JP6326857B2 - 無電解めっき液 - Google Patents
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Description
一方、無電解めっき法によれば、銅配線上にのみバリア膜を形成することが可能であり、その目的を達成させるために、コバルトイオン、コバルトとは異なる第2の金属のイオン、キレート剤、還元剤、ポリオキシアルキレンモノアルキルエーテルおよび水酸化アルキルアンモニウムを含有する無電解めっき液が開示されている(特許文献1)。
特許文献2には、無電解ニッケルめっき液にヨウ素イオンおよび鉄イオン、鉛、ビスマス等を添加することによるめっき浴の安定化方法が記載されている。しかしながら、めっき膜の膜質およびめっき速度がめっき液の成分組成によって支配される点では同じである。
即ち、本発明は以下の通りである。
1. 少なくとも金属源としてのコバルトイオンもしくはニッケルイオンを含み、さらに錯化剤、還元剤、アミノ酸、pH調整剤および水を含有することを特徴とする無電解めっき液。
2. アミノ酸が、グリシン、アラニン、アスパラギン、グルタミン、セリン、イソロイシン、リシン、トレオニン、フェニルアラニン、プロリン、アルギニン、メチオニン、トリプトファン、チロシン、およびβアラニンからなる郡より選択される1種以上である第1項に記載の無電解めっき液。
3. アミノ酸の濃度が0.01〜1質量%である第1項に記載の無電解めっき液。
4. pH値が7〜13である第1項に記載の無電解めっき液。
5. 第1項〜第4項のいずれかに記載のめっき液を用いるめっき方法。
無電解めっき液に含まれるコバルトイオン濃度としては0.005〜0.5mol/lが好適であり、より好ましくは0.01〜0.4mol/lであり、特に0.02〜0.3mol/lが好ましいが、これら濃度に限定されることなく、適宜好適な濃度を決定できる。
無電解めっき液に含まれるニッケルイオン濃度としては0.005〜0.5mol/lが好適であり、より好ましくは0.01〜0.4mol/lであり、特に0.02〜0.3mol/lが好ましが、これら濃度に限定されることなく、適宜好適な濃度を決定できる。
本発明で使用されるタングステンイオンの供給源としてのタングステン化合物は水溶性の2〜6価のタングステン塩を用いることができる。例えば、タングステン酸、タングステン酸ナトリウム、酸化タングステン、硫化タングステン、塩化タングステンが用いられ、これだけに限定されるものではなく、タングステンイオンを放出する化合物の全てを含む。
無電解めっき液に含まれるタングステンイオン濃度は0.005〜0.5mol/lが好適であり、より好ましくは0.01〜0.4mol/lであり、特に0.05〜0.3mol/lが好ましが、これら濃度に限定されることなく、適宜好適な濃度を決定できる。
さらに好ましくは、グリシン、セリン、アラニン、アスパラギン、グルタミン、トレオニン、アルギニン、プロリンであり、特に好ましくは、グリシン、セリン、グルタミン、アスパラギン、プロリンである。
無電解めっき液に含まれるアミノ酸の濃度は、0.01〜1質量%が好適に使用され、より好ましくは0.02〜0.7質量%であり、特に0.03〜0.5質量%が好ましい。
アミノ酸の濃度が0.01〜1質量%であるとき、好適なめっき速度が得られる。
錯化剤として特に限定されるものではないが、例えばクエン酸、酒石酸、グルコン酸、リンゴ酸の様なヒドロキシカルボン酸等が好適に用いることができる。
無電解めっき液に含まれる錯化剤濃度は、安定性の観点から、コバルトイオン、またはニッケルイオン、並びにタングステンイオンおよび/またはモリブデンイオンの濃度に対して1倍以上の濃度である必要があり、2倍以上が好適である。具体的には、0.01〜1mol/lであり、より好ましくは0.05〜0.8mol/lであり、特に0.1〜0.6mol/lが好ましい。
無電解めっき液に含まれる還元剤の濃度は0.001〜0.6mol/lが好適であり、より好ましくは0.005〜0.5mol/lであり、特に0.01〜0.4mol/lが好ましい。
還元剤の濃度が0.001〜0.6mol/lであるとき、安定的にめっき操作を行うことができる。
無電解めっき液のpH値としては、7〜13が好ましく、7.5〜12がさらに好ましく、特に8〜11が好ましい。
pH値が7〜13であるとき、安定的にめっき操作を行うことができる。
無電解めっき液に含まれる界面活性剤、水溶性高分子は1ppm〜5000ppmが好適である。
実施例1〜18
硫酸コバルト2質量%、クエン酸6質量%、タングステン酸5質量%、ジメチルアミンボラン(DMAB)0.3質量%を含有し、表1に示したアミノ酸を添加し、TMAHでpH値を9.5の水溶液を調製した。
<無電解コバルトめっき処理条件>
被めっき対象:表面をパラジウムで被覆したシリコンウェハ
めっき液温度:60℃
めっき処理時間:10分間
めっき方法:被めっき対象をめっき液に浸漬
<めっき膜厚の測定>
蛍光X線分析装置(型式:EA1200VX、株式会社日立ハイテクサイエンス製)を用い、測定条件:チップサイズ(2cm×2cm)、管電圧(50Kv)、管電流(50μA)、測定時間(100秒)、室温下に行った。
<めっき速度の評価方法>
蛍光X線分析装置を用いて、コバルト合金膜もしくはニッケル合金膜の膜厚(nm)を測定した。式1により、無電解めっき速度(nm/分)を計算した。
<膜中の元素分析方法>
X線電子分光法(XPS分析、Thermo Scientific社製 K−alpha)を用いて、コバルトめっき膜中の原子(Co、W、B)の割合を測定した。表層は大気中の酸素によりコバルト原子が酸化されているため、アルゴンイオン(出力3000eV、低電流)で250秒間、表層をエッチングした後に元素分析を行った。
実施例1の無電解コバルトめっき液にアミノ酸を添加しない以外は、実施例1と同様の評価を行った。
実施例1の無電解コバルトめっき液に添加する速度調整剤が、表1(比較例2〜4)記載の速度調整剤(カルボン酸基を有する物質添加、アミノ酸を除くアミン基を有する物質を添加)である以外は、実施例1と同様の評価を行った。
実施例1の無電解コバルトめっき液にアミノ酸を添加せずに、ジメチルアミンボランの含有量を0.9質量%に増量した以外は、実施例1と同様の評価を行った。
<無電解コバルトめっき液>
硫酸コバルト1質量%、クエン酸4質量%、タングステン酸3質量%、次亜リン酸2質量%を含有し、表3に示したアミノ酸を添加し、TMAHでpH値を9.5の水溶液を調製した。
<無電解コバルトめっき処理条件>
被めっき対象:表面をパラジウムで被覆されたシリコンウェハ
めっき液温度:70℃
めっき処理時間:10分間
めっき方法:被めっき対象をめっき液に浸漬
<めっき膜厚の測定>
実施例1と同様に行った。
<めっき速度評価>
実施例1と同様に行った。
<膜中の元素分析>
実施例1と同様に行ったが、原子組成に大きな変化はなかった。
実施例19の無電解コバルトめっき液にアミノ酸を添加しない以外は、実施例19と同様の評価を行った。
実施例19の無電解コバルトめっき液に添加する速度調整剤が、表3(比較例7〜9)記載の速度調整剤(カルボン酸基を有する物質添加、アミン基を有する物質を添加)である以外は、実施例19と同様の評価を行った。
<無電解ニッケルめっき液>
硫酸ニッケル2質量%、クエン酸4質量%、ジメチルアミンボラン0.3質量%を含有し、表5に示したアミノ酸を添加し、TMAHでpH値を8.5の水溶液を調製した。
<無電解ニッケルめっき処理条件>
被めっき対象:パラジウムで被覆されたシリコンウェハ
めっき液温度:60℃
めっき処理時間:10分間
めっき方法:浸漬(熱による対流)
(めっき速度評価)
実施例1と同様に行った。
(膜中の元素分析)
実施例1と同様に行ったが、原子組成に大きな変化はなかった。
実施例36の無電解ニッケルめっき液にアミノ酸を添加しない以外は、実施例36と同様の評価を行った。
実施例36の無電解コバルトめっき液に添加する速度調整剤が、表5(比較例11〜13)記載の速度調整剤(カルボン酸基を有する物質添加、アミン基を有する物質を添加)である以外は、実施例36と同様の評価を行った。
Claims (6)
- 少なくとも金属源としてのコバルトイオンもしくはニッケルイオンを含み、さらに錯化剤、還元剤、アミノ酸、pH調整剤および水を含有し、アミノ酸の濃度が0.01〜0.5質量%であることを特徴とする無電解めっき液(ただし、無電解めっき液がナトリウムイオンを含有する場合を除く)。
- アミノ酸が、グリシン、アラニン、アスパラギン、グルタミン、セリン、イソロイシン、リシン、トレオニン、フェニルアラニン、プロリン、アルギニン、メチオニン、トリプトファン、チロシン、およびβアラニンからなる郡より選択される1種以上である請求項1に記載の無電解めっき液。
- pH調整剤が、水酸化テトラメチルアンモニウムである請求項1に記載の無電解めっき液。
- pH値が7〜13である請求項1記載の無電解めっき液。
- 半導体集積回路装置の製造に用いられる、請求項1〜4のいずれか一項に記載の無電解めっき液。
- 請求項1〜5のいずれかに記載のめっき液を用いるめっき方法。
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