(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023071468
(43)【公開日】2023-05-23
(54)【発明の名称】ノーシアン電解金めっき液
(51)【国際特許分類】
C25D 3/48 20060101AFI20230516BHJP
【FI】
C25D3/48
【審査請求】有
【請求項の数】4
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2021184282
(22)【出願日】2021-11-11
(11)【特許番号】
(45)【特許公報発行日】2022-02-08
(71)【出願人】
【識別番号】596133201
【氏名又は名称】松田産業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002860
【氏名又は名称】弁理士法人秀和特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】佐藤 優介
(72)【発明者】
【氏名】水橋 正英
(72)【発明者】
【氏名】関口 俊介
【テーマコード(参考)】
4K023
【Fターム(参考)】
4K023AA25
4K023BA17
4K023CA09
4K023CB12
4K023CB13
4K023CB19
4K023EA01
(57)【要約】
【課題】ビアホール底部への金の析出を向上させることができる、ノーシアン電解金めっき液を提供することを課題とする。
【解決手段】亜硫酸金アルカリ塩、水溶性アミン、結晶調整剤、陽イオン界面活性剤を含有するノーシアン電解金めっき液により、課題を解決する。
【選択図】なし
【特許請求の範囲】
【請求項1】
亜硫酸金アルカリ塩、水溶性アミン、結晶調整剤、陽イオン界面活性剤を含有することを特徴とするノーシアン電解金めっき液。
【請求項2】
前記陽イオン界面活性剤が、四級アンモニウム塩及び/又は脂肪族アミンであることを特徴とする請求項1に記載のノーシアン電解金めっき液。
【請求項3】
前記陽イオン界面活性剤の濃度が、0.01mg/L以上10mg/L以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載のノーシアン電解金めっき液。
【請求項4】
表面張力が、60mN/m未満であることを特徴とする請求項1~3のいずれか一項に記載のノーシアン電解金めっき液。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ノーシアン電解金めっき液に関する。
【背景技術】
【0002】
ノーシアン(シアンを意図的に含まない)電解金めっき液は、半導体デバイスにおける配線用材料を作製する際に使用されている。電解金めっき液は、金源として、シアン化金カリウムが用いられるが、シアン化合物は、毒性が高くレジストを侵食する事から、半導体デバイスにおいては、シアンを含まない金源、例えば、亜硫酸金アルカリ塩や亜硫酸金アンモニウムなどを含む電解金めっき液を用いることが一般的である。
【0003】
特許文献1には、金源として亜硫酸金アルカリ塩または亜硫酸金アンモニウムと、スタビライザとしての水溶性アミンと、結晶調整剤と、伝導塩としての亜硫酸塩および硫酸塩と、緩衝剤と、ポリアルキレングリコール及び/又は両性界面活性剤とを含有するバンプ形成用ノーシアン電解金めっき液が開示されている。また、特許文献2には、さらにポリアルキレングリコールの平均分子量を特定した、ノーシアン電解金めっき液が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2007-92156号公報
【特許文献2】特開2008-115450号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ノーシアン電解金めっき液は、SiやGaAsなどの基板を用いた半導体デバイスにおける配線用材料として広く使用されている。導体層間を導通するためのビアホール(配線)があり、ビアホールの側壁から底面にかけて金めっき皮膜をコーティングすることが行われている。近年、ビアホールの高アスペクト比の要求が高まっており、ビアホールの底部に金めっきが析出し難いという問題があった。
上記かかる問題に鑑み、本発明は、ビアホール底部への金の析出を向上させることができる、ノーシアン電解金めっき液を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明者らは、上記課題を解決すべく検討を重ねたところ、ノーシアン電解金めっき液中の界面活性剤が、めっき対象物の形状との関係において、金の析出のし易さに寄与しているとの知見が得られた。より詳細には、陽イオン界面活性剤が、めっき対象物の凸部に選択的に吸着して金の析出を抑制することを見出した。かかる知見に基づき、本発明の一態様は、亜硫酸金アルカリ塩、水溶性アミン、結晶調整剤、陽イオン界面活性剤を含有するノーシアン電解金めっき液である。
【発明の効果】
【0007】
本発明によれば、ビアホールの底部への金の析出を向上させることができるノーシアン電解金めっき液を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【
図1】半導体デバイスにおける一般的なビアホールの断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、本発明について詳細に説明するが、以下に記載する構成要件の説明は、本発明の実施形態の一例(代表例)であり、本発明は、これらの内容に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。
【0010】
本発明の実施形態は、亜硫酸金アルカリ塩、水溶性アミン、結晶調整剤、陽イオン界面活性剤、を含有するノーシアン電解金めっき液(以下、単に電解金めっき液と称する場合がある)である。電解金めっき液に含まれる陽イオン界面活性剤が
図1に示すようなビアホールの凸部(最表面と側壁とから構成される角)に選択的に吸着することで、凸部における金の析出を抑制し、ビアホールの底部への金の析出(金めっき皮膜の形成)が促進される。また、ビアホール底部が最も金の析出がし難い箇所であることから、底部に金めっき皮膜が形成されれば、ビアホール側壁にも金めっき皮膜が十分に形成される。
【0011】
電解金めっき液中の陽イオン界面活性剤がめっき対象物の凸部に選択的に吸着するメカニズムは定かではないが、通電時に凸部が最も高電流密度となって、静電気作用によりプラス電荷である陽イオン界面活性剤が吸着しやすくなるためと考えられる。
陽イオン界面活性剤としては特に限定されないが、四級アンモニウム塩、脂肪族アミンが好ましい。四級アンモニウム塩としては、塩化ベンゼトニウム、ヘキサデシルピリジニウムクロリド一水和物、1-ドデシルピリジニウムクロリドなど挙げられる。脂肪族アミンとしては、ドデシルアミン硫酸塩、n-オクチルアミン塩酸塩、ドデシルアミン塩酸塩などが挙げられる。また、四級アンモニウム塩と脂肪族アミンのどちらか一方又は両方を含有することができる。
【0012】
本実施形態において、電解金めっき液中の陽イオン界面活性剤の濃度は特に限定されないが、好ましくは0.01mg/L以上10mg/L以下であり、より好ましくは、0.1mg/L以上5mg/L以下である。陽イオン界面活性剤の濃度が高くなると、金のめっき皮膜の硬度が高くなる傾向が見られる。0.01mg/L未満であると、ビア底部への金析出が不十分となる場合があり、一方、10mg/L超であると、結晶状態が変化する場合がある。
【0013】
電解金めっき液中、亜硫酸金アルカリ塩は、金源として使用されるものであり、その成分は特に限定されないが、例えば、亜硫酸金ナトリウム、亜硫酸金カリウム、亜硫酸金アンモニウムなどが挙げられる。特に亜硫酸金ナトリウムが好ましい。また、電解金めっき液中、亜硫酸金アルカリ塩の濃度は特段限定されないが、通常、金濃度に換算して5g/L以上15g/L以下であり、好ましくは7g/L以上13g/L以下である。
【0014】
電解金めっき液中、水溶性アミンは、安定剤として使用されるものであり、その成分は特に限定されない。例えば、トリエタノールアミン、エチレンジアミン四酢酸、エタン-1,2-ジアミンなどが挙げられ、エタン-1,2-ジアミンが特に好ましい。安定剤を含有することにより、金錯体の安定化という効果がある。また、電解金めっき液中、水溶性アミンの濃度は特段限定されないが、通常5g/L以上20g/L以下であり、好ましくは7g/L以上15g/L以下である。
【0015】
電解金めっき液中、結晶調整剤としては、Tl化合物、Pb化合物、As化合物などが挙げられ、ギ酸タリウム、硫酸タリウム、酢酸鉛が特に好ましい。結晶調整剤を含有することにより、得られる金めっき皮膜の配向性及び結晶子サイズの調整が容易になる。また、電解金めっき液中、結晶調整剤の濃度は特段限定されないが、通常5mg/L以上50mg/L以下であり、好ましくは10mg/L以上30mg/L以下である。
【0016】
本実施形態において、ノーシアン電解金めっき液は、その表面張力が60mN/m未満
であることが望ましい。電解金めっき液の表面張力が60mN/m未満であれば、ビアホールの底部への金めっきの析出がさらに向上することが期待される。本開示において、表面張力はJIS-K-2241(2017)で採用されているデュヌイ法を用いて測定することができる。
【0017】
本実施形態に係る電解金めっき液の調製方法は特段限定されないが、水を含む水性溶媒に亜硫酸金アルカリ塩、水溶性アミン、結晶調整剤、陽イオン界面活性剤を添加して、混合することで調製することができる。その他、電解金めっき液に含有され得る他の成分、例えば、電気伝導塩、pH調整剤(緩衝剤)、錯化剤、マスキング剤などを含有してもよい。電気伝導塩の添加により、均一電着性向上という効果が得られる。錯化剤の添加により、電解金めっき液の安定性が向上し得る。pH調整剤(緩衝剤)の添加により、局所的なpH変動を抑制することができるという効果がある。マスキング剤の添加により、皮膜外観悪化や硬度変化を抑制するという効果がある。
【0018】
電解金めっき液中の陽イオン界面活性剤の成分分析は、液体クロマトグラフィーにより測定することができる。また、電解金めっき液中の陽イオン界面活性剤の濃度は、液体クロマトグラフィーにより測定することができる。
【実施例0019】
以下、実施例を用いて本発明をより詳細に説明するが、本発明の範囲が、実施例の記載により限定されないことはいうまでもない。
【0020】
<電解金めっき液の建浴>
亜硫酸金(I)ナトリウムを金濃度で12g/L、電解質として亜硫酸ナトリウム70g/L、安定剤としてエタン-1,2-ジアミンを10g/L、結晶調整剤としてギ酸タリウムを20mg/L(タリウム濃度)、表1に示す各種の界面活性剤を含むノーシアン電解金めっき液を準備した。
【0021】
<めっきの条件:ビアホール埋め込み用>
ビアホール(直径:100μm、深さ:60μm)を有する基板(下地:ニッケルめっき2μm、金ストライクめっき0.02μm)を上記電解金めっき液(液温50℃、pH8.0)に18分間浸漬し、電流密度0.5A/dm2で電解金めっきを行い、その後、水洗、乾燥させた。
【0022】
<めっき条件:硬度測定用>
基板(下地:ニッケルめっき2μm、金ストライクめっき0.02μm)を上記電解金めっき液(液温52℃、pH7.8)に36分間浸漬し、電流密度0.5A/dm2で電解金めっきを行い、その後、水洗、乾燥させた。
【0023】
<表面張力の測定>
JIS-K-2241に採用されているデュヌイ法を用いて表面張力の測定を行った。シャーレに電解金めっき液を入れ、該めっき液に白金輪環を沈め、白金輪環を垂直方向に徐々に引き離し、白金輪環を引き離すのに必要とした力の最大値を計測し、表面張力として算出した。
【0024】
<膜厚の評価方法>
電解金めっき処理が施された基板のビアホールについて、クロスセクションポリッシャーを用いて断面形成を行い、走査電子顕微鏡を用いて断面から金膜厚を測定した。基板の最表面とビアホール底部の電解金めっき膜厚をそれぞれ測定し、膜厚比(ビアホール底部/最表面)を算出した。
【0025】
<液中パーティクル>
電解金めっき液が不安定な場合、経時変化により金の微粒子や薬品成分が析出し、パーティクル数が増加する傾向にあることから、液中のパーティクル数についても分析を行った。分析方法としては、建浴した電解金めっき液を0.1μmのメンブレンフィルタでろ過した後、静置させた液について、パーティクルカウンターを用いて、0.5μm以上のパーティクルの個数を評価した。そして、液中パーティクルが200個/mL未満の場合を良とし、200個/mL以上の場合を不良とした。
【0026】
<電解金めっき膜の外観評価>
電解金めっき処理が施された基板の表面について、目視で観察して、無光沢又は半光沢の判別を行った。
【0027】
<電解金めっき膜の硬度測定>
電解金めっき膜のビッカース硬度の測定は、大気下、300℃で30分間の熱処理を行い、微小硬さ試験機(株式会社ミツトヨ、HM-221)を用いて、ビッカース圧子により熱処理前後の電解金めっき膜の硬度を5回測定して、その平均値を算出した。なお、電解金めっき膜の硬度測定は、圧子に荷重を加えてめっき膜上に圧痕を形成し、この圧痕の対角線から硬度を計算するため、膜厚が薄い場合には、下地母材の影響を受ける可能性がある。したがって、下地からの影響を回避するために、電解金めっき膜の膜厚は10μm以上とした。
【0028】
(実施例1~6)
界面活性剤として、塩化ベンゼトニウム(陽イオン界面活性剤)を用いて、界面活性剤の濃度が0.01mg/Lである電解金めっき液(実施例1)、同濃度が0.1mg/Lである電解金めっき液(実施例2)、同濃度が1mg/Lである電解金めっき液(実施例3)、同濃度が3mg/Lである電解金めっき液(実施例4)、同濃度が5mg/Lである電解金めっき液(実施例5)、同濃度が10mg/Lである電解金めっき液(実施例6)を調整した。これらの電解金めっき液について、表面張力及び液中のパーティクル数を分析した。その結果を表1に示す。表1に示す通り、表面張力が60mN/m未満であり、また、パーティクル数は良好であった。
【0029】
これらの電解金めっき液を用いて、上記の条件で電解金めっきを施し、ビアホールに電解金めっき膜を形成した後、電解金めっき膜の膜厚(最表面と底部)を測定した。その結果、膜厚比(底部/最表面)が0.5以上であり、ビアホールの底部に十分に電解金めっき膜が形成されていることを確認した。また、別途、硬度測定用の基板に対して、上記の条件で電解金めっきを施して、電解金めっき膜を形成した後、電解金めっき膜の硬度を測定した。その結果、加熱後の硬度が50以上と良好な結果が得られた。さらに、得られた電解金めっき膜外観は、いずれも無光沢または半光沢であった。以上の結果をまとめたものを表1に示す。
【0030】
【0031】
(実施例7~12)
界面活性剤として、ドデシルアミン硫酸塩(陽イオン界面活性剤)を用いて、界面活性
剤の濃度が0.01mg/Lである電解金めっき液(実施例7)、同濃度が0.1mg/Lである電解金めっき液(実施例8)、同濃度が1mg/Lである電解金めっき液(実施例9)、同濃度が3mg/Lである電解金めっき液(実施例10)、同濃度が5mg/Lである電解金めっき液(実施例11)、同濃度が10mg/Lである電解金めっき液(実施例12)を調整した。これらの電解金めっき液について、表面張力及び液中のパーティクル数を分析した。その結果を表1に示す。表1に示す通り、表面張力が60mN/m未満であり、また、パーティクル数は良好であった。
【0032】
これらの電解金めっき液を用いて、上記の条件で電解金めっきを施し、ビアホールに電解金めっき膜を形成した後、電解金めっき膜の膜厚(最表面と底部)を測定した。その結果、膜厚比(底部/最表面)が0.5以上であり、ビアホールの底部に十分に電解金めっき膜が形成されていることを確認した。また、別途、硬度測定用の基板に対して、上記の条件で電解金めっきを施して、電解金めっき膜を形成した後、電解金めっき膜の硬度を測定した。その結果、加熱後の硬度が50以上と良好な結果が得られた。さらに、電解金めっき膜外観は、いずれも無光沢又は半光沢であった。以上の結果をまとめたものを表1に示す。
【0033】
(実施例13~18)
界面活性剤として、ヘキサデシルピリジニウムクロリド一水和物(陽イオン界面活性剤)を用いて、界面活性剤の濃度が0.01mg/Lである電解金めっき液(実施例13)、同濃度が0.1mg/Lである電解金めっき液(実施例14)、同濃度が1mg/Lである電解金めっき液(実施例15)、同濃度が3mg/Lである電解金めっき液(実施例16)、同濃度が5mg/Lである電解金めっき液(実施例17)、同濃度が10mg/Lである電解金めっき液(実施例18)を調整した。これらの電解金めっき液について、表面張力及び液中のパーティクル数を分析した。その結果を表1に示す。表1に示す通り、表面張力が60mN/m未満であり、また、パーティクル数は良好であった。
【0034】
これらの電解金めっき液を用いて、上記の条件で電解金めっきを施し、ビアホールに電解金めっき膜を形成した後、電解金めっき膜の膜厚(最表面と底部)を測定した。その結果、膜厚比(底部/最表面)が0.5以上であり、ビアホールの底部に十分に電解金めっき膜が形成されていることを確認した。また、別途、硬度測定用の基板に対して、上記の条件で電解金めっきを施して、電解金めっき膜を形成した後、電解金めっき膜の硬度を測定した。その結果、加熱後の硬度が50以上と良好な結果が得られた。さらに、電解金めっき膜外観は、いずれも無光沢又は半光沢であった。以上の結果をまとめたものを表1に示す。
【0035】
(比較例1~6)
界面活性剤として、ドデシルアミン硫酸ナトリウム(陰イオン界面活性剤)を用いて、界面活性剤の濃度が0.01mg/Lである電解金めっき液(比較例1)、同濃度が0.1mg/Lである電解金めっき液(比較例2)、同濃度が1mg/Lである電解金めっき液(比較例3)、同濃度が3mg/Lである電解金めっき液(比較例4)、同濃度が5mg/Lである電解金めっき液(比較例5)、同濃度が10mg/Lである電解金めっき液(比較例6)を調整した。これらの電解金めっき液について、表面張力及び液中のパーティクル数を分析した。その結果を表1に示す。表1に示す通り、パーティクル数は不良であった。
【0036】
これらの電解金めっき液を用いて、上記の条件で電解金めっきを施し、ビアホールに電解金めっき膜を形成した後、電解金めっき膜の膜厚(最表面と底部)を測定した。その結果、膜厚比(底部/最表面)が0.5未満であり、ビアホールの底部に十分に電解金めっき膜が形成されていないことを確認した。以上の結果をまとめたものを表1に示す。
【0037】
(比較例7~10)
界面活性剤として、スルホコハク酸ジヘキシルナトリウム(陰イオン界面活性剤)を用いて、界面活性剤の濃度が0.01mg/Lである電解金めっき液(比較例7)、同濃度が1mg/Lである電解金めっき液(比較例8)、同濃度が3mg/Lである電解金めっき液(比較例9)、同濃度が5mg/Lである電解金めっき液(比較例10)を調整した。これらの電解金めっき液について、表面張力及び液中のパーティクル数を分析した。その結果を表1に示す。表1に示す通り、パーティクル数は不良であった。
【0038】
これらの電解金めっき液を用いて、上記の条件で電解金めっきを施し、ビアホールに電解金めっき膜を形成した後、電解金めっき膜の膜厚(最表面と底部)を測定した。その結果、膜厚比(底部/最表面)が0.5未満であり、ビアホールの底部に十分に電解金めっき膜が形成されていないことを確認した。以上の結果をまとめたものを表1に示す。
【0039】
(比較例11~16)
界面活性剤として、ラウリルジメチルアミン酢酸ベタイン(両性界面活性剤)を用いて、界面活性剤の濃度が0.01mg/Lである電解金めっき液(比較例11)、同濃度が0.1mg/Lである電解金めっき液(比較例12)、同濃度が1mg/Lである電解金めっき液(比較例13)、同濃度が3mg/Lである電解金めっき液(比較例14)、同濃度が5mg/Lである電解金めっき液(比較例15)、同濃度が10mg/Lである電解金めっき液(比較例15)を調整した。これらの電解金めっき液について、表面張力及び液中のパーティクル数を分析した。その結果を表1に示す。表1に示す通り、表面張力は60超と高い値を示した。
【0040】
これらの電解金めっき液を用いて、上記の条件で電解金めっきを施し、ビアホールに電解金めっき膜を形成した後、電解金めっき膜の膜厚(最表面と底部)を測定した。その結果、膜厚比(底部/最表面)が0.5未満であり、ビアホールの底部に十分に電解金めっき膜が形成されていないことを確認した。以上の結果をまとめたものを表1に示す。