JP6279598B2 - 銅めっき浴組成物 - Google Patents
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Description
R3およびR4は、独立して、(CH2)p(ここで、pは、2〜12の整数である)からなる群から選択されており、好ましくは、エチレンまたはプロピレン基、または−[CH2CH2O]m−CH2CH2−基(ここで、mは、1〜40の整数である)、好ましくは、−(CH2)2−O−(CH2)2−基または−(CH2)2−O−(CH2)2−O−(CH2)2−基であり、
Zは、同一または異なっていてよく、OまたはSを表し、好ましくは、Zは、同一であり、最も好ましくは、ZはOであり、
xおよびyは、同一または異なっていてよく、好ましくは1、2および3から選択される整数であり、より好ましくは、xおよびyは、両方ともに2である]
のジアミノ化合物の1種に由来する単位を表し;
前記式中、A’は、一般式(VI)
のアミンに由来する単位を表し、
前記式中、Lは、−(CH2)p−(ここで、pは1〜12、好ましくは1〜6、最も好ましくは2〜4の整数である)、−CH2−CH(OH)−CH2−、−[CH2O]q−CH2CH2−、−[CH2CH2O]q−CH2CH2−、−CH2−CH(SH)−CH2−、−[CH2S]q−CH2CH2−、−[CH2CH2S]q−CH2CH2−、−CH2−CH(OH)−CH2−R9−CH2−CH(OH)−CH2−および−CH2CH(OH)CH2−(ここで、qは、1〜40の整数であり、好ましくは、−CH2−O−(CH2)2−、−(CH2)2−O−(CH2)2−または−(CH2)2−O−(CH2)2−O−(CH2)2−であり、およびここで、R9は、好ましくは0〜10個の炭素原子、より好ましくは0〜2個の炭素原子を有する置換された、または置換されていない炭化水素残基、−O−CH2CH(OH)−CH2O−および−O−[CH2CH2O]q−CH2O−(ここで、qは、好ましくは1〜40、より好ましくは1〜30、最も好ましくは1〜12の整数である)からなる群から選択される)からなる群から選択される二価残基を表し、
ここで、単一単位Aは、同一または異なっていてよく、
ここで、単一単位A’は、同一または異なっていてよく、
ここで、単一単位Lは、同一または異なっていてよく、
前記式中、nは、整数を表し、好ましくは1〜40、より好ましくは3〜30、最も好ましくは5〜20の範囲である]の少なくとも1種のウレイレンポリマーを含んでおり、
ここで、一般式(I)によるポリマーは、そのポリマー鎖の両端に単位Aを有し、一般式(II)によるポリマーは、そのポリマー鎖の両端に単位A’を有し、および一般式(III)によるポリマーは、そのポリマー鎖の1つの端に単位Aを、別の端に単位A’を有する。
の1種またはそれ以上の化合物との反応により得ることができる。
製造例1aおよび比較製造例1で得られたウレイレンポリマーの1H−NMRスペクトルは、500MHzで、スペクトルオフセット4300Hz、スイープ幅(sweep width)9542Hzを用いて25℃で記録した(Varian、NMR System 500)。使用された溶媒は、D2Oであった。
製造例1a
一般式(IV)(式中、R1およびR2はメチルであり、R3およびR4はプロピルである)のモノマーA、およびモノマーL(Lは、(CH2)2O(CH2)2である)を有する一般式(I)によるポリマーを、WO2011/029781A1の製造例12にしたがって製造した。得られたウレイレンポリマーの質量平均分子量Mwは、5380Daであった。
製造例1と同様の方法で得られた一般式(I)によるウレイレンポリマーの末端アミノ残基を、1−クロロヘキサンで四級化した(80℃で29時間撹拌、その後、60時間90℃に維持)。結果として生じたウレイレンポリマーは、7303Daの質量平均分子量Mwを有していた。
一般式(IV)(式中、R1およびR2はメチルであり、R3およびR4はプロピルである)のモノマーA、および(CH2)2O(CH2)2O(CH2)2であるモノマーLを有するポリマーを、WO2011/029781A1の製造例13にしたがって製造した。
1,3−ビス(3−(ジメチルアミノ)プロピル)尿素50g(217.1mmol)および1−クロロ−2−(2−クロロエトキシ)エタン26.88g(186.1mmol)を、水76.34g中に一緒に溶解した。ここで、この溶液を12時間90℃に維持した。ウレイレンポリマー(Mwは、11280Daである)50質量%を含むポリマー水溶液153.22gが得られた。
1,3−ビス(3−(ジメチルアミノ)プロピル)尿素26.6g(115mmol)を、水52.5g中に溶解した。1−クロロ−2−(2−(2−クロロエトキシ)エトキシ)エタン22.87g(99mmol)を、撹拌しながら2分以内に80℃で前記溶液に添加した。結果として生じた溶液を80℃にて24時間さらに撹拌した。ウレイレンポリマー(Aは、一般式(IV)(式中、R1およびR2はメチルであり、R3およびR4はプロピルである)モノマーであり;Lは、(CH2)2O(CH2)2O(CH2)2であり;Mwは、13430Daである)48.51質量%を含むポリマー水溶液101.97gが得られた。
N,N’−ビス(モルホリノプロピル)尿素(一般式(V)によるモノマーA)23.6g(74.9mmol)を水58.3g中に溶解して、80℃に加熱した。1−クロロ−2−(2―(2−クロロエトキシ)−エトキシ)エタン15.3g(64.2mmol)を撹拌しながら1分以内に前記溶液に添加した。次に、前記溶液を撹拌しながら80℃で10時間、その後、95℃で24時間維持して、最後に、48時間還流させた。ウレイレンポリマー(Aは、一般式(V)(式中、R3およびR4はプロピルであり、ZはOである)によるモノマーである;Lは、(CH2)2O(CH2)2O(CH2)2であり;Mwは、2689Daである)40質量%を含むポリマー水溶液97.125gが得られた。
一般式(IV)(式中、R1およびR2はメチルであり、R3およびR4はプロピルである)のモノマーA、およびモノマーL(Lは、(CH2)3である)を有する一般式(I)によるポリマーを、WO2011/029781A1の製造例10にしたがって製造した。このウレイレンポリマーの質量平均分子量Mwは、5380Daであった。
製造例1aで得られたウレイレンポリマーは、塩基性イオン交換体III/OH-形態(Amberlyst A21)でイオン交換して、次に、メタンスルホン酸と混合した。
1,3−ビス(3−(ジメチルアミノ)プロピル)尿素25gを、水50g中に溶解した。オキシビス(エタン−2,1−ジイル)ジメタンスルホネート21.36gを、この溶液に添加した。結果として生じた溶液を、80℃で5.5時間さらに撹拌した。ウレイレンポリマー(Aは、一般式(IV)(式中、R1およびR2はメチルであり、R3およびR4はプロピルである)によるモノマーであり;Lは、(CH2)2O(CH2)2O(CH2)2であり;Mwは、9461Daである)50質量%を含むポリマー水溶液92.72gが得られた。
オキシビス(エタン−2,1−ジイル)ジメタンスルホネート25gを、水39.10g中に溶解した。1,3−ビス[3−(ジメチルアミノ)プロピル]尿素14.10gを前記溶液に添加した。結果として生じた溶液を、80℃で17時間さらに撹拌した。その後、ブチルアミン2.99gを添加して、結果として生じた反応混合物を、80℃でさらに20時間撹拌した。一般式(II)によるウレイレンポリマー(Aは、一般式(IV)(式中、R1およびR2はメチルであり;R3およびR4はプロピルである)によるモノマーであり;Lは、(CH2)2O(CH2)2O(CH2)2であり、およびA’は、一般式(VI)(式中、R7はブチルであり、R8は水素である)によるモノマーであり;Mwは、4600Daである)50質量%を含むポリマー水溶液81.2gが得られた。
ポリ[ビス(2−クロロエチル)エーテル−alt−1,3−ビス[3−(ジメチルアミノ)プロピル]尿素](CAS番号68555−36−2)、EP1069211A2に開示されたレベラー添加剤をSigma−Aldrichより入手した。
製造例1a〜6により製造されたウレイレンポリマーを含む電解浴を、埋め込み構造内への銅析出のための添加剤として使用し、次に、以下の試験方法を行った。
装置:容量1.8lのGornallセル、ポンプを備える溶液槽撹拌装置、空気の注入なし、可溶性銅陽極。
幅6μmおよび深さ27μmを有するシリコンウェハ基材におけるSi貫通ビア(TSV)に、銅イオン55g/l、硫酸50g/l、塩化物イオン50mg/l、有機光沢添加剤を含む溶液3ml/lを含む水性酸性銅電解液を使用して、銅を充填した。可溶性陽極、および陽極液と陰極液とを分離するNafion(登録商標)膜を使用した。TSVに銅を充填するため、前記シリコンウェハ基材に電流密度3mA/cm2を25分間流した。
ポリ[ビス(2−クロロエチル)エーテル−alt−1,3−ビス[3−(ジメチルアミノ)プロピル]尿素](EP1069211A2において開示)30mg/lを、銅析出の前に前記電解液に添加した。
製造例4で得られた一般式(I)によるウレイレンポリマー30mg/lを、銅析出の前に前記電解液に添加した。
Claims (14)
- 水性酸性銅電気めっき浴であって、前記水性酸性銅電気めっき浴は、銅イオン源、酸、ならびに一般式(I)および(II)
R3およびR4は、独立して、(CH2)p(ここで、pは、2〜12の整数である)、および−[CH2CH2O]m−CH2CH2−基(ここで、mは1〜40の整数である)からなる群から選択され、
Zは、同一または異なっていてよく、OまたはSを表し、
xおよびyは、同一または異なっていてよく、1、2および3から選択される整数である]
のジアミノ化合物に由来する単位を表し、
前記式中、A’は、以下の一般式(VI)
のジアミノ化合物に由来する単位を表し、
ならびに
前記式中、Lは、
−(CH2)p−(ここで、pは1〜12の整数である)、
−CH2−CH(OH)−CH2−、−[CH2O]q−CH2CH2−、−[CH2CH2O]q−CH2CH2−、−CH2−CH(SH)−CH2−、および−[CH2S]q−CH2CH2−、−[CH2CH2S]q−CH2CH2−(ここで、qは、1〜40の整数である)、−CH2−CH(OH)−CH2−R9−CH2−CH(OH)−CH2−(ここで、R9は、好ましくは0〜10個の炭素原子、より好ましくは0〜2個の炭素原子を有する置換された、または置換されていない炭化水素残基、−O−CH2CH(OH)−CH2O−および−O−[CH2CH2O]q−CH2O−(ここで、qは、好ましくは1〜40の整数である)からなる群から選択される)、および−CH2CH(OH)CH2−からなる群から選択される二価残基であり;
ここで、単一単位Aは、同一または異なっていてよく、
ここで、単一単位A’は、同一または異なっていてよく、
ここで、単一単位Lは、同一または異なっていてよく、
前記式中、nは、1〜40の整数を表す]
によるポリマーから選択される少なくとも1種のウレイレンポリマーを含み、
ここで、一般式(I)および(II)によるウレイレンポリマーが、両端にアミノ残基を有し、かつ前記水性酸性銅電気めっき浴が、意図的に添加された亜鉛イオンを含んでおらず、ここで、一般式(I)および(II)によるウレイレンポリマーの濃度が、0.001mg/l〜200mg/lの範囲であり、かつ前記水性酸性銅電気めっき浴が、1以下のpH値を有する、前記水性酸性銅電気めっき浴。 - R1、R2、R5およびR6が、独立して、メチル、エチル、ヒドロキシエチル、および−CH2CH2(OCH2CH2)a−OHからなる群から選択され、およびここで、aが、1〜4の整数である、請求項1に記載の水性酸性銅電気めっき浴。
- R3およびR4が、独立して、エチレン、プロピレン、−(CH2)2−O−(CH2)2−、および−(CH2)2−O−(CH2)2−O−(CH2)2−からなる群から選択される、請求項1または2に記載の水性酸性銅電気めっき浴。
- 一般式(I)および(II)によるウレイレンポリマーが、有機的に結合したハロゲンを有していない、請求項1から3までのいずれか1項に記載の水性酸性銅電気めっき浴。
- 一般式(I)および(II)によるウレイレンポリマー中の末端アミノ基が、H、アルキル、アリルおよびベンジルを含む群から選択される残基により四級化されている、請求項1から4までのいずれか1項に記載の水性酸性銅電気めっき浴。
- 一般式(I)および(II)のウレイレンポリマーが、質量平均分子量Mwを1000〜20000Daの範囲に有する、請求項1から5までのいずれか1項に記載の水性酸性銅電気めっき浴。
- 銅イオンの濃度が、4〜90g/lの範囲である、請求項1から6までのいずれか1項に記載の水性酸性銅電気めっき浴。
- 前記酸が、硫酸、フルオロホウ酸、リン酸、およびメタンスルホン酸を含む群から選択される、請求項1から7までのいずれか1項に記載の水性酸性銅電気めっき浴。
- ハロゲン化物イオンをさらに含む、請求項1から8までのいずれか1項に記載の水性酸性銅電気めっき浴。
- ハロゲン化物イオンの濃度が、20mg/l〜200mg/lの範囲である、請求項9に記載の水性酸性銅電気めっき浴。
- 前記水性酸性銅電気めっき浴が、有機のチオール化合物、スルフィド化合物、ジスルフィド化合物およびポリスルフィド化合物を含む群から選択される光沢促進添加剤をさらに含む、請求項1から10までのいずれか1項に記載の水性酸性銅電気めっき浴。
- 基材上に銅を析出させるための方法であって、以下の工程
a.基材を準備する工程、および
b.該基材に、請求項1から11までのいずれか1項に記載の水性酸性銅電気めっき浴を接触させる工程、
c.前記基材と少なくとも1つの陽極との間に電流を流す工程、
および、前記工程によって前記基材上に銅を析出させる工程
をこの順番で含む前記方法。 - 前記基材が、プリント回路基板、IC基材、半導体ウェハおよびガラス基材を含む群から選択される、請求項12に記載の、基材上に銅を析出させるための方法。
- 銅を、トレンチ、ブラインドマイクロビア、Si貫通ビア、およびガラス貫通ビアを含む群から選択される埋め込み構造内に析出させる、請求項12または13に記載の基材上に銅を析出させるための方法。
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