、特に半導体製造において、その後の化学的−機械的平坦化(CMP)プロセス中に、銅などの金属を除去するのに費やされる時間および努力が少なくなることを意味する。
金属、特に銅は、金属堆積物内にボイドを実質的に形成することなく、本発明によるアパーチャーに堆積する。「ボイドを実質的に形成することなしに」という用語は、めっきしたアパーチャーの95%がボイドを含まないことを意味する。めっきしたアパーチャーがボイドを含まないことが好ましい。
典型的には、基板は、基板を本発明のめっき浴と接触させることによって電気めっきする。基板は典型的にはカソードとして作用する。めっき浴は、溶解性でも不溶性であってもよいアノードを含有する。場合によって、カソードおよびアノードは、膜によって分離されていてもよい。電位は典型的にはカソードに加えられる。十分な電流密度が加えられ、所望の厚さを有する金属層、例えば銅層などを基板上に堆積させるのに十分な期間めっきが実施される。適切な電流密度として、これらに限定されないが、0.1〜250mA/cmの範囲が挙げられる。電流密度は、集積回路の製造において銅を堆積するために使用される場合、典型的には、0.5〜60mA/cmの範囲である。特異的な電流密度は、めっきすることになる基板、選択した平坦化剤などに依存する。このような電流密度の選択は、当業者の手腕の範囲である。加える電流は、直流(DC)、パルス電流(PC)、逆パルス電流(PRC)または他の適切な電流であってよい。
一般的に、本発明を使用して集積回路の製造に使用されるウエハーなどの基板上に金属を堆積する場合、めっき浴は、使用中に撹拌する。任意の適切な撹拌方法を本発明と共に使用することができ、このような方法は当技術分野で周知である。適切な撹拌方法として、これらに限定されないが、不活性ガスまたは空気のスパージング、ワークピース撹拌、衝突などが挙げられる。このような方法は当業者には公知である。本発明を使用して集積回路基板、例えばウエハーなどをめっきする場合、ウエハーを例えば1〜150RPMなどで回転させることができ、めっき浴を回転しているウエハーに、例えばポンプ供給またはスプレイなどによって接触させることができる。代わりに、めっき浴の流れが所望の金属堆積を得るのに十分な場合には、ウエハーを回転させる必要はない。
本発明に従い、金属堆積物内にボイドを実質的に形成することなく、金属、特に銅はアパーチャー内に堆積される。「ボイドを実質的に形成することなく」という用語は、めっきしたアパーチャーの95%がボイドを含まないことを意味する。めっきしたアパーチャーがボイドを含まないことが好ましい。
本発明の方法は、全般的に半導体製造に関して記載されてきたが、高い反射率を有する、基本的に平らまたは平坦な銅堆積が所望される場合、ならびに過剰めっきの減少およびボイドを実質的に含まない金属充填した小さなフィーチャーが所望される場合、本発明は任意の電解プロセスに有用となり得ることを理解されたい。このようなプロセスとして、プリント配線板の製造が挙げられる。例えば、本発明のめっき浴は、プリント配線板上のビア、パッドまたはトレースのめっき、ならびにウエハー上のバンプめっきに対して有用となり得る。他の適切なプロセスとして、パッケージおよび相互接続体の製造が挙げられる。したがって、適切な基板は、リードフレーム、相互接続体、プリント配線板などが挙げられる。
半導体基板をめっきするためのめっき装置は周知である。めっき装置は、Cu電解質を保持し、適切な物質、例えばプラスチックまたは電解めっき浴に対して不活性な他の材料などで作製された電気めっきタンクを含む。タンクは、特にウエハーめっきのために円柱状であってよい。カソードは、タンクの上側部分に水平に配置され、任意のタイプの基板、例えば、溝およびビアなどの開口部を有するシリコンウエハーなどでよい。ウエハー基板は、典型的には、Cuまたは他の金属のシード層でコーティングすることによって、その上にめっきが開始される。Cuシード層は、化学蒸着法(CVD)、物理蒸着法(PVD)などにより施すことができる。アノードはまたウエハーめっきに対して好ましくは円形であり、アノードとカソードとの間に空間を形成するタンクの下側部分に水平に配置される。アノードは典型的には溶解性アノードである。
これらの浴添加剤は、様々なツール製造者によって開発されている膜技術と組み合わせることが有用である。このシステムでは、アノードは、膜により有機浴添加剤から単離することができる。アノードと有機浴添加剤を分離する目的は、有機浴添加剤の酸化を最小限に抑えることである。
カソード基板およびアノードは、配線により電気的に接続され、それぞれ整流装置(電源)に繋がっている。直流またはパルス電流のためのカソード基板は、正味の負電荷を有することで、溶液中のCuイオンがカソード基板において還元され、カソード表面上にめっきしたCu金属を形成するようになっている。酸化反応がアノードで起きる。カソードおよびアノードは、タンク内で水平にまたは垂直に配置されていてもよい。
本発明は、金属層、特に銅層を、様々な基板、特にマイクロメートル−サイズのアパーチャーを有するものの上に堆積させるのに有用である。例えば、本発明は、マイクロメートルサイズのビア、溝または他のアパーチャーを有する、集積回路基板、例えば半導体デバイスなどの上に銅を堆積させるのに特に適切である。一実施形態では、半導体デバイスは、本発明に従いめっきされる。このような半導体デバイスとして、これらに限定されないが、集積回路の製造に使用されるウエハーが挙げられる。
本発明の方法は、半導体製造に関して全般的に記載されてきたが、高い反射率を有する、基本的に平らまたは平坦な銅堆積が所望される場合、本発明は、任意の電解プロセスに有用となり得ることを理解されたい。したがって、適切な基板として、同等のフィーチャーサイズを有する、リードフレーム、相互接続体、プリント配線板などが挙げられる。
すべてのパーセント、ppmまたは同等の値は、他に示されていない限り、それぞれの組成物の総重量に対する重量を指す。すべての引用文献は、本明細書に参照により組み込まれている。
以下の例は、本発明の範囲を制限することなく、本発明をさらに例示するものとする。
DIN53176に従い、酢酸中のポリマー溶液を、過塩素酸を用いて滴定することによりアミン価を求めた。
Kjeldahl(Ehrenberger、Friedrich:Quantitative organische Elementaranalyse、p.336ff.)に従い窒素含有量を求めた。
DIN53402に従い、水中のポリマー溶液を、水酸化ナトリウム水溶液を用いて滴定することにより、酸価を求めた。
ヘキサフルオロイソプロパノールを溶離液として用いてサイズ排除クロマトグラフィーにより分子量(Mw)を求めた。
比較例1
アジピン酸およびジエチレントリアミン由来のポリアミノアミドC1(分子比18:19)
ジエチレントリアミン(381.3g、3.695mol)を、2l装置に導入し、水(95.3g)を加えると、54℃までの温度増加が生じた。溶液を60℃に加熱し、アジピン酸(511.4g、3.500mol)を5分間の間に少しずつ加えた。この間に、温度は125℃まで増加した。次いで、絶え間ない窒素流を開始すると、温度が50分以内で180℃に増加し、水および微量のジエチレントリアミンを180℃で3時間、蒸留で取り除いた。生成した留出物(221g)は、アミン価0.75mmol/gを示し、留出物中のジエチレントリアミン含有量5.7gを示唆した。温度が158℃に到達した時点で、加熱を止め、水(892g)をゆっくりと加えた。生じたポリアミノアミドを、アミン価2.80mmol/g、酸価0.30mmol/gおよび水含有量54重量%を示す水溶液(1643g)として得た。ゲル浸透クロマトグラフィーにより、平均分子量Mw=24500g/molおよび多分散性Mw/Mn=2.3が明らかとなった。貯蔵のため、ポリアミノアミド溶液を追加の水で希釈すると、結果として最終水含有量が80重量%となった。
比較例2
アジピン酸およびN,N’−ビス−(3−アミノプロピル)−エチレンジアミン由来のポリアミノアミドC2(分子比18:19)
N,N’−ビス−(3−アミノプロピル)−エチレンジアミン(87.1g、0.500mol)を250ml装置内に置き、水(21.8g)を加えると、結果として64℃までの温度増加が生じた。次いで、アジピン酸(62.9g、0.47mol)を5分間の間に少しずつ加えた。この間に、温度は85℃まで増加した。次いで、絶え間ない窒素流を開始すると、温度は40分以内で180℃に増加し、水および微量のN,N’−ビス−(3−アミノプロピル)−エチレンジアミンを180℃で4時間、蒸留で取り除いた。生成した留出物(38g)は、アミン価0.40mmol/gを示し、留出物中のN,N’−ビス−(3−アミノプロピル)−エチレンジアミン含有量0.66gを示唆した。温度が160℃に到達した時点で加熱を止め、水(92.9g)をゆっくりと加えた。溶液を1lの丸底フラスコに充填し、続いて水の別の分量(465g)を加えた。ポリアミノアミドC2(692g)を、アミン価1.64mmol/g、酸価0.15mmol/gおよび水含有量80重量%を示す水溶液として得た。ゲル浸透クロマトグラフィーにより、平均分子量Mw=37700g/molおよび多分散性Mw/Mn=2.5が明らかとなった。
実施例3
ポリアミノアミドC1および塩化ベンジル由来の官能化ポリアミノアミド1
ポリアミノアミドC1(358g)、水(297g)および塩化ベンジル(84.9g、670mmol)を1l装置内に置き、80℃で6時間撹拌した。生成した液体(50g)の一部をジクロロメタンで洗浄することによって(3×20ml)、未反応の塩化ベンジルおよび副生物ベンジルアルコールを除去した。次いで、揮発性化合物を、減圧下、80℃で除去することによって、窒素含有量12.5gN/100gを示す薄いバラ色の固体として、平滑化剤1を得た(7.70g)。
実施例4
ポリアミノアミドC1およびスチレンオキシド由来の官能化ポリアミノアミド2
ポリアミノアミドC1(200g)および水(408g)を1l装置内に置き、30分間の間100℃に加熱した。次いで、スチレンオキシド(11.5g)を8分間の間滴加した。反応混合物を100℃で4時間撹拌し、室温に冷却し、溶媒を減圧下、80℃で除去した。ポリアミノアミド2をベージュ固体として得た(63.5g)。ゲル浸透クロマトグラフィーにより、平均分子量Mw=27600g/molおよび多分散性Mw/Mn=1.8が明らかとなった。
実施例5
アジピン酸およびジエチレントリアミン(分子比18:19)、POおよび塩化ベンジル由来の官能化ポリアミノアミド3
ジエチレントリアミン(820g、7.95mol)を4l装置内に導入し、水(205g)を加えると、結果として54℃までの温度の増加が生じた。溶液を60℃に加熱し、アジピン酸(1100g、7.53mol)を8分間の間少しずつ加えた。この間に、温度が127℃まで増加した。次いで、絶え間ない窒素流を開始すると、温度が30分以内で180℃に増加し、水および微量のジエチレントリアミンを180℃で3時間、蒸留で取り除いた。生成した留出物(488g)は、アミン価0.48mmol/gを示し、留出物中のジエチレントリアミン含有量8.0gを示唆した。温度が161℃に到達した時点で加熱を止め、水(1918g)をゆっくりと加えた。反応生成物を10lのErlenmeyerフラスコに充填し、続いて別の水の分量(4800g)を加えた。生成したポリアミノアミド中間体生成物を、アミン価1.42mmol/g、酸価0.06mmol/gおよび水含有量80重量%を示す水溶液として得た(8160g)。ゲル浸透クロマトグラフィーにより、平均分子量Mw=26600g/molおよび多分散性Mw/Mn=2.3が明らかとなった。
ポリアミノアミド中間体(1450g)を、2lオートクレーブ内に置き、窒素下で110℃に加熱した。初期の気圧5.2バールで、プロピレンオキシド(23.9g、0.412mol)を10分の間に少しずつ加え、最大気圧6.8バールに到達した。反応混合物は、6時間の間後反応させておいた。次いで、オートクレーブを30℃に冷却した。アミン価1.1mmol/gを有する、PO官能化したポリアミノアミド中間体生成物を透明な水溶液として得た(1469g)。
PO官能化したポリアミノアミド(400g)、水(343.6g)および塩化ベンジル(94.4g、0.749mol)を1l装置内に置いた。反応混合物を80℃で6時間撹拌し、結果として黄色のエマルジョンが生じた。有機相(33g)を分離漏斗内で除去することによって、窒素含有量1.91gN/100gを有する、黄色の水溶液としてポリアミノアミド3を得た(799g)。
実施例6
ポリアミノアミドC2および1−クロロメチルナフタレン由来の官能化ポリアミノアミド4
ポリアミノアミドC2(200g)および水(318g)を1l装置内に置き、80℃に加熱した。1−クロロメチルナフタレン(90%純度、Aldrich;8.7g、0.049mol)を20分の間に滴加した。反応混合物を80℃でさらに7時間撹拌し、室温に冷却し、揮発性化合物を減圧下、60〜80℃で除去することによって固体を得た。固体を99等価重量の水中に再び溶解し、濃硫酸でpHを5に調節することによって、水含有量が99重量%の水溶液としてポリアミノアミド4を得た。
実施例7
アジピン酸およびジプロピレントリアミン(分子比18:19)および1−クロロメチルナフタレン由来の官能化ポリアミノアミド5
ジプロピレントリアミン(65.6g、0.500mol)を250ml装置内に導入し、水(16.4g)を加えると、結果として44℃までの温度増加が生じた。溶液を74℃に加熱し、アジピン酸(62.9g、0.470mol)を3分間少しずつ加えた。この間に、温度は94℃まで増加した。次いで、絶え間ない窒素流を開始し、温度は120℃に増加し、反応混合物をこの温度で1時間撹拌した。次いで、これを1時間以内で180℃にさらに加熱し、水および微量のジプロピレントリアミンを180℃で3.5時間、蒸留で取り除いた。生成した留出物(36g)は、アミン価2.37mmol/gを示し、留出物中のジプロピレントリアミン含有量3.7gを示唆した。温度が160℃に到達した時点で加熱を止め、水(118g)をゆっくりと加えた。生成した溶液を1lの丸底フラスコに充填し、追加の水(354g)を加えることによって、アミン価1.0mmol/g、酸価0.1mmol/gおよび水含有量80重量%を示す、中間体ポリアミノアミド生成物(579g)を得た。
ポリアミノアミド中間体(203g)を1l装置内に置き、80℃に加熱した。1−クロロメチルナフタレン(90%純度、Aldrich;5.9g、0.030mol)を35分の間に滴加した。反応混合物を80℃でさらに6時間撹拌し、室温に冷却し、揮発性化合物を減圧下、60〜80℃で除去することによって、固体を得た。固体を99の等価重量の水中に再び溶解し、濃硫酸でpHを5に調節することによって、水含有量99重量%を有する水溶液としてポリアミノアミド5を得た。
実施例8
[(Labor:L1973)]:ピペラジン、キシリレンジアミンおよびメチレンビスアクリルアミド(分子比16.2:9.5:18)由来のポリアミドアミン6
窒素でフラッシュした500ml装置にメチレンビスアクリルアミド(50.0g、324mmol)、水(150g)およびブチル化ヒドロキシアニソール(150mg、0.8mol)を充填した。生成した混合物を激しく撹拌した(900rpm)。装置をアルミ箔で包むことによって、この反応フラスコを光から保護した。混合物を0℃に冷却し、ピペラジン(25.1g、291mmol)およびキシリレンジアミン(23.3g、171mmol)を30分の間に少しずつ加えた。ピペラジンおよびキシリレンジアミンの完全な添加後、生成した混合物を0℃で追加の60分間撹拌した。次いで、冷却浴を除去し、反応混合物を周辺温度で48時間、500rpmで撹拌した。粗製の反応混合物を減圧下で濃縮することによって、薄いピンク色の固体として表題化合物を得た。
生成したポリアミドアミンは、アミン価2.95mmol/gを示した。ゲル浸透クロマトグラフィーにより、平均分子量Mw=37400および多分散性Mw/Mn=1.7が明らかとなった。
比較例9
60g/lの銅(硫酸銅として)、10g/lの硫酸、0.150g/lの塩素イオン(HClとして)、0.100g/lのEO/POコポリマー抑制剤、ならびに0.028g/lのSPSおよびDI水を合わせることによって、銅めっき浴を調製した。EO/POコポリマー抑制剤は、分子量<5000g/molおよび末端ヒドロキシ基を有した。さらに、比較例1で調製した、2ml/lの1重量%のポリアミノアミドC1溶液を加えた。
電気めっき前に、ビアを完全に湿潤させるために、直径約5マイクロメートルおよび深さ約55マイクロメートルの穴を保有する基板を、5分間の超音波プロセスを含めて、DI水中に浸した。
湿潤させた後、基板を上記に記載されているめっき浴中に浸し、30秒間の待ち時間を適用した。この期間の後、基板を25℃で接触させることによって、−1mA/cmの直流を30分間加えて、ウエハー基板に銅を電気めっきした。こうして電気めっきした銅は、基板を手動で研磨した後で、光学顕微鏡法で調べた。
結果は、ボトムアップめっきの特徴が欠乏している銅堆積を示している。これは、ビア内でのボイドの形成により、図1から明らかに見て取ることができる。
比較例10
60g/lの銅(硫酸銅として)、10g/lの硫酸、0.150g/lの塩素イオン(HClとして)、0.100g/lのEO/POコポリマー抑制剤、ならびに0.028g/lのSPSおよびDI水を合わせることで銅めっき浴を調製した。EO/POコポリマー抑制剤は、分子量<5000g/molおよび末端ヒドロキシ基を有した。さらに、比較例2で調製した2ml/lの1重量%のポリアミノアミドC2溶液を加えた。
電気めっき前に、ビアを完全に湿潤させるために、直径約5マイクロメートルおよび深さ約55マイクロメートルの穴を保有する基板を、5分間の超音波プロセスを含めて、DI水中に浸した。
湿潤させた後、基板を上記に記載されているめっき浴中に浸し、30秒間の待ち時間を適用した。この期間の後、基板を25℃で接触させることによって、−1mA/cmの直流を30分間加えて、ウエハー基板に銅を電気めっきした。こうして電気めっきした銅は、基板を手動で研磨した後で、光学の顕微鏡法で調べた。
結果は、ボトムアップめっき特徴が欠乏している銅堆積を示している。これは、ビア内でのボイド形成により、図2から明らかに見て取ることができる。
実施例11
60g/lの銅(硫酸銅として)、10g/lの硫酸、0.150g/lの塩素イオン(HClとして)、0.100g/lのEO/POコポリマー抑制剤、ならびに0.028g/lのSPSおよびDI水を合わせることによって、銅めっき浴を調製した。EO/POコポリマー抑制剤は、分子量<5000g/molおよび末端ヒドロキシ基を有した。さらに、実施例3で調製した、6ml/lの0.26重量%のポリアミノアミド1溶液を加えた。
電気めっき前に、直径約5マイクロメートルおよび深さ約55マイクロメートルの穴を保有する基板を、上記に記載されているの中に300秒の間浸した。この期間の後で、基板を25℃で接触させることによって、−1mA/cmの直流を30分間加えてウエハー基板に銅を電気めっきした。こうして電気めっきした銅は、FIB/SEM(集束イオンビーム走査型電子顕微鏡(Focused Ion Beam/Scanning Electron Microscopy))で調べた。
結果(図3を参照されたい)は、いかなるボイドを形成することなく、典型的なボトムアップめっき特徴を有するビア内での選択的な銅の堆積を示している。
実施例12
60g/lの銅(硫酸銅として)、10g/lの硫酸、0.150g/l塩素イオン(HClとして)、0.100g/lのEO/POコポリマー抑制剤、ならびに0.028g/lのSPSおよびDI水を合わせることによって、銅めっき浴を調製した。EO/POコポリマー抑制剤は、分子量<5000g/molおよび末端ヒドロキシ基を有した。さらに、実施例4で調製した、6ml/lの0.33重量%のポリアミノアミド2溶液を加えた。
電気めっき前に、直径約5マイクロメートルおよび深さ約55μmの穴を保有する基板を、上記に記載されているの中に300秒の間浸した。この期間の後で、基板を25℃で接触させることによって、−1mA/cmの直流を30分間加えてウエハー基板に銅を電気めっきした。こうして電気めっきした銅は、基板を手動で研磨した後で、光学顕微鏡法で調べた。
結果(図4を参照されたい)は、いかなるボイドを形成することなく、典型的なボトムアップめっき特徴を有するビア内での選択的な銅の堆積を示している。
実施例13
40g/lの銅(硫酸銅として)、10g/lの硫酸、0.050g/lの塩素イオン(HClとして)、0.100g/lのEO/POコポリマー抑制剤、ならびに0.028g/lのSPSおよびDI水を合わせることによって、銅めっき浴を調製した。EO/POコポリマー抑制剤は、分子量<5000g/molおよび末端ヒドロキシ基を有した。さらに、実施例5で調製した、1.5ml/lの1重量%のポリアミノアミド3溶液を加えた。
電気めっき前に、ビアを完全に湿潤させるために、直径約5マイクロメートルおよび深さ約40マイクロメートルの穴を保有する基板を、5分間の超音波プロセスを含めて、DI水中に浸した。
湿潤させた後、基板を上記に記載されているめっき浴中に浸し、30秒間の待ち時間を適用した。この期間の後、基板を25℃で接触させることによって、−1.5mA/cmの直流を30分間加えて、ウエハー基板に銅を電気めっきした。こうして電気めっきした銅は、基板を手動で研磨した後で、光学顕微鏡法で調べた。
結果(図5を参照されたい)は、いかなるボイドを形成することなく、典型的なボトムアップめっき特徴を有するビア内での選択的な銅の堆積を示している。
実施例14
60g/lの銅(硫酸銅として)、10g/lの硫酸、0.050g/lの塩素イオン(HClとして)、0.100g/lのEO/POコポリマー抑制剤、ならびに0.028g/lのSPSおよびDI水を合わせることによって、銅めっき浴を調製した。EO/POコポリマー抑制剤は、分子量<5000g/molおよび末端ヒドロキシ基を有した。さらに、実施例6で調製した、2ml/lの1重量%のポリアミノアミド4溶液を加えた。
電気めっき前に、ビアを完全に湿潤させるために、直径約5マイクロメートルおよび深さ約50マイクロメートルの穴を保有する基板を、5分間の超音波プロセスを含めて、DI水中に浸した。
湿潤させた後、基板を上記に記載されているめっき浴中に浸し、30秒間の待ち時間を適用した。この期間の後、基板を25℃で接触させることによって、−1mA/cmの直流を30分間加えて、ウエハー基板に銅を電気めっきした。こうして電気めっきした銅は、基板を手動で研磨した後で、光学顕微鏡法で調べた。
結果(図6を参照されたい)は、いかなるボイドを形成することなく、典型的なボトムアップめっき特徴を有するビア内での選択的な銅の堆積を示している。
実施例15
60g/lの銅(硫酸銅として)、10g/lの硫酸、0.050g/lの塩素イオン(HClとして)、0.100g/lのEO/POコポリマー抑制剤、ならびに0.028g/lのSPSおよびDI水を合わせることによって、銅めっき浴を調製した。EO/POコポリマー抑制剤は、分子量<5000g/molおよび末端ヒドロキシ基を有していた。さらに、実施例7で調製した、2ml/lの1重量%のポリアミノアミド5溶液を加えた。
電気めっき前に、ビアを完全に湿潤させるために、直径約5マイクロメートルおよび深さ約50マイクロメートルの穴を保有する基板を、5分間の超音波プロセスを含めて、DI水中に浸した。
湿潤させた後、基板を上記に記載されているめっき浴中に浸し、30秒間の待ち時間を適用した。この期間の後、基板を25℃で接触させることによって、−1mA/cmの直流を30分間加えて、ウエハー基板に銅を電気めっきした。こうして電気めっきした銅は、基板を手動で研磨した後で、光学顕微鏡法で調べた。
結果(図7を参照されたい)は、いかなるボイドを形成することなく、典型的なボトムアップめっき特徴を有するビア内での選択的な銅の堆積を示している。

Claims (18)

  1. イオン供給源と、少なくとも1つのポリアミノアミドとを含み、
    前記ポリアミノアミドが、ポリマー主鎖内にアミドおよびアミン官能基を含み、且つ少なくとも1つの芳香族部分が前記ポリマー主鎖に付加しているか、または前記ポリマー主鎖内に位置している組成物であって、
    前記ポリアミノアミドが、式Iで表される構造単位または、
    [A] [B] [D] (I)
    または完全もしくは部分的なプロトン付加、N−官能化、またはN−四級化によって得ることができるその誘導体を含む組成物
    (式中、
    Aは、
    Figure 0006062425
    から選択されるジラジカルであり、
    Bは、化学結合または
    Figure 0006062425
    から選択されるジラジカルであり、
    Dは、化学結合または
    Figure 0006062425
    から選択される二価の基であり、
    は、各繰返し単位1〜pに対して、独立して、化学結合または飽和もしくは不飽和のC 〜C 20 有機基から選択される二価の基から選択され、
    、D は、独立して、直鎖または分枝のC 〜C 10 アルカンジイル(NおよびOから選択されるヘテロ原子で場合によって置換されていてもよい)から選択され、
    は、直鎖または分枝のC 〜C アルカンジイル、C 〜C 10 のアリールまたはヘテロアリールジラジカル、C 〜C 20 アリールアルカンジイル、C 〜C 20 ヘテロアリールアルカンジイルから選択され、
    は、直鎖または分枝のC −〜C −アルカンジイル(ヘテロ原子で場合によって置換されていてもよい)から選択され、
    は、各繰返し単位1〜nに対して、独立して、H、C 〜C 20 −アルキルおよびC 〜C 20 −アリールまたはC 〜C 20 −ヘテロアリール(ヒドロキシル、アルコキシまたはアルコキシカルボニルで場合によって置換されていてもよい)から選択され、
    nは2〜250の整数であり、
    pは2〜150の整数であり、
    qは0〜150の整数であり、
    rは0〜150の整数であり、
    が、C 〜C 20 芳香族部分を含むか、またはポリアミノアミドが、C 〜C 20 芳香族部分で官能化および/または四級化されている)
  2. ポリアミノアミドが式II
    Figure 0006062425

    (式中、D、D、D、R、nおよびpは規定の意味を有し、
    、Eは、独立して、以下から選択され
    (a)求核的に置換可能な脱離基、
    (b)NH−(C〜C20−アルキル)またはNH−(C〜C20−アルケニル)またはNH−アリール、
    (c)H−{NH−[D−NR−D−NH}
    (d)(C〜C20−アルキル)−CO−{NH−[D−NR−D−NH}、および
    (e)(C〜C20−アルケニル)−CO−{NH−[D−NR−D−NH}、
    (f)(C〜C20−アリール)−CO−{NH−[D−NR−D−NH}、
    、C〜C20芳香族部分を含む)
    で表される、請求項に記載の組成物。
  3. が、C〜C20アルカンジイル基から選択される、請求項1又は2の何れかに記載の組成物。
  4. およびDが、独立して(CHおよび(CHから選択される、請求項からのいずれか一項に記載の組成物。
  5. が水素またはメチルである、請求項からのいずれか一項に記載の組成物。
  6. が、C〜C20アリール、C〜C20ヘテロアリール、C〜C20アリールアルキルC〜C20ヘテロアリールアルキルから選択される、請求項からのいずれか一項に記載の組成物。
  7. 前記ポリアミノアミドが、少なくとも1つのポリアルキレンポリアミンを、少なくとも1つのジカルボン酸と反応させることによって得ることができる、請求項1からのいずれか一項に記載の組成物。
  8. 少なくとも1つのポリアルキレンポリアミンが、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタアミン、ペンタエチレンヘキサミン、ジアミノプロピルエチレンジアミン、エチレンプロピレントリアミン、3−(2−アミノエチル)アミノプロピルアミン、ジプロピレントリアミン、ポリエチレンイミンおよびエーテルアミン(HN−(CH−O−(CH−NHまたはHN−(CH−O−(CH−O−(CH−NHおよびこれらの混合物から選択される)から選択される、請求項に記載の組成物。
  9. 少なくとも1つのジカルボン酸が、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、酒石酸、マレイン酸、イタコン酸、グルタル酸、アジピン酸、スベリン酸、セバシン酸、イミノ二酢酸、アスパラギン酸、グルタミン酸、およびこれらの混合物から選択される、請求項またはに記載の組成物。
  10. 銅イオン供給源と、少なくとも1つのポリアミノアミドとを含む組成物であって、
    前記ポリアミノアミドが、ポリマー主鎖内にアミドおよびアミン官能基を含み、且つ少なくとも1つの芳香族部分が前記ポリマー主鎖に付加しているか、または前記ポリマー主鎖内に位置しており、
    前記ポリアミノアミドが、式IIIで表される基
    Figure 0006062425
    または完全もしくは部分的なプロトン付加、N−官能化、またはN−四級化によって得ることができる式IIIのポリアミノアミドの誘導体
    を含む組成物
    (式中、
    は、各繰返し単位1〜sに対して、独立して、飽和、不飽和または芳香族のC〜C20有機基から選択される二価の基であり、
    は、直鎖または分枝のC〜Cアルカンジイル、C〜C10アリールジラジカル、C〜C20アリールアルカンジイルから選択され、
    は、各繰返し単位1〜sに対して、独立して、H、C〜C20アルキル、C〜C20アルケニル(ヒドロキシル、アルコキシまたはアルコキシカルボニルで場合によって置換されていてもよい)、またはアリールから選択され、2つのRは一緒になって環系を形成してもよく、
    sは、1〜250の整数であり、
    、DまたはRのうちの少なくとも1つが、C〜C20芳香族部分を含むか、またはポリアミノアミドが、C〜C20芳香族部分で官能化および/または四級化されている)。
  11. 式IV
    Figure 0006062425
    で表される、請求項10に記載のポリアミノアミド
    (式中、D、D 、およびsは、規定の意味を有し、
    、Eは、独立して、以下から選択され
    (a)NH−C〜C20−アルキルもしくはNH−C〜C20−アルケニルもしくはNH−アリール、
    (b)N−(C〜C20−アルキル)もしくはN−(C〜C20−アルケニル)もしくはN−(アリール)もしくはN−(C〜C20−アルキル)(C〜C20−アルケニル)もしくはN−(C〜C20−アルキル)(アリール)もしくはN−(C〜C20−アルケニル)(アリール)、
    (c)NR−D−NRH、または
    (d)NR−D−NR−CH−CH−CO−NH−(C〜C20−アルキル)もしくはNR−D−NR−CH−CH−CO−NH−(C〜C20−アルケニル)もしくはNR−D−NR−CH−CH−CO−NH−アリール、
    またはRのうちの少なくとも1つがC〜C20芳香族部分を含む)。
  12. 促進化剤をさらに含む、請求項1から11のいずれか一項に記載の組成物。
  13. 抑制化剤をさらに含む、請求項1から12のいずれか一項に記載の組成物。
  14. マイクロメートルサイズのフィーチャーを銅で満たすための浴中での、請求項1から13のいずれか一項に記載のポリアミノアミドの使用。
  15. 前記マイクロメートルサイズのフィーチャーが、シリコン貫通ビアである請求項14に記載の使用。
  16. a)請求項1から13のいずれかに記載の組成物を含むめっき浴を基板と接触させるステップ、
    b)前記基板上に金属層を堆積させるのに十分な時間の間、ある電流密度を前記基板に加えるステップ
    によって、基板上に金属層を堆積させるための方法。
  17. 基板がマイクロメートルサイズのフィーチャーを含み、堆積がマイクロメートルサイズのフィーチャーを満たすために実施される、請求項16に記載の方法。
  18. マイクロメートルサイズのフィーチャーが、1〜500マイクロメートルのサイズおよび/または4以上のアスペクト比を有する、請求項17に記載の方法。
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