[发明专利]用于钴合金无电沉积的碱性镀浴

说明书

技术领域

本发明涉及用于三元和四元钴合金的无电沉积的水性碱性镀浴组合物。自所述镀浴沉积的钴合金适用作半导体装置、印刷电路板、IC衬底及其类似物中的障壁层和顶盖层。

背景技术

在例如半导体装置、印刷电路板、IC衬底及其类似物的电子装置中使用障壁层来分隔具有不同组成的层并由此防止这些具有组成不同组成的层之间的非所需的扩散。

典型障壁层材料为二元镍合金，例如Ni-P合金，其通常通过无电镀沉积到具有第一组成的第一层上，随后将具有第二组成的第二层沉积到所述障壁层上。

障壁层材料在电子装置中的另一应用是作为顶盖层，其例如沉积到铜上以防止铜腐蚀。

三元和四元钴合金由于与二元镍合金相比具有较好的障壁功能而作为障壁层或顶盖层变得受关注。所述钴合金也是通过无电镀来沉积。

US 7,410,899 B2中揭示一种用于三元和四元钴合金沉积的水性碱性镀浴，其包含多磷酸或其盐作为晶粒细化剂。

WO 2007/075063 A1中揭示一种用于沉积适用作顶盖层的基于钴的合金的无电镀浴。其中所揭示的镀浴组合物包含选自磷酸盐和磷酸氢盐的磷前驱物，及作为还原剂的二甲基胺硼烷或硼氢化物。所用稳定剂为咪唑、噻唑、三唑、二硫化物及其衍生物中的一或多种。

US 3,717,482中揭示一种用于钴的无电沉积的电镀溶液，其包含作为主要稳定剂的汞离子与作为次要稳定剂的炔系化合物(例如炔丙基醇)的组合。由所述镀浴组合物获得的金属沉积物含有汞。

专利文献US 3,790,392揭示用于铜金属的无电沉积的镀浴组合物，其包含作为还原剂的甲醛以及炔丙基型添加剂。

US 3,661,597中揭示用于铜金属的无电沉积的镀浴组合物，其包含作为还原剂的甲醛以及炔醇和环氧烷的聚醚加合物。

专利文献US 4,036,709揭示通过电镀来沉积钴合金的酸性镀浴组合物，其包含环氧化物与α-羟基炔系醇的反应产物。

US 4,016,051中揭示用于电镀钴或镍-钴合金的酸性镀浴组合物，其包含二乙氨基丙炔硫酸盐。

专利文献4,104,137揭示用于电镀铁-钴合金的酸性电镀溶液，其包含炔系不饱和磺酸酯。

US 5,695,810中揭示具有在0.06到0.2wt.％的范围内的钨含量的Co-W-P合金障壁层。所揭示的镀浴进一步包含50mg/l聚乙氧基壬基苯基-醚-磷酸盐。

本发明的目的

本发明的目的在于提供一种用于三元和四元钴合金Co-M-P、Co-M-B及Co-M-B-P沉积的无电镀浴，其针对非所需的分解具有高稳定性。

发明内容

此目的是通过用于三元和四元钴合金Co-M-P、Co-M-B及Co-M-B-P的无电沉积的水性碱性镀浴组合物来解决，其中M优选地选自由Mn、Zr、Re、Mo、Ta及W组成的群组，所述镀浴包含：

(i)钴离子来源，

(ii)M离子来源，

(iii)至少一种络合剂，

(iv)至少一种还原剂，其选自由次磷酸根离子和基于硼烷的还原剂组成的群组，及

(v)根据式(1)的稳定剂：

其中X选自O和NR⁴，n优选在1到6的范围内，更优选为1到4，m优选在1到8的范围内，更优选为1到4；R¹、R²、R³及R⁴独立地选自氢和C₁到C₄烷基；Y选自SO₃R⁵、CO₂R⁵及PO₃R⁵₂，并且R⁵选自氢、钠、钾及铵。

根据本发明的无电镀浴针对非所需的分解具有高稳定性且允许沉积具有在4到20wt.％范围内的高含量的合金金属M的三元和四元钴合金层。

具体实施方式

本发明的水性碱性镀浴包含水溶性钴盐作为钴离子来源。适合的钴离子来源为例如CoCl₂和CoSO₄及其相应水合物，例如CoSO₄·7H₂O。

镀浴中钴离子的浓度优选在0.01到0.2mol/l的范围内，更优选为0.05到0.15mol/l。