JP2007246978A - Electroless plating liquid - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、銅もしくは銅合金を配線材料とした配線構造を有する半導体装置の製造において、露出した該配線の表面に保護膜を選択的に形成するのに使用される無電解めっき液に関するものである。 The present invention relates to an electroless plating solution used for selectively forming a protective film on the exposed surface of a wiring in the manufacture of a semiconductor device having a wiring structure using copper or a copper alloy as a wiring material. is there.
従来、半導体基板上に形成する高密度集積回路の微細配線は、主にアルミニウム系合金が用いられていた。しかしながら、半導体装置をさらに高速化するためには、配線用材料として、アルミニウム系合金よりも比抵抗の低い銅あるいは銅合金等を用いる必要が生じている。さらに、特に銅は、エレクトロマイグレーション耐性がアルミニウム系合金に比べて一桁程度高いため、次世代の半導体装置の配線材料として期待されている。 Conventionally, an aluminum alloy has been mainly used for fine wiring of a high-density integrated circuit formed on a semiconductor substrate. However, in order to further increase the speed of the semiconductor device, it is necessary to use copper or a copper alloy having a specific resistance lower than that of an aluminum alloy as a wiring material. Furthermore, copper is expected as a wiring material for next-generation semiconductor devices because it has an electromigration resistance that is about an order of magnitude higher than that of aluminum-based alloys.
半導体装置の銅配線形成プロセスとしては、配線溝及びコンタクトホールに金属を埋込むプロセス（ダマシンプロセス）が採用されている。このダマシンプロセスは、層間絶縁膜に予め形成した配線溝あるいはコンタクトホールに、銅あるいは銅合金等の金属を埋込んだ後、余分な金属を化学的機械的研磨（ＣＭＰ）によって除去し平坦化するプロセスである。 As a copper wiring forming process of a semiconductor device, a process (damascene process) of embedding metal in wiring trenches and contact holes is employed. In this damascene process, a metal such as copper or a copper alloy is embedded in a wiring groove or contact hole previously formed in an interlayer insulating film, and then the excess metal is removed by chemical mechanical polishing (CMP) and planarized. Is a process.
この種の配線にあっては、平坦化後、その配線の表面が外部に露出しており、この上に更に埋込み配線を形成する場合には、その配線上に更に層間絶縁膜を形成し配線溝を形成するが、この際に露出した配線の表面汚染や、積層した層間絶縁膜へのエレクトロマイグレーションが懸念されている。そのため、従来、表面が露出している配線形成部のみならず、半導体基板の全表面に窒化シリコン等の配線保護膜を形成することが行われている。 In this type of wiring, after planarization, the surface of the wiring is exposed to the outside, and when an embedded wiring is further formed thereon, an interlayer insulating film is further formed on the wiring. Although grooves are formed, there are concerns about surface contamination of the exposed wiring and electromigration to the laminated interlayer insulating film. Therefore, conventionally, a wiring protective film such as silicon nitride is formed on the entire surface of the semiconductor substrate as well as the wiring forming portion whose surface is exposed.
しかし、窒化シリコン膜と銅との界面におけるエレクトロマイグレーション耐性が弱く、また、窒化シリコン膜自体が高誘電率であるため、配線遅延（抵抗Ｒと容量ＣによるＲＣ遅延）が大きくなるという問題を有している。そこで、ＲＣ遅延の改善し、エレクトロマイグレーション耐性に優れており銅の拡散防止性に有効な材料としてコバルトタングステンリン（ＣoＷＰ）を使用することが提案されている（米国特許第5695810号明細書（特許文献１））。 However, since the electromigration resistance at the interface between the silicon nitride film and copper is weak and the silicon nitride film itself has a high dielectric constant, there is a problem that the wiring delay (RC delay due to the resistor R and the capacitor C) increases. is doing. Therefore, it has been proposed to use cobalt tungsten phosphorus (CoWP) as a material which has improved RC delay and is excellent in electromigration resistance and is effective in preventing copper diffusion (US Pat. No. 5,958,810 (Patent) Literature 1)).
このＣoＷＰは無電解めっきにより選択的に銅配線上のみに成膜できるという利点を有
している。
ＣｏＷＰ無電解めっきを行う場合には、還元剤として次亜リン酸ナトリウムが一般的に用いられる。しかしながら、次亜リン酸ナトリウムは銅上で反応が進行しない不活性な還元剤であるために、このジ亜リン酸ナトリウムを還元剤として用いたのでは銅上へ直接めっきできないことが知られている（例えばG.O.Mallory, J.B.Hajdu, "Electroless Plating−Fundamentals & Applications−", American Electroplaters And Surface Finishers Society, Florida, page 318,1990)（非特許文献１）。
This CoWP has the advantage that it can be selectively deposited only on the copper wiring by electroless plating.
When performing CoWP electroless plating, sodium hypophosphite is generally used as a reducing agent. However, it is known that sodium hypophosphite is an inactive reducing agent that does not proceed on copper, so that this sodium diphosphite cannot be used for direct plating on copper. (For example, GOMallory, JB Hajdu, "Electroless Plating-Fundamentals &Applications-", American Electroplaters And Surface Finishers Society, Florida, page 318, 1990) (Non-Patent Document 1).
そのため、銅配線上にパラジウムなどのシード層を形成した後に、無電解めっきにより前記ＣoＷＰ膜を形成することが必要となる。ところが、このようにしてシード層を形成
するパラジウムは、配線層を形成する銅と反応して銅の抵抗を増大させる虞がある。また、配線以外の絶縁物の表面にもパラジウムが付着することがあり、前記ＣoＷＰ膜が銅配
線以外の絶縁物表面にも形成される虞がある。このため、微細な配線を形成する際に要求される配線間の絶縁性が低下するという問題がある。
Therefore, it is necessary to form the CoWP film by electroless plating after forming a seed layer such as palladium on the copper wiring. However, the palladium that forms the seed layer in this way may react with the copper that forms the wiring layer to increase the resistance of the copper. In addition, palladium may adhere to the surface of the insulator other than the wiring, and the CoWP film may be formed on the surface of the insulator other than the copper wiring. For this reason, there exists a problem that the insulation between wiring requested | required when forming fine wiring is reduced.
このようにパラジウムが銅と反応することによる銅配線への影響を回避するため、触媒としてパラジウム触媒を必要としない還元剤を使用する必要があり、このようなパラジウム触媒を必要としない還元剤として、ジメチルアミンボラン（ＤＭＡＢ）を用いたＣoＷ
Ｂ 無電解めっき法が提案されている（米国特許第5169680号明細書（特許文献２）、特開2003−49280号公報（特許文献３））。しかしながら、ジメチルアミンボラン（ＤＭＡＢ
）は、還元力が強いために、無電解めっき液の安定性が劣り、こうした無電解めっき液の不安定さのために、銅配線以外の場所にもコバルトを析出させる場合があるという問題がある。
Thus, in order to avoid the influence on the copper wiring due to the reaction of palladium with copper, it is necessary to use a reducing agent that does not require a palladium catalyst as a catalyst, and as a reducing agent that does not require such a palladium catalyst. CoW using dimethylamine borane (DMAB)
B An electroless plating method has been proposed (US Pat. No. 5,169,680 (Patent Document 2), JP-A-2003-49280 (Patent Document 3)). However, dimethylamine borane (DMAB
) Has a problem that the electroless plating solution has poor stability due to its strong reducing power, and the instability of such electroless plating solution may cause cobalt to be deposited in places other than copper wiring. is there.
また、無電解めっき液には、めっき浴の安定性や析出速度の調整目的でアニオン系、カチオン系、ノニオン系界面活性剤を添加することが一般的に行われている。良好なめっき浴の安定性や析出速度の適正化に有効なものとして、ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテルやポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、及びこれらの硫酸エステルやリン酸エステルが使用されることがあるが、これらの化合物質は内分泌撹乱物質（環境ホルモン）であるもしくはその疑いがあるとされ、無電解めっき作業者及び周辺環境への影響が懸念される。
本発明の目的は、銅及び銅合金からなる配線の汚染および銅の拡散による半導体装置の信頼性の低下を防止し、選択的に配線上のみに均一に拡散防止能を有する保護膜を形成できる無電解めっき液を提供することにある。 The object of the present invention is to prevent the deterioration of the reliability of the semiconductor device due to the contamination of the wiring made of copper and copper alloy and the diffusion of the copper, and to selectively form a protective film having a diffusion preventing ability uniformly only on the wiring. It is to provide an electroless plating solution.
本発明の無電解めっき液は、配線構造を有する半導体装置の製造に際して露出した該配線の表面に保護膜を選択的に形成するのに使用される無電解めっき液であって、
該無電解めっき液が、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、下記式（１）で表される化合物、および、次式（２）
で表される水酸化テトラアルキルアンモニウムを含有することを特徴としている。
The electroless plating solution of the present invention is an electroless plating solution used for selectively forming a protective film on the surface of the wiring exposed when manufacturing a semiconductor device having a wiring structure,
The electroless plating solution contains cobalt ions, ions of a second metal different from cobalt, a chelating agent, a reducing agent, a compound represented by the following formula (1), and the following formula (2)
It contains the tetraalkylammonium hydroxide represented by these.
上記式（１）において、Ｒ1 〜 Ｒ4 は、それぞれ独立に、水素原子または炭素数が１
〜５の置換もしくは無置換アルキル基を表し、Ｒ5、Ｒ6は、それぞれ独立に、炭素数が２〜５のオキシアルキレン単位の連鎖からなるポリオキシアルキレン基を表し、該オキシアルキレン単位の繰り返し数は、それぞれ独立に、１以上の整数であり、Ｒ5、Ｒ6で表され
るオキシアルキレン単位の繰り返し数の和は２〜５０である。
In the above formula (1), R 1 to R 4 are each independently a hydrogen atom or a carbon number of 1.
Represents a substituted or unsubstituted alkyl group of ˜5, R 5 and R 6 each independently represents a polyoxyalkylene group composed of a chain of oxyalkylene units having 2 to 5 carbon atoms, The numbers are each independently an integer of 1 or more, and the sum of the number of repeating oxyalkylene units represented by R 5 and R 6 is 2 to 50.
上記式（２）において、Ｒ7、Ｒ8、Ｒ9、Ｒ10は、それぞれ独立に、アルキル基および
ヒドロキシアルキル基よりなる群から選ばれる何れかの基を表す。
In the above formula (2), R 7 , R 8 , R 9 and R 10 each independently represents any group selected from the group consisting of an alkyl group and a hydroxyalkyl group.
上記無電解めっき液では、上記式（１）で表される化合物を使用することにより、パラジウムを使用することなく、めっき液の安定性が良好で、配線の表面に高い選択率で、均一の高い拡散防止能を有する保護膜を形成できる無電解めっき液とすることができる。 In the electroless plating solution, by using the compound represented by the above formula (1), the stability of the plating solution is good without using palladium, and the surface of the wiring is highly selective and uniform. It can be set as the electroless-plating liquid which can form the protective film which has high diffusion prevention ability.
さらに、式（２）で表されるＲ7Ｒ8Ｒ9Ｒ10ＮＯＨ（ここでＲ7、Ｒ8、Ｒ9、Ｒ10は前記と同義である）をｐＨ調整剤として使用することにより、この無電解めっき液のｐH値を
アルカリ金属を含まないｐH調整剤で無電解めっき液のｐH値を調整することができ、この無電解めっき液を用いることによりアルカリ金属を含有しない保護膜を形成することが可能になる。
Furthermore, by using R 7 R 8 R 9 R 10 NOH represented by the formula (2) (wherein R 7 , R 8 , R 9 and R 10 are as defined above) as a pH adjuster, The pH value of the electroless plating solution can be adjusted with a pH adjusting agent not containing an alkali metal, and a protective film containing no alkali metal can be formed by using the electroless plating solution. It becomes possible to do.
以下、本発明の無電解めっき液について説明する。
本発明の無電解めっき液は、金属銅あるいは銅合金表面にコバルトを含有する均一の高い拡散防止能を有する保護膜の形成に好適に使用されるものである。
Hereinafter, the electroless plating solution of the present invention will be described.
The electroless plating solution of the present invention is suitably used for the formation of a protective film having a uniform and high diffusion preventing ability containing cobalt on the surface of metallic copper or copper alloy.
本発明の無電解めっき液に含有されるコバルトイオンの供給源としては、水溶性のコバルト（II）塩が配合される。その塩としては特に限定されるものではないが、例えば、硫酸コバルト、塩化コバルト、臭化コバルト、酢酸コバルト、シュウ酸コバルト、硝酸コバルト、水酸化コバルト等を挙げることができる。これらのコバルト塩は、単独であるいは組み合わせて使用することができる。 As a source of cobalt ions contained in the electroless plating solution of the present invention, a water-soluble cobalt (II) salt is blended. The salt is not particularly limited, and examples thereof include cobalt sulfate, cobalt chloride, cobalt bromide, cobalt acetate, cobalt oxalate, cobalt nitrate, and cobalt hydroxide. These cobalt salts can be used alone or in combination.
本発明ではこれらの例示したコバルト塩のうち、硫酸コバルト、硝酸コバルト、水酸化コバルトを使用することが好ましい。配合されるコバルト塩の量は、使用するコバルト塩の種類により適宜決定されるが、コバルトイオンとして、通常は０．００１〜１mol/リットル、好ましくは０．０１〜１mol/リットルである。 In the present invention, among these exemplified cobalt salts, it is preferable to use cobalt sulfate, cobalt nitrate, and cobalt hydroxide. Although the quantity of the cobalt salt mix | blended is suitably determined by the kind of cobalt salt to be used, it is 0.001-1 mol / liter normally as a cobalt ion, Preferably it is 0.01-1 mol / liter.
本発明も無電解めっき液には、コバルトイオンのほかに第2の金属イオンが含有されて
いる。
本発明においてコバルトとは異なる第２の金属イオンとしては、コバルト以外の元素周期表の第４周期金属、第５周期金属及び第６周期金属のイオン、及びこれらの金属を含む原子団イオンから選択される。具体的な元素としては、
第４周期のクロム、ニッケル、銅、亜鉛、
第５周期のモリブデン、テクネチウム、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、
第６周期のタングステン、レニウム、オスミウム、イリジウム、白金、金を挙げることができる。
In the present invention as well, the electroless plating solution contains a second metal ion in addition to the cobalt ion.
In the present invention, the second metal ion different from cobalt is selected from the ions of the fourth periodic metal, the fifth periodic metal and the sixth periodic metal in the periodic table of elements other than cobalt, and the atomic group ion containing these metals. Is done. As specific elements,
4th period chromium, nickel, copper, zinc,
5th period molybdenum, technetium, ruthenium, rhodium, palladium, silver,
Examples of the sixth period include tungsten, rhenium, osmium, iridium, platinum, and gold.
本発明ではこれらの第２の金属のうち、タングステンおよび／またはモリブデンが好ましい。
本発明において、これらの第２の金属は、例えば、
二酸化タングステン、三酸化タングステン、二酸化モリブデンおよび三酸化モリブデン
等のような金属酸化物、
五塩化タングステン、六塩化タングステン等のような金属塩、
タングステン酸、モリブデン酸
タングステン酸塩、モリブデン酸塩、
タングストリン酸等のようなヘテロポリ酸及びその塩を挙げることができる。
In the present invention, among these second metals, tungsten and / or molybdenum is preferable.
In the present invention, these second metals are, for example,
Metal oxides, such as tungsten dioxide, tungsten trioxide, molybdenum dioxide and molybdenum trioxide etc.
Metal salts such as tungsten pentachloride, tungsten hexachloride,
Tungstic acid, molybdic acid tungstate, molybdate,
Mention may be made of heteropolyacids such as tungstophosphoric acid and their salts.
本発明の無電解めっき液には、上記のような第２の金属は、０価の金属換算で、通常は、０．００１〜１mol/リットル、好ましくは０．０１〜１mol/リットルで使用される。
本発明の無電解めっき液中には、無電解めっき液中におけるコバルトイオンあるいは第2の金属イオンを安定化させるためにキレート剤が配合される。
In the electroless plating solution of the present invention, the second metal as described above is usually used at 0.001 to 1 mol / liter, preferably 0.01 to 1 mol / liter in terms of zero-valent metal. The
In the electroless plating solution of the present invention, a chelating agent is blended in order to stabilize the cobalt ions or the second metal ions in the electroless plating solution.
本発明で使用することができるキレート剤の例としては、カルボン酸及びその塩、アミノカルボン酸及びその塩、オキシカルボン酸及びその塩等の一般にキレート作用を有するとされている化合物を使用することができる。特に本発明で使用するキレート剤の好適な例として、酢酸、グリシン、クエン酸、酒石酸、エチレンジアミン四酢酸、及びそれらの塩、ピロリン酸及びその塩等を挙げることができる。これらのキレート剤は単独であるいは組み合わせて使用することができる。特に本発明ではキレート剤としてクエン酸が好ましい。本発明の無電解めっき液中におけるキレート剤の配合量は、通常は０．００１mol/リットル〜２mol/リットル、好ましくは０．０１mol/リットル〜１．５mol/リットルである。 Examples of chelating agents that can be used in the present invention include compounds that are generally considered to have a chelating action, such as carboxylic acids and salts thereof, aminocarboxylic acids and salts thereof, oxycarboxylic acids and salts thereof, and the like. Can do. Particularly preferable examples of the chelating agent used in the present invention include acetic acid, glycine, citric acid, tartaric acid, ethylenediaminetetraacetic acid, and salts thereof, pyrophosphoric acid and salts thereof, and the like. These chelating agents can be used alone or in combination. Particularly in the present invention, citric acid is preferred as the chelating agent. The blending amount of the chelating agent in the electroless plating solution of the present invention is usually 0.001 mol / liter to 2 mol / liter, preferably 0.01 mol / liter to 1.5 mol / liter.
本発明の無電解めっき液中に含有されるコバルトイオン、第2の金属イオン等の金属イ
オンを露出した配線の表面（被めっき面）に金属として析出させるために還元反応を利用する。本発明の無電解めっき液中で還元反応を進行させるための還元剤は、ナトリウム等のアルカリ金属を含まないものであることが好ましい。このようにアルカリ金属を含有しない還元剤を使用することにより、本発明の無電解めっき液から形成される被覆膜中にアルカリ金属が含有されず、良好な膜特性を有する被覆膜を形成することができる。
A reduction reaction is used to deposit metal ions such as cobalt ions and second metal ions contained in the electroless plating solution of the present invention on the exposed wiring surface (surface to be plated) as metal. The reducing agent for advancing the reduction reaction in the electroless plating solution of the present invention preferably does not contain an alkali metal such as sodium. By using a reducing agent that does not contain an alkali metal as described above, the coating film formed from the electroless plating solution of the present invention contains no alkali metal and forms a coating film having good film characteristics. can do.
このような還元剤の例としては、モノアルキルアミンボラン、ジアルキルアミンボランおよびトリアルキルアミンボランを挙げることができる。これらの還元剤は単独であるいは組み合わせて使用することができる。さらに還元剤の具体的な例としては、ジメチルアミンボラン（Boran-dimethylamine complex, or Dimethylamineborane、以下、「ＤＭＡ
Ｂ」と称す。）を挙げることができる。
Examples of such reducing agents include monoalkylamine boranes, dialkylamine boranes and trialkylamine boranes. These reducing agents can be used alone or in combination. Furthermore, specific examples of the reducing agent include dimethylamine borane (hereinafter referred to as “DMA”).
B ". ).
本発明の無電解めっき液に配合されるジメチルアルキルボランなどの還元剤は、コバルトイオンおよび第2の金属イオンを析出させるための還元剤となるだけでなく、析出形成
される無電解めっき層を構成するコバルト系合金（例えばＣoＷＢ）中のホウ素（Ｂ）の
供給源としても作用する。
A reducing agent such as dimethylalkylborane blended in the electroless plating solution of the present invention not only serves as a reducing agent for precipitating cobalt ions and second metal ions, but also deposits and forms an electroless plating layer. It also acts as a source of boron (B) in the constituent cobalt-based alloy (for example, CoWB).
また、本発明では好適な還元剤として、次亜リン酸及び次亜リン酸塩を挙げることができる。この場合にも還元剤である次亜リン酸及び次亜リン酸塩も、析出形成される無電解めっき層を構成するコバルト系合金（例えばＣoＷＰ）中のリン（Ｐ）の供給源としても
作用する。
Moreover, hypophosphorous acid and hypophosphite can be mentioned as a suitable reducing agent in this invention. In this case as well, hypophosphorous acid and hypophosphite, which are reducing agents, also act as a source of phosphorus (P) in a cobalt-based alloy (for example, CoWP) constituting the electroless plating layer to be deposited. To do.
本発明の無電解めっき液中に上記のような還元剤は、通常は０．００１mol/リットル〜１mol/リットル、好ましくは０．０１mol/リットル〜１mol/リットルの量で配合される。
一般に無電解めっき液には、めっき浴の安定性を確保するために、さらには金属の析出速度を調整するために界面活性剤が配合される。このような目的で無電解めっき液に配合される界面活性剤としては、アニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤、ノニオン系界面活性剤などがある。特に無電解めっき液の安定性を確保し、金属の析出速度を適正化
するために有効な界面活性剤として、ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、および、これらの硫酸エステルあるいはリン酸エステルが使用されている。このような界面活性剤は、円滑に無電解めっきを行うためには必要であるが、他方、無電解めっき液に汎用されている上記の化合物質は内分泌撹乱物質（環境ホルモン）であるとの疑いがあり、無電解めっき作業者及び周辺環境への影響を考慮すると、内分泌撹乱作用のない界面活性剤を使用することが望ましい。
The reducing agent as described above is usually blended in the electroless plating solution of the present invention in an amount of 0.001 mol / liter to 1 mol / liter, preferably 0.01 mol / liter to 1 mol / liter.
In general, an electroless plating solution is blended with a surfactant in order to ensure the stability of the plating bath and further to adjust the deposition rate of the metal. Examples of the surfactant blended in the electroless plating solution for such a purpose include an anionic surfactant, a cationic surfactant, and a nonionic surfactant. In particular, as an effective surfactant for ensuring the stability of the electroless plating solution and optimizing the deposition rate of metal, polyoxyethylene octylphenyl ether, polyoxyethylene nonylphenyl ether, and their sulfate esters or Phosphate esters are used. Such a surfactant is necessary for smooth electroless plating. On the other hand, the above-mentioned compound used for electroless plating solution is an endocrine disrupting substance (environmental hormone). In consideration of the influence on the electroless plating worker and the surrounding environment, it is desirable to use a surfactant having no endocrine disrupting action.
本発明で使用される式（１）で表される化合物は、こうした点を考慮したノニオン系界面活性剤である。 The compound represented by the formula (1) used in the present invention is a nonionic surfactant in consideration of these points.
上記式（１）において、式(1)中、Ｒ1 〜 Ｒ4 は、それぞれ独立に、水素原子または炭素数が１〜５の置換もしくは無置換アルキル基である。また、Ｒ5、Ｒ6はそれぞれ独立に、炭素数が２〜５のオキシアルキレン単位の連鎖からなるポリオキシアルキレン基であり、そのオキシアルキレン単位の繰り返し数は、それぞれ独立に、通常は１以上の整数であり、このＲ5、Ｒ6のオキシアルキレン単位の繰り返し数の和は２〜５０であることが好ましく、さらにこの繰り返し数の和の上限値は３０以下であることがより好ましい。 In the formula (1), in the formula (1), R 1 to R 4 are each independently a hydrogen atom or a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 5 carbon atoms. R 5 and R 6 are each independently a polyoxyalkylene group composed of a chain of oxyalkylene units having 2 to 5 carbon atoms, and the number of repeating oxyalkylene units is usually independently 1 or more. The sum of the number of repeating oxyalkylene units of R 5 and R 6 is preferably 2 to 50, and the upper limit of the sum of the number of repeating is more preferably 30 or less.
本発明において、式（１）で表される化合物としては、2,４,７,９-テトラメチル‐5-
デシン‐4,7‐ジオール‐ジポリオキシエチレンエーテル（オキシアルキレン単位の繰り
返し数の和＝１０）および2,4,7,9−テトラメチル‐5‐デシン‐4,7‐ジオール‐ジポリ
オキシエチレンエーテル（オキシアルキレン単位の繰り返し数の和＝３０）を挙げることができる。これらは単独でも組み合わせても使用することができる。
In the present invention, the compound represented by the formula (1) includes 2,4,7,9-tetramethyl-5-
Decin-4,7-diol-dipolyoxyethylene ether (sum of repeating number of oxyalkylene units = 10) and 2,4,7,9-tetramethyl-5-decyne-4,7-diol-dipolyoxy And ethylene ether (sum of repeating number of oxyalkylene units = 30). These can be used alone or in combination.
このような式（１）で表されるノニオン系界面活性剤としては、具体的には、エアープロダクツ社製のサーフィノール４００シリーズが好ましい例として挙げられる。なお、本発明においては、式（１）で表されるノニオン系界面活性剤は、他の界面活性剤と併用してもよい。アニオン系界面活性剤やカチオン系界面活性剤、その他のノニオン系界面活性剤と併用してもよい。 Specific examples of the nonionic surfactant represented by the formula (1) include Surfynol 400 series manufactured by Air Products. In the present invention, the nonionic surfactant represented by the formula (1) may be used in combination with other surfactants. You may use together with anionic surfactant, a cationic surfactant, and another nonionic surfactant.
本発明の無電解めっき液におけるこのような式（１）で表される化合物の使用量は、通常は０．０００１質量％〜１質量％、好ましくは０．００１質量％〜０．５質量％の範囲である。上記のような量で式（１）で表される化合物を使用することにより、無電解めっき液が充分な液安定性を有し、しかも金属の析出速度が適正化されることは勿論、作業者および環境に対しても悪影響を及ぼすことがない。本発明において、界面活性剤は単独であるいは組み合わせて使用することができる。 The amount of the compound represented by the formula (1) used in the electroless plating solution of the present invention is usually 0.0001% by mass to 1% by mass, preferably 0.001% by mass to 0.5% by mass. Range. By using the compound represented by the formula (1) in the amount as described above, the electroless plating solution has sufficient liquid stability, and the metal deposition rate is of course optimized. It does not have an adverse effect on the people and the environment. In the present invention, the surfactants can be used alone or in combination.
本発明の無電解めっき液には、ｐH値を調整するために水酸化テトラアルキルアンモニ
ウムが配合されている。この水酸化テトラアルキルアンモニウムは次式（２）で表すことができる。
In the electroless plating solution of the present invention, tetraalkylammonium hydroxide is blended in order to adjust the pH value. This tetraalkylammonium hydroxide can be represented by the following formula (2).
上記式（２）において、Ｒ7、Ｒ8、Ｒ9、Ｒ10は、それぞれ独立に、アルキル基および
ヒドロキシアルキル基よりなる群から選ばれる何れかの基を表す。
この化合物は、アルカリ金属を含まないpＨ調整剤である。
In the above formula (2), R 7 , R 8 , R 9 and R 10 each independently represents any group selected from the group consisting of an alkyl group and a hydroxyalkyl group.
This compound is a pH adjuster that does not contain an alkali metal.
本発明において、pＨ調整剤として使用される式（２）で表される化合物の例としては
、水酸化テトラメチルアンモニウム（以下、「ＴＭＡＨ」と称す。）、水酸化テトラエチルアンモニウム、水酸化テトラブチルアンモニウム、水酸化メチルトリエチルアンモニウム、水酸化エチルトリメチルアンモニウム、水酸化２−ヒドロキシエチルトリメチルアンモニウム、水酸化２−ヒドロキシエチルトリエチルアンモニウム等を挙げることができる。
In the present invention, examples of the compound represented by the formula (2) used as a pH regulator include tetramethylammonium hydroxide (hereinafter referred to as “TMAH”), tetraethylammonium hydroxide, tetrabutyl hydroxide. Examples include ammonium, methyltriethylammonium hydroxide, ethyltrimethylammonium hydroxide, 2-hydroxyethyltrimethylammonium hydroxide, and 2-hydroxyethyltriethylammonium hydroxide.
上記のような式（２）で表される化合物は、本発明の無電解めっき液のpＨ値を通常は
５〜１４、好ましくは７〜１１の範囲内に調整し得る量で使用される。
本発明の無電解めっき液には、上記成分以外に必要に応じて、緩衝剤、腐食防止剤、促進剤等の公知の添加剤を配合することができる。例えばホウ酸は緩衝剤・促進剤として作用する添加剤として挙げられる。
The compound represented by the formula (2) as described above is used in an amount capable of adjusting the pH value of the electroless plating solution of the present invention to a range of usually 5 to 14, preferably 7 to 11.
In the electroless plating solution of the present invention, known additives such as a buffer, a corrosion inhibitor, and an accelerator can be blended as necessary in addition to the above components. For example, boric acid is mentioned as an additive that acts as a buffer / accelerator.
本発明の無電解めっき液を用いてコバルト合金めっき被膜を形成する方法としては、予め常法に従い被めっき面の洗浄等の必要な前処理を施した半導体基板を、液温が２０〜１００℃、好ましくは３５〜９０℃の無電解めっき液に必要な膜厚のめっき被膜が形成されるまで浸漬する方法を採用することができる。 As a method of forming a cobalt alloy plating film using the electroless plating solution of the present invention, a liquid temperature of 20 to 100 ° C. is applied to a semiconductor substrate that has been subjected to necessary pretreatment such as cleaning of the surface to be plated according to a conventional method. Preferably, a method of immersing until a plating film having a film thickness necessary for an electroless plating solution at 35 to 90 ° C. is formed can be employed.
半導体基板に形成される配線構造を構成する配線材料としては、銅が一般的に使用され、この銅膜は、純銅膜に限られず、例えば銅−シリコンや銅−アルミニウムなどの銅の含有割合が９５質量％以上である銅合金からなっていてもよい。この配線は、配線溝が形成された層間絶縁膜上を、タンタル、チタンなどの硬度の高い金属および／またはそれらの窒化物、酸化物等のバリアメタルにより被覆し、更に上記配線金属を電解めっき等により堆積した半導体基板を化学的機械的研磨（ＣＭＰ）するダマシン工法により形成される。 As a wiring material constituting a wiring structure formed on a semiconductor substrate, copper is generally used, and this copper film is not limited to a pure copper film, but has a copper content such as copper-silicon or copper-aluminum, for example. You may consist of a copper alloy which is 95 mass% or more. In this wiring, the interlayer insulating film in which the wiring groove is formed is covered with a hard metal such as tantalum or titanium and / or a barrier metal such as a nitride or oxide thereof, and the wiring metal is further electroplated. The semiconductor substrate is deposited by a damascene method for chemical mechanical polishing (CMP).
ここで、上記バリアメタル膜を形成する金属は純品に限られず、例えばタンタル−ニオブなどの合金であってもよい。また、バリアメタル膜が窒化物によって形成される場合に、窒化タンタルあるいは窒化チタンなどは必ずしも純品である必要はない。このバリアメタル膜の材質は、タンタルおよび／または窒化タンタルであることが特に好ましい。バリアメタル膜は、タンタル、チタンなどのうちの１種により形成されることが多いが、異なる材質、例えばタンタル膜と窒化タンタル膜の両方がバリアメタル膜として同一基板上に形成されていてもよい。 Here, the metal forming the barrier metal film is not limited to a pure product, and may be an alloy such as tantalum-niobium. Further, when the barrier metal film is formed of nitride, tantalum nitride, titanium nitride, or the like is not necessarily a pure product. The material of the barrier metal film is particularly preferably tantalum and / or tantalum nitride. The barrier metal film is often formed of one of tantalum and titanium, but different materials, for example, both a tantalum film and a tantalum nitride film may be formed as the barrier metal film on the same substrate. .
また、層関絶縁膜としては、化学蒸着法などの真空プロセスで形成された酸化シリコン膜(ＰＥＴＥＯＳ膜(Plasma Enhanced-TEOS膜) 、ＨＤＰ膜（High Density Plasma Enhanced-TEOS膜）、熱ＣＶＤ法により得られる酸化シリコン膜など）、ＳiＯ2に少量のホウ素
およびリンを添加したホウ素リンシリケート膜（BPSG膜）、ＳiＯ2にフッ素をドープしたＦＳＧ（Fluorine-doped silicate glass）と呼ばれる絶縁膜、ＳiＯＮ（Silicon oxynitride）と呼ばれる絶縁膜、Silicon nitrideなどを挙げることができる。
In addition, as a layered insulating film, a silicon oxide film (PETOS film (Plasma Enhanced-TEOS film), HDP film (High Density Plasma Enhanced-TEOS film)) formed by a vacuum process such as chemical vapor deposition, or thermal CVD is used. etc. resulting silicon oxide film), a small amount of boron and boron phosphorus silicate film added with phosphorus (BPSG film SiO 2), FSG fluorine-doped SiO 2 (fluorine-doped silicate glass ) and an insulating film called, SiON ( An insulating film called silicon oxynitride), silicon nitride, or the like can be given.
さらに、低誘電率の層間絶縁膜としては、酸素、一酸化炭素、二酸化炭素、窒素、アルゴン、Ｈ2Ｏ、オゾン、アンモニアなどの存在下で、アルコキシシラン、シラン、アルキ
ルシラン、アリールシラン、シロキサン、アルキルシロキサンなどの珪素含有化合物をプラズマ重合して得られる重合体からなる層間絶縁膜、さらにはポリシロキサン、ポリシラザン、ポリアリーレンエーテル、ポリベンゾオキサゾール、ポリイミド、シルセスキオキサンなどからなる層間絶縁膜も使用することができる。
Furthermore, as a low dielectric constant interlayer insulating film, alkoxysilane, silane, alkylsilane, arylsilane, siloxane in the presence of oxygen, carbon monoxide, carbon dioxide, nitrogen, argon, H 2 O, ozone, ammonia, etc. An interlayer insulating film made of a polymer obtained by plasma polymerization of a silicon-containing compound such as alkylsiloxane, and further an interlayer insulating film made of polysiloxane, polysilazane, polyarylene ether, polybenzoxazole, polyimide, silsesquioxane, etc. Can also be used.
さらに、上記低誘電率の酸化シリコン系絶縁膜は、原料を例えば回転塗布法によって基体上に塗布した後、酸化性雰囲気において加熱することにより得ることができる。このようにして得られる低誘電率の酸化シリコン系絶縁膜としては、トリエトキシシランを原料とするＨＳＱ膜（Hydrogen Silsesquioxane膜）、テトラエトキシシランと少量のメチル
トリメトキシシランを原料とするＭＳＱ膜（Methyl Silsesquioxane膜）、その他のシラ
ン化合物を原料とする低誘電率の絶縁膜を挙げることができる。こうした素材からからなる低誘電率の絶縁膜に、適当な有機ポリマー粒子などを混合して用いることにより、有機ポリマー粒子が加熱工程で焼失して空孔が形成され、こうした空孔が形成されることにより絶縁膜の誘電率がさらに低くなる。
Further, the low dielectric constant silicon oxide insulating film can be obtained by applying a raw material on a substrate by, for example, a spin coating method and then heating in an oxidizing atmosphere. Examples of the low dielectric constant silicon oxide insulating film thus obtained include an HSQ film (Hydrogen Silsesquioxane film) using triethoxysilane as a raw material, and an MSQ film using tetraethoxysilane and a small amount of methyltrimethoxysilane as a raw material ( Methyl Silsesquioxane film) and other low dielectric constant insulating films made from silane compounds. By mixing suitable organic polymer particles, etc. with a low dielectric constant insulating film made of such a material, the organic polymer particles are burned out in the heating process to form vacancies. As a result, the dielectric constant of the insulating film is further reduced.
また、低誘電率の絶縁膜は、ポリアリーレン系ポリマー、ポリアリレンエーテル系ポリマー、ポリイミド系ポリマー、ベンゾシクロブテンポリマーなどの有機ポリマーを原料として形成することもできる。 The insulating film having a low dielectric constant can also be formed using an organic polymer such as a polyarylene polymer, a polyarylene ether polymer, a polyimide polymer, or a benzocyclobutene polymer as a raw material.
本発明の無電解めっき液は、このような銅配線が露出した半導体基板に対して、非常に高い選択率で、銅配線上に拡散防止膜材料であるコバルト系合金からなるシード層を形成するのに適している。 The electroless plating solution of the present invention forms a seed layer made of a cobalt-based alloy, which is a diffusion prevention film material, on the copper wiring with a very high selectivity with respect to the semiconductor substrate on which such copper wiring is exposed. Suitable for
次に本発明の無電解めっき液について実施例を示して説明するが、本発明はこれらにより限定されるものではない。
〔実施例１〕
（１）無電解めっき液の調製
容量５０００mlのガラス製ビーカーに、８０℃に加熱した２０００mlの２５質量％のＴＭＡＨ水溶液を入れ、このＴＭＡＨ水溶液に１５０ｇの三酸化タングステンを加えて溶解させた。
Next, the electroless plating solution of the present invention will be described with reference to examples, but the present invention is not limited thereto.
[Example 1]
(1) Preparation of electroless plating solution In a glass beaker having a capacity of 5000 ml, 2000 ml of a 25% by mass TMAH aqueous solution heated to 80 ° C. was added, and 150 g of tungsten trioxide was added to the TMAH aqueous solution and dissolved.
次に、別の容量５０００mlのガラス製ビーカーに、２５００mlの２５質量％の水酸化ＴＭＡＨ水溶液、８５０ｇのクエン酸、１５０ｇのホウ酸、および１８０ｇの硫酸コバルト七水和物を入れて、混合し溶解させた。 Next, in another glass beaker with a capacity of 5000 ml, 2500 ml of 25% by mass of a hydroxide TMAH aqueous solution, 850 g of citric acid, 150 g of boric acid, and 180 g of cobalt sulfate heptahydrate were mixed and dissolved. I let you.
次いで、上記のようにして調製した２つの溶液を混合した後、３ｇの2,４,７,９-テト
ラメチル-5-デシン-4,7-ジオール-ジポリオキシエチレンエーテル（エアープロダクツ社
製、製品名；サーフィノール４６５；オキシアルキレン単位の繰り返し数の和＝１０）を加えて溶解させた。
Next, after mixing the two solutions prepared as described above, 3 g of 2,4,7,9-tetramethyl-5-decyne-4,7-diol-dipolyoxyethylene ether (produced by Air Products) Product name: Surfynol 465; Sum of the number of repeating oxyalkylene units = 10) was added and dissolved.
さらに脱イオン水および２５質量%ＴＭＡＨ水溶液を用いて、混合用液のｐＨ値が９．
０になり、液の総容量が１０リットルになるように調整した。
こうして調製しためっき液に、２０ｇのＤＭＡＢを溶解し、めっき液−１を調製した。（２）無電解めっき液の安定性評価
清浄なガラス製試験管に調製しためっき液−１を２５ml量り採り、これに無電解めっき反応の開始触媒となる０．０２ｇ/リットルの濃度の塩化パラジウム水溶液０．２mlを加
え均一な溶液とした後、８０℃に加熱し、めっき液の状態の変化を観察した。調製しためっき液の安定性が不充分な場合には、塩化パラジウムの存在下加熱することで、還元反応が開始し金属が析出することになる。
Further, using deionized water and 25% by mass TMAH aqueous solution, the pH value of the mixing solution was 9.
The total volume of the liquid was adjusted to 10 liters.
20 g of DMAB was dissolved in the plating solution thus prepared to prepare a plating solution-1. (2) Stability evaluation of electroless plating solution 25 ml of the plating solution-1 prepared in a clean glass test tube is weighed, and this is palladium chloride having a concentration of 0.02 g / liter, which serves as an initiation catalyst for the electroless plating reaction. After adding 0.2 ml of an aqueous solution to obtain a uniform solution, it was heated to 80 ° C., and the change in the state of the plating solution was observed. When the stability of the prepared plating solution is insufficient, the reduction reaction is started by heating in the presence of palladium chloride, and the metal is deposited.
しかし、上記のようにして調製しためっき液−１は、８０℃に加熱しても２０分以上金属の析出による濁りの発生も無く、充分な安定性を有することが判った。
（３）めっき性能評価
市販されている、めっきにより銅箔層が形成されたシリコン基板を、５cm四方の試験片に切り取り、脱イオン水にて洗浄後、精密天秤にてその質量（Ｗ１）を測定した。
However, it was found that the plating solution-1 prepared as described above has sufficient stability with no turbidity due to metal deposition for 20 minutes or more even when heated to 80 ° C.
(3) Plating performance evaluation A commercially available silicon substrate on which a copper foil layer is formed by plating is cut into a 5 cm square test piece, washed with deionized water, and its mass (W1) is measured with a precision balance. It was measured.
次いで、この試験片を８０℃に加熱した１００mlのめっき液−１に２０分間浸漬した。
２０分経過後、試験片を取り出し、脱イオン水にて洗浄すると、試験片の表面は銀色の鏡面に変化しており、銅の表面にコバルト系合金がめっきされたことが判る。洗浄後の試験片の質量（Ｗ２）を精密天秤にて測定し、めっき前後の質量変化（Ｗ２−Ｗ１）からめっきされた金属の量を算出し、めっき時間及び試験片面積からめっき速度を算出した。
Subsequently, this test piece was immersed in 100 ml of plating solution-1 heated to 80 ° C. for 20 minutes.
When the test piece was taken out after 20 minutes and washed with deionized water, the surface of the test piece was changed to a silver mirror surface, and it was found that the cobalt-based alloy was plated on the copper surface. Measure the weight (W2) of the test piece after washing with a precision balance, calculate the amount of plated metal from the change in mass before and after plating (W2-W1), and calculate the plating rate from the plating time and the area of the test piece did.
めっき液−１のめっき速度は、０．５nm／secであった。
次いで、ＪＳＲ株式会社製銅用ＣＭＰスラリー（製品名；ＣＭＳ７４０１及びＣＭＳ７４５２）とバリアメタル用ＣＭＰスラリー（製品名；ＣＭＳ８４０１及びＣＭＳ８４５２）を用いて研磨し、絶縁膜上に銅配線が露出したパターン付シリコン基板（ＡＴＤＦ製銅ダマシン配線付基板、８５４ＣＭＰ００１）を用意し、３ｃｍ四方の試験片に切り取った。この試験片を脱イオン水にて洗浄後８０℃に加熱した１００mlのめっき液−１に一分間浸漬した。
The plating rate of the plating solution-1 was 0.5 nm / sec.
Next, the patterned silicon with copper wiring exposed on the insulating film was polished using CMP slurry for copper (product name: CMS7401 and CMS7452) and barrier metal CMP slurry (product name: CMS8401 and CMS8452) manufactured by JSR Corporation. A substrate (ATDF copper damascene wiring substrate, 854 CMP001) was prepared and cut into 3 cm square test pieces. This test piece was washed with deionized water and then immersed in 100 ml of plating solution-1 heated to 80 ° C. for 1 minute.
脱イオン水にて再度洗浄後、めっきされた試験片を走査型電子顕微鏡にて観察し、本来めっきされてはならない絶縁膜上には、金属が析出していないことを確認した。
〔実施例２〕
（１）無電解めっき液の調製
容量５０００mlのガラス製ビーカーに、１５０ｇの三酸化タングステン及び２０００mlの２５質量％のＴＭＡＨ水溶液を入れ、これを８０℃に加熱し溶解させた。
After washing again with deionized water, the plated specimen was observed with a scanning electron microscope, and it was confirmed that no metal was deposited on the insulating film that should not be plated.
[Example 2]
(1) Preparation of electroless plating solution A glass beaker having a capacity of 5000 ml was charged with 150 g of tungsten trioxide and 2000 ml of a 25% by mass TMAH aqueous solution, which was heated to 80 ° C. and dissolved.
次に、別の容量５０００mlのガラス製ビーカーに、８００ｇのクエン酸、６０ｇの水酸化コバルトを入れ、ここに２０００mlの脱イオン水を加え溶解させた。次いで、用意した２つの溶液を混合した後、３０００mlの２５質量％のＴＭＡＨ水溶液、３００mlの５０質量%の次亜リン酸水溶液、１５０ｇのホウ酸を加えて溶解させた。 Next, 800 g of citric acid and 60 g of cobalt hydroxide were placed in another glass beaker having a volume of 5000 ml, and 2000 ml of deionized water was added thereto and dissolved. Next, after mixing the prepared two solutions, 3000 ml of 25 wt% TMAH aqueous solution, 300 ml of 50 wt% hypophosphorous acid aqueous solution and 150 g boric acid were added and dissolved.
さらに、３０ｇのＤＭＡＢおよび２ｇの2,4,7,9−テトラメチル‐5‐デシン‐4,7‐ジ
オール‐ジポリオキシエチレンエーテル（エアープロダクツ社製、製品名；サーフィノール４８５；オキシアルキレン単位の繰り返し数の和＝３０）を加えて溶解させた。
Further, 30 g of DMAB and 2 g of 2,4,7,9-tetramethyl-5-decyne-4,7-diol-dipolyoxyethylene ether (product name; Surfynol 485; oxyalkylene unit, manufactured by Air Products) The number of repetitions of (30) was added and dissolved.
その後、脱イオン水及び２５質量%ＴＭＡＨ水溶液を用いて、混合用液のｐＨ値が９．
０になり、めっき液の総容量が１０リットルになるように調整し、めっき液−２を調製した。
Thereafter, using deionized water and 25% by mass TMAH aqueous solution, the pH value of the mixing solution was 9.
The total volume of the plating solution was adjusted to 10 liters, and plating solution-2 was prepared.
そして、実施例１と同様の方法にて、無電解めっき液の安定性及びめっき性能を評価し、表−1に示す結果を得た。
〔比較例１〕
実施例１記載のめっき液の調製手順のうち、2,4,7,9−テトラメチル‐5‐デシン‐4,7
‐ジオール−ジポリオキシエチレンエーテル（エアープロダクツ社製、製品名；サーフィノール４６５）を用いなかった以外は、同じ配合にてめっき液−３を調製した。
〔比較例２〕
実施例２記載のめっき液の調製手順のうち、2,4,7,9−テトラメチル‐5‐デシン‐4,7
‐ジオール−ジポリオキシエチレンエーテル（エアープロダクツ社製、製品名；サーフィ
ノール４８５）の代わりにポリオキシエチレンノニルフェニルエーテルリン酸エステル（東邦化学工業株式会社製、製品名；フォスファノールＲＥ−６１０）を用いた以外は、同じ配合にてめっき液−４を調製した。
Then, the stability and plating performance of the electroless plating solution were evaluated in the same manner as in Example 1, and the results shown in Table 1 were obtained.
[Comparative Example 1]
Of the procedures for preparing the plating solution described in Example 1, 2,4,7,9-tetramethyl-5-decyne-4,7
-Plating solution-3 was prepared with the same composition except that diol-dipolyoxyethylene ether (Air Products, product name; Surfynol 465) was not used.
[Comparative Example 2]
Of the procedures for preparing the plating solution described in Example 2, 2,4,7,9-tetramethyl-5-decyne-4,7
-Dioxy-dipolyoxyethylene ether (product name: Surfynol 485) instead of polyoxyethylene nonylphenyl ether phosphate ester (product of Toho Chemical Industries, product name: Phosphanol RE-610) The plating solution-4 was prepared by the same composition except having used.
比較例１〜２についても、それらの評価結果を表−1に示す。 The evaluation results for Comparative Examples 1 and 2 are also shown in Table 1.
以上の結果から、実施例１〜２は比較例１との対比より、充分なめっき速度を有しながら、めっき工程を安定するに充分な安定性を有しており、さらには、本来の目的である、銅もしくは銅合金を配線材料とした配線構造を有する半導体基板上の露出した該配線の表面のみに銅の拡散防止能を有する保護膜を選択的に形成する能力を有していることが判る。 From the above results, in comparison with Comparative Example 1, Examples 1 and 2 have sufficient stability to stabilize the plating process while having a sufficient plating rate, and further, the original purpose. And having a capability of selectively forming a protective film having a copper diffusion preventing function only on the exposed surface of the wiring on the semiconductor substrate having a wiring structure using copper or a copper alloy as a wiring material. I understand.
また、比較例２との対比からは、従来の界面活性剤を使用しためっき液と同等以上のめっき液安定性を有していることが判り、さらには、露出した銅配線上のみにめっきする選択性が向上していることが判る。 In contrast to Comparative Example 2, it can be seen that the plating solution has a stability equal to or higher than that of a conventional plating solution using a surfactant, and further, plating is performed only on the exposed copper wiring. It can be seen that the selectivity is improved.
銅もしくは銅合金を配線材料とした配線構造を有する半導体装置の製造において、露出した配線の表面に銅の拡散防止能を有する保護膜を選択的に形成するために、無電解めっきにより保護膜形成を形成することが有効な手段として提案されている。本発明の無電解めっき液は、配線構造を有する半導体装置の製造に際して露出した該配線の表面に保護膜
を選択的に形成するのに使用される無電解めっき液あり、無電解メッキ液が、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、下記式（１）で表される化合物、および、次式（２）で表される水酸化テトラアルキルアンモニウムを含有することにより、を特徴とする無電解めっき液である。
In the manufacture of a semiconductor device having a wiring structure using copper or a copper alloy as a wiring material, a protective film is formed by electroless plating in order to selectively form a protective film having a copper diffusion preventing ability on the exposed wiring surface. It has been proposed as an effective means. The electroless plating solution of the present invention is an electroless plating solution used to selectively form a protective film on the surface of the wiring exposed when manufacturing a semiconductor device having a wiring structure. Contains cobalt ions, ions of a second metal different from cobalt, a chelating agent, a reducing agent, a compound represented by the following formula (1), and a tetraalkylammonium hydroxide represented by the following formula (2) Thus, an electroless plating solution characterized by:
化学物（１）は次式で表される。 The chemical (1) is represented by the following formula.
上記式（１）において、Ｒ1 〜 Ｒ4 は、それぞれ独立に、水素原子または炭素数が１
〜５の置換もしくは無置換アルキル基を表し、Ｒ5、Ｒ6は、それぞれ独立に、炭素数が２〜５のオキシアルキレン単位の連鎖からなるポリオキシアルキレン基を表し、該オキシアルキレン単位の繰り返し数は、それぞれ独立に、１以上の整数であり、Ｒ5、Ｒ6で表されるオキシアルキレン単位の繰り返し数の和は２〜５０である。
In the above formula (1), R 1 to R 4 are each independently a hydrogen atom or a carbon number of 1.
Represents a substituted or unsubstituted alkyl group of ˜5, R 5 and R 6 each independently represents a polyoxyalkylene group composed of a chain of oxyalkylene units having 2 to 5 carbon atoms, The numbers are each independently an integer of 1 or more, and the sum of the number of repeating oxyalkylene units represented by R 5 and R 6 is 2 to 50.
また、本発明で使用される化合物（２）は次式で表される。 Moreover, the compound (2) used by this invention is represented by a following formula.
上記式（２）において、Ｒ7、Ｒ8、Ｒ9、Ｒ10は、それぞれ独立に、アルキル基および
ヒドロキシアルキル基よりなる群から選ばれる何れかの基を表す。
上記のような構成を有する無電解めっき液は、優れた選択性をもって銅等の配線上のみにコバルト系合金を保護膜として形成することができ、露出した配線の表面汚染が発生せず、さらに、積層した層間絶縁膜へのエレクトロマイグレーションを防止することができる。また、本発明の無電解めっき液を用いることにより、パラジウム等のシード層を形成する必要がないので、配線抵抗が増大する虞がなく、さらに配線部分以外の絶縁物上へのパラジウム付着による配線以外へのめっき金属析出の虞を回避することができる。さらに本発明では従来のポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテルやポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル等の内分泌撹乱物質（環境ホルモン）を使用することなく、これらの性能を達成することができるため、無電解めっき作業者及び周辺環境への影響を抑えることができる。
In the above formula (2), R 7 , R 8 , R 9 and R 10 each independently represents any group selected from the group consisting of an alkyl group and a hydroxyalkyl group.
The electroless plating solution having the above configuration can form a cobalt-based alloy as a protective film only on a wiring such as copper with excellent selectivity, and does not cause surface contamination of the exposed wiring. Electromigration to the laminated interlayer insulating film can be prevented. Further, since it is not necessary to form a seed layer such as palladium by using the electroless plating solution of the present invention, there is no possibility of increasing the wiring resistance, and further, wiring due to palladium adhesion on an insulator other than the wiring portion. It is possible to avoid the possibility of plating metal deposition on the other surfaces. Furthermore, in the present invention, these performances can be achieved without using conventional endocrine disrupting substances (environmental hormones) such as polyoxyethylene octylphenyl ether and polyoxyethylene nonylphenyl ether. And the influence on the surrounding environment can be suppressed.
Claims (7)
該無電解めっき液が、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、下記式（１）で表される化合物、および、次式（２）で表される水酸化テトラアルキルアンモニウムを含有することを特徴とする無電解めっき液；
〜５の置換もしくは無置換アルキル基を表し、Ｒ5、Ｒ6は、それぞれ独立に、炭素数が２〜５のオキシアルキレン単位の連鎖からなるポリオキシアルキレン基を表し、該オキシアルキレン単位の繰り返し数は、それぞれ独立に、１以上の整数であり、Ｒ5、Ｒ6で表されるオキシアルキレン単位の繰り返し数の和は２〜５０である。）；
びヒドロキシアルキル基よりなる群から選ばれる何れかの基を表す。）。 An electroless plating solution used to selectively form a protective film on the surface of the wiring exposed when manufacturing a semiconductor device having a wiring structure,
The electroless plating solution contains cobalt ions, ions of a second metal different from cobalt, a chelating agent, a reducing agent, a compound represented by the following formula (1), and water represented by the following formula (2) An electroless plating solution containing a tetraalkylammonium oxide;
Represents a substituted or unsubstituted alkyl group of ˜5, R 5 and R 6 each independently represents a polyoxyalkylene group composed of a chain of oxyalkylene units having 2 to 5 carbon atoms, The numbers are each independently an integer of 1 or more, and the sum of the number of repeating oxyalkylene units represented by R 5 and R 6 is 2 to 50. );
ンエーテル（オキシアルキレン単位の繰り返し数の和＝３０）であることを特徴とする請求項１に記載の無電解めっき液。 The compound represented by the above formula (1) is 2,4,7,9-tetramethyl-5-decyne-4,7-diol-dipolyoxyethylene ether (sum of repeating number of oxyalkylene units = 10). And / or 2,4,7,9-tetramethyl-5-decyne-4,7-diol-dipolyoxyethylene ether (sum of repeat number of oxyalkylene units = 30) 1. The electroless plating solution according to 1.
二酸化タングステン、三酸化タングステン、二酸化モリブデンおよび三酸化モリブデンからなる金属酸化物、
五塩化タングステンおよび六塩化タングステンからなる金属塩、
タングステン酸、モリブデン酸、タングステン酸塩、モリブデン酸塩、タングストリン酸のヘテロポリ酸およびタングストリン酸のヘテロポリ酸の塩よりなる群から選ばれる少なくとも一種類の化合物であることを特徴とする請求項２記載の無電解めっき液。 The second metal different from cobalt is tungsten and / or molybdenum, and the source of ions of these second metals is
Metal oxides consisting of tungsten dioxide, tungsten trioxide, molybdenum dioxide and molybdenum trioxide,
A metal salt comprising tungsten pentachloride and tungsten hexachloride,
3. A compound comprising at least one compound selected from the group consisting of tungstic acid, molybdic acid, tungstate, molybdate, tungstophosphoric acid heteropolyacid and tungstophosphoric acid heteropolyacid salt. The electroless plating solution described.
を特徴とする請求項１記載の無電解めっき液。 2. The electroless plating solution according to claim 1, wherein an alkali metal is not contained in the component for adjusting the pH value of the electroless plating solution.
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