JP7457537B2 - Composition for electroless gold plating - Google Patents
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Description
本発明は、シリコン半導体の表面を無電解金めっきするための組成物等に関する。 The present invention relates to a composition for electroless gold plating on the surface of a silicon semiconductor.
金は、高い導電性、化学的安定性、延性を有する物質として、プリント基板、ワイヤボンディング材料、装飾品等の多様な用途に使用されている。かかる用途には金めっき方法が通常使用されている。
金めっき方法としては、電解金めっき方法および無電解金めっき方法が知られている。無電解金めっき方法としては、自己触媒型無電解金めっき方法、下地触媒金めっき方法、および置換金めっき方法等が知られている。特に、置換金めっき方法は、被めっき面の下地金属と金イオンおよび/または金イオン錯体との電気的な置換反応により金析出を行う金めっき方法である。
Gold, being a material with high electrical conductivity, chemical stability and ductility, is used in a variety of applications such as printed circuit boards, wire bonding materials, ornaments, etc. Gold plating methods are commonly used for such applications.
Known gold plating methods include electrolytic gold plating and electroless gold plating. Known electroless gold plating methods include autocatalytic electroless gold plating, base catalytic gold plating, and displacement gold plating. In particular, displacement gold plating is a gold plating method in which gold is deposited by an electrical displacement reaction between the base metal of the plated surface and gold ions and/or gold ion complexes.
近年、置換金めっき方法によってシリコンの表面を無電解金めっきする方法が報告されている(特許文献1)。かかる方法には、金イオン源およびフッ化水素酸を含む金めっき用組成物が使用されている。フッ化水素酸が、シリコンの表面の酸化膜を溶解し、シリコンと金との置換反応により、シリコンがイオン化して金が析出することにより、シリコンの表面に金めっきが形成される。また、シリコンではなく炭化シリコンの表面を無電解金めっきする方法も報告されている(特許文献2)。
上記金めっき用組成物は、太陽電池用多結晶シリコン基板および種々の複合材料の製造方法においても使用されている(特許文献3~7)。他方、代替的に、金イオン源およびアルカリ金属の水酸化物を含む金めっき用組成物が使用されることもある(特許文献8、9)。
In recent years, a method of electrolessly plating the surface of silicon with gold using a displacement gold plating method has been reported (Patent Document 1). Such methods use a gold plating composition that includes a source of gold ions and hydrofluoric acid. Hydrofluoric acid dissolves the oxide film on the surface of silicon, and a substitution reaction between silicon and gold ionizes silicon and deposits gold, thereby forming gold plating on the surface of silicon. Furthermore, a method of electroless gold plating on the surface of silicon carbide instead of silicon has also been reported (Patent Document 2).
The above composition for gold plating is also used in methods for producing polycrystalline silicon substrates for solar cells and various composite materials (Patent Documents 3 to 7). On the other hand, as an alternative, gold plating compositions containing a gold ion source and an alkali metal hydroxide may be used (Patent Documents 8 and 9).
さらに、近年、置換金めっき方法で形成された金めっきを、シリコンのエッチングに応用する方法も報告されている(特許文献10)。具体的には、シリコンの表面に金を析出させることにより、該金析出物が触媒作用を示し、該金析出物下のシリコンを垂直にエッチングすることが可能である。 Furthermore, in recent years, a method has been reported in which gold plating formed by displacement gold plating is applied to silicon etching (Patent Document 10). Specifically, by depositing gold on the surface of silicon, the gold deposit exhibits a catalytic action, making it possible to vertically etch the silicon under the gold deposit.
本発明は、シリコン半導体の表面で金が析出する速度を減少させることが可能である、シリコン半導体の表面を無電解金めっきするための組成物等の提供を目的とする。 An object of the present invention is to provide a composition for electroless gold plating on the surface of a silicon semiconductor, which can reduce the rate at which gold is deposited on the surface of the silicon semiconductor.
本発明者らは、シリコン半導体の表面を無電解金めっきする過程で、金イオン源およびフッ化水素酸を含む金めっき用組成物を使用した場合に、シリコン半導体の表面の酸化膜が極めて速く溶解し、これに伴って金の析出も極めて速く進行するため、シリコン半導体の表面で金が過剰に析出し、金めっきの構造制御に困難が伴う現象を確認した。そして、かかる構造制御を容易にすべく鋭意研究を進めたところ、上記金めっき用組成物にアセトニトリルを加えるか、または、フッ化水素酸の代わりにヘキサフルオロケイ酸および/またはテトラフルオロホウ酸を加えることによって、シリコン半導体の表面で金が析出する速度を減少させることが可能であることを見出し、本発明を完成させた。 The present inventors found that when a gold plating composition containing a gold ion source and hydrofluoric acid was used in the process of electroless gold plating on the surface of a silicon semiconductor, an oxide film formed on the surface of the silicon semiconductor extremely quickly. As the gold melts and gold precipitates extremely quickly, we have confirmed that excessive gold precipitates on the surface of the silicon semiconductor, making it difficult to control the structure of the gold plating. As a result of intensive research to facilitate such structural control, we found that acetonitrile was added to the gold plating composition, or hexafluorosilicic acid and/or tetrafluoroboric acid was used instead of hydrofluoric acid. The present invention has been completed based on the discovery that the rate at which gold is deposited on the surface of a silicon semiconductor can be reduced by adding gold.
すなわち、本発明は以下に関する。
[1]金イオン源、フッ素化合物およびアセトニトリルを含む、シリコン半導体の表面を無電解金めっきするための組成物。
[2]フッ素化合物が、フッ化水素酸、フッ化アンモニウム、フッ化水素アンモニウム、ヘキサフルオロケイ酸、およびテトラフルオロホウ酸からなる群から選択される1以上のフッ素化合物である、[1]に記載の組成物。
[3]金イオン源およびヘキサフルオロケイ酸および/またはテトラフルオロホウ酸を含む、シリコン半導体の表面を無電解金めっきするための組成物。
[4]アセトニトリルをさらに含む、[3]に記載の組成物。
[5]シリコン半導体が、シリコン、シリコン酸化物、および/または炭化シリコンである、[1]~[4]のいずれかに記載の組成物。
[6]pHが7以下である、[1]~[5]のいずれかに記載の組成物。
[7][1]~[6]のいずれかに記載の組成物をシリコン半導体の表面に適用する工程を含む、金を析出させる方法。
That is, the present invention relates to the following.
[1] A composition for electroless gold plating on the surface of a silicon semiconductor, containing a gold ion source, a fluorine compound, and acetonitrile.
[2] In [1], the fluorine compound is one or more fluorine compounds selected from the group consisting of hydrofluoric acid, ammonium fluoride, ammonium hydrogen fluoride, hexafluorosilicic acid, and tetrafluoroboric acid. Compositions as described.
[3] A composition for electroless gold plating on the surface of a silicon semiconductor, comprising a gold ion source and hexafluorosilicic acid and/or tetrafluoroboric acid.
[4] The composition according to [3], further comprising acetonitrile.
[5] The composition according to any one of [1] to [4], wherein the silicon semiconductor is silicon, silicon oxide, and/or silicon carbide.
[6] The composition according to any one of [1] to [5], which has a pH of 7 or less.
[7] A method for depositing gold, comprising the step of applying the composition according to any one of [1] to [6] to the surface of a silicon semiconductor.
本発明のシリコン半導体の表面を無電解金めっきするための組成物等により、シリコン半導体の表面で金が析出する速度を減少させることが可能である。これにより、シリコン半導体の表面での金めっきの構造制御を容易にすることができ、所望の析出物の物性等を得ることができる。また、シリコン半導体の表面に適量の金を析出させることができるため、金消費量を抑制でき経済的である。そして、シリコン半導体の表面で金めっきを正確かつ緻密に形成させることにより、背景技術において述べたエッチングへの応用もまた容易にすることができる。さらに、背景技術において述べたアルカリ金属の水酸化物を含む金めっき用組成物を用いる必要がないため、アルカリ金属の残留による半導体特性への悪影響を回避することもできる。 By using the composition for electroless gold plating of the surface of a silicon semiconductor of the present invention, it is possible to reduce the rate at which gold is deposited on the surface of a silicon semiconductor. Thereby, the structure of the gold plating on the surface of the silicon semiconductor can be easily controlled, and desired physical properties of the precipitate can be obtained. Furthermore, since an appropriate amount of gold can be deposited on the surface of the silicon semiconductor, the amount of gold consumed can be suppressed, which is economical. By forming gold plating accurately and densely on the surface of a silicon semiconductor, the application to etching described in the background art can also be facilitated. Furthermore, since it is not necessary to use a gold plating composition containing an alkali metal hydroxide as described in the background art, it is also possible to avoid adverse effects on semiconductor properties due to residual alkali metal.
本明細書において別様に定義されない限り、本明細書で用いる全ての技術用語および科学用語は、当業者が通常理解しているものと同じ意味を有する。本明細書中で参照する全ての特許、出願および他の出版物や情報は、その全体を参照により本明細書に援用する。 Unless otherwise defined herein, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. All patents, applications, and other publications and information referred to herein are incorporated by reference in their entirety.
[シリコン半導体の表面を無電解金めっきするための組成物(1)]
本発明の一側面は、金イオン源、フッ素化合物およびアセトニトリルを含む、シリコン半導体の表面を無電解金めっきするための組成物(以下、「本発明の組成物(1)」と記す場合がある)に関する。
本発明の組成物(1)は、パターンが形成されたシリコン半導体の表面に適用することもできる。本発明者らは、シリコン半導体の表面を無電解金めっきする過程で、フッ化水素酸を含む金めっき用組成物を使用した場合に、シリコン半導体の表面で金が過剰に析出し、パターンの外に金が析出してしまう現象(以下、「パターン外析出」と記す場合がある)を確認した(図1)。本発明の組成物(1)を用いて、シリコン半導体の表面で金が析出する速度を減少させることにより、パターン外析出を抑制することができる。
[Composition (1) for electroless gold plating on the surface of silicon semiconductor]
One aspect of the present invention is a composition for electroless gold plating on the surface of a silicon semiconductor (hereinafter sometimes referred to as "composition (1) of the present invention"), which contains a gold ion source, a fluorine compound, and acetonitrile. ) regarding.
The composition (1) of the present invention can also be applied to the surface of a silicon semiconductor on which a pattern has been formed. The present inventors discovered that when a gold plating composition containing hydrofluoric acid was used in the process of electroless gold plating on the surface of a silicon semiconductor, gold was deposited excessively on the surface of the silicon semiconductor and the pattern was A phenomenon in which gold was deposited outside the pattern (hereinafter sometimes referred to as "outside pattern deposition") was confirmed (Figure 1). By using the composition (1) of the present invention to reduce the rate at which gold is deposited on the surface of a silicon semiconductor, it is possible to suppress out-of-pattern deposition.
本発明において、「金イオン源」は、具体的には、塩化金酸塩等の水溶性金塩を用いることができる。安全性および廃液処理の問題の観点からシアンを含まない金イオン源を用いることが好ましい。金イオン源は、析出物の物性等、特に析出性および経済性の観点から、0.5~25mMの濃度であることが好ましく、1~10mMの濃度であることが特に好ましく、1.5~5mMの濃度であることがさらに好ましい。 In the present invention, the "gold ion source" can specifically be a water-soluble gold salt such as chloroauric acid salt. From the viewpoint of safety and waste disposal issues, it is preferred to use a cyanide-free gold ion source. The gold ion source preferably has a concentration of 0.5 to 25mM, particularly preferably 1 to 10mM, and particularly preferably 1.5 to 10mM, from the viewpoint of the physical properties of the precipitate, especially precipitation properties and economical efficiency. More preferably, the concentration is 5mM.
本発明において、「フッ素化合物」は、フッ化水素酸、フッ化アンモニウム、フッ化水素アンモニウム、ヘキサフルオロケイ酸、およびテトラフルオロホウ酸からなる群から選択される1以上のフッ素化合物である。フッ素化合物は、シリコン半導体の表面の酸化膜が溶解する速度を減少させ、シリコン半導体の表面で金が析出する速度を減少させる観点から、ヘキサフルオロケイ酸および/またはテトラフルオロホウ酸であることが好ましい。フッ素化合物は、析出物の物性等、特に反応性および制御性の観点から、0.1~2.7Mの濃度であることが好ましく、0.5~2.0Mの濃度であることが特に好ましく、0.7~1.2Mの濃度であることがさらに好ましい。 In the present invention, the "fluorine compound" is one or more fluorine compounds selected from the group consisting of hydrofluoric acid, ammonium fluoride, ammonium hydrogen fluoride, hexafluorosilicic acid, and tetrafluoroboric acid. The fluorine compound may be hexafluorosilicic acid and/or tetrafluoroboric acid from the viewpoint of reducing the rate at which the oxide film on the surface of the silicon semiconductor dissolves and the rate at which gold is deposited on the surface of the silicon semiconductor. preferable. The concentration of the fluorine compound is preferably from 0.1 to 2.7 M, particularly preferably from 0.5 to 2.0 M, from the viewpoint of physical properties of the precipitate, particularly reactivity and controllability. , more preferably a concentration of 0.7 to 1.2M.
本発明において、「アセトニトリル」は、金析出速度の抑制および経済性の観点から、0.02~2Mの濃度であることが好ましく、0.2~1.5Mの濃度であることが特に好ましく、0.5~1Mの濃度であることがさらに好ましい。
本発明において、「シリコン半導体」は、シロキサン結合を有する無機ケイ素化合物および/または炭素-ケイ素結合を有する有機ケイ素化合物を含む半導体を指す。シリコン半導体は、析出物の物性等の観点から、シリコン、シリコン酸化物、および/または炭化シリコンであることが好ましい。
In the present invention, "acetonitrile" preferably has a concentration of 0.02 to 2M, particularly preferably 0.2 to 1.5M, from the viewpoint of suppressing the gold precipitation rate and economical efficiency. More preferably, the concentration is between 0.5 and 1M.
In the present invention, "silicon semiconductor" refers to a semiconductor containing an inorganic silicon compound having a siloxane bond and/or an organosilicon compound having a carbon-silicon bond. The silicon semiconductor is preferably silicon, silicon oxide, and/or silicon carbide from the viewpoint of physical properties of precipitates.
本発明において、「無電解金めっき」は、例えば、自己触媒型無電解金めっき方法、下地触媒金めっき方法、および置換金めっき方法による金めっきを指す。自己触媒型電解金めっき方法は、金を触媒とする還元剤により金析出を行う方法である。下地触媒金めっきは、下地金属を触媒として還元剤により金析出を行う方法である。置換金めっきは、被めっき面の下地金属と金イオンおよび/または金イオン錯体との電気的な置換反応により金析出を行う方法である。これらのめっき方法は2種以上を組み合わせて用いることができる。無電解金めっきは、析出物の物性等の観点から、置換金めっき方法であることが好ましい。 In the present invention, "electroless gold plating" refers to gold plating by, for example, an autocatalytic electroless gold plating method, a base catalytic gold plating method, and a displacement gold plating method. The autocatalytic electrolytic gold plating method is a method in which gold is deposited using a reducing agent using gold as a catalyst. Base catalytic gold plating is a method of depositing gold using a reducing agent using a base metal as a catalyst. Displacement gold plating is a method of depositing gold by an electrical displacement reaction between the base metal of the surface to be plated and gold ions and/or gold ion complexes. Two or more of these plating methods can be used in combination. The electroless gold plating is preferably a displacement gold plating method from the viewpoint of the physical properties of the precipitate.
本発明において、「パターン」は、マスクが存在する部分およびマスクが存在しない部分を有する微細な構造を指す。マスクとマスクとの間の間隙の幅は、析出物の物性等の観点から、0.5~20μmであることが好ましく、1~10μmであることが特に好ましい。例えば、パターンはレジストパターンである。
本発明において、「マスク」は、金めっき処理に対する保護膜を指す。マスクが存在する場所においては、金めっき処理が進行せず、マスク下のシリコン半導体の表面は金めっき処理の前後で変化しない。マスクを構成する成分は、金めっき処理時の処理薬品に応じて選択されるものであればよく、特に限定されない。例えば、マスクはレジストである。
本発明の組成物(1)は、該組成物の安定性と析出速度等の観点から、pHが7以下であることが好ましく、4以下であることが特に好ましく、3未満であることがさらに好ましい。
In the present invention, a "pattern" refers to a fine structure having a portion where a mask is present and a portion where a mask is not present. The width of the gap between the masks is preferably 0.5 to 20 μm, particularly preferably 1 to 10 μm, from the viewpoint of the physical properties of the precipitate. For example, the pattern is a resist pattern.
In the present invention, "mask" refers to a protective film against gold plating. Where the mask exists, the gold plating process does not proceed, and the surface of the silicon semiconductor under the mask does not change before and after the gold plating process. The components constituting the mask are not particularly limited as long as they are selected depending on the processing chemicals used during the gold plating process. For example, a mask is a resist.
The composition (1) of the present invention preferably has a pH of 7 or less, particularly preferably 4 or less, and more preferably less than 3 from the viewpoint of stability and precipitation rate of the composition. preferable.
[シリコン半導体の表面を無電解金めっきするための組成物(2)]
本発明の別の側面は、金イオン源およびヘキサフルオロケイ酸および/またはテトラフルオロホウ酸を含む、シリコン半導体の表面を無電解金めっきするための組成物(以下、「本発明の組成物(2)」と記す場合がある)に関する。本発明の組成物(2)は、シリコン半導体の表面で金が析出する速度を減少させる観点から、アセトニトリルをさらに含むことが好ましい。
本発明の組成物(2)は、パターンが形成されたシリコン半導体の表面に適用することもできる。本発明の組成物(2)を用いて、シリコン半導体の表面の酸化膜が溶解する速度を減少させ、シリコン半導体の表面で金が析出する速度を減少させることにより、パターン外析出を抑制することができる。
[Composition (2) for electroless gold plating of silicon semiconductor surfaces]
Another aspect of the present invention relates to a composition for electroless gold plating of a silicon semiconductor surface, comprising a gold ion source and hexafluorosilicic acid and/or tetrafluoroboric acid (hereinafter, sometimes referred to as "composition (2) of the present invention"). From the viewpoint of reducing the rate at which gold is deposited on the silicon semiconductor surface, composition (2) of the present invention preferably further comprises acetonitrile.
The composition (2) of the present invention can also be applied to the surface of a silicon semiconductor on which a pattern is formed. By using the composition (2) of the present invention, the rate at which the oxide film on the surface of the silicon semiconductor dissolves can be reduced, and the rate at which gold deposits on the surface of the silicon semiconductor can be reduced, thereby suppressing deposition outside the pattern.
本発明において、「金イオン源」は、具体的には、塩化金酸塩等の水溶性金塩を用いることができる。安全性および廃液処理の問題の観点からシアンを含まない金イオン源を用いることが好ましい。金イオン源は、析出物の物性等、特に析出性および経済性の観点から、0.5~25mMの濃度であることが好ましく、1~10mMの濃度であることが特に好ましく、1.5~5mMの濃度であることがさらに好ましい。 In the present invention, the "gold ion source" can specifically be a water-soluble gold salt such as chloroauric acid salt. From the viewpoint of safety and waste disposal issues, it is preferred to use a cyanide-free gold ion source. The gold ion source preferably has a concentration of 0.5 to 25mM, particularly preferably 1 to 10mM, and particularly preferably 1.5 to 10mM, from the viewpoint of the physical properties of the precipitate, especially precipitation properties and economical efficiency. More preferably, the concentration is 5mM.
本発明において、「ヘキサフルオロケイ酸」および/または「テトラフルオロホウ酸」は、シリコン半導体の表面の酸化膜が溶解する速度を減少させ、シリコン半導体の表面で金が析出する速度を減少させる観点から、0.1~2.7Mの濃度であることが好ましく、0.5~2.0Mの濃度であることが特に好ましく、0.7~1.2Mの濃度であることがさらに好ましい。
本発明において、「シリコン半導体」は、シロキサン結合を有する無機ケイ素化合物および/または炭素-ケイ素結合を有する有機ケイ素化合物を含む半導体を指す。シリコン半導体は、析出物の物性等の観点から、シリコン、シリコン酸化物、および/または炭化シリコンであることが好ましい。
In the present invention, "hexafluorosilicic acid" and/or "tetrafluoroboric acid" are used to reduce the rate at which an oxide film on the surface of a silicon semiconductor dissolves and to reduce the rate at which gold is deposited on the surface of a silicon semiconductor. Therefore, the concentration is preferably 0.1 to 2.7M, particularly preferably 0.5 to 2.0M, and even more preferably 0.7 to 1.2M.
In the present invention, "silicon semiconductor" refers to a semiconductor containing an inorganic silicon compound having a siloxane bond and/or an organosilicon compound having a carbon-silicon bond. The silicon semiconductor is preferably silicon, silicon oxide, and/or silicon carbide from the viewpoint of physical properties of precipitates.
本発明において、「無電解金めっき」は、例えば、自己触媒型無電解金めっき方法、下地触媒金めっき方法、および置換金めっき方法による金めっきを指す。自己触媒型電解金めっき方法は、金を触媒とする還元剤により金析出を行う方法である。下地触媒金めっきは、下地金属を触媒として還元剤により金析出を行う方法である。置換金めっきは、被めっき面の下地金属と金イオンおよび/または金イオン錯体との電気的な置換反応により金析出を行う方法である。これらのめっき方法は2種以上を組み合わせて用いることができる。無電解金めっきは、析出物の物性等の観点から、置換金めっき方法であることが好ましい。
本発明において、「アセトニトリル」は、金析出速度の抑制および経済性の観点から、0.02~2Mの濃度であることが好ましく、0.2~1.5Mの濃度であることが特に好ましく、0.5~1Mの濃度であることがさらに好ましい。
In the present invention, "electroless gold plating" refers to gold plating by, for example, an autocatalytic electroless gold plating method, a base catalytic gold plating method, and a displacement gold plating method. The autocatalytic electrolytic gold plating method is a method in which gold is deposited using a reducing agent using gold as a catalyst. Base catalytic gold plating is a method of depositing gold using a reducing agent using a base metal as a catalyst. Displacement gold plating is a method of depositing gold by an electrical displacement reaction between the base metal of the surface to be plated and gold ions and/or gold ion complexes. Two or more of these plating methods can be used in combination. The electroless gold plating is preferably a displacement gold plating method from the viewpoint of the physical properties of the precipitate.
In the present invention, "acetonitrile" preferably has a concentration of 0.02 to 2M, particularly preferably 0.2 to 1.5M, from the viewpoint of suppressing the gold precipitation rate and economical efficiency. More preferably, the concentration is between 0.5 and 1M.
本発明において、「パターン」は、マスクが存在する部分およびマスクが存在しない部分を有する微細な構造を指す。マスクとマスクとの間の間隙の幅は、析出物の物性等の観点から、0.5~20μmであることが好ましく、1~10μmであることが特に好ましい。例えば、パターンはレジストパターンである。
本発明において、「マスク」は、金めっき処理に対する保護膜を指す。マスクが存在する場所においては、金めっき処理が進行せず、マスク下のシリコン半導体の表面は金めっき処理の前後で変化しない。マスクを構成する成分は、金めっき処理時の処理薬品に応じて選択されるものであればよく、特に限定されない。例えば、マスクはレジストである。
本発明の組成物(2)は、該組成物の安定性と析出速度等の観点から、pHが7以下であることが好ましく、4以下であることが特に好ましく、3未満であることがさらに好ましい。
In the present invention, the term "pattern" refers to a fine structure having a portion where a mask is present and a portion where a mask is not present. From the viewpoint of the physical properties of the precipitate, the width of the gap between the masks is preferably 0.5 to 20 μm, and particularly preferably 1 to 10 μm. For example, the pattern is a resist pattern.
In the present invention, the "mask" refers to a protective film against gold plating. In the area where the mask is present, the gold plating does not proceed, and the surface of the silicon semiconductor under the mask does not change before and after the gold plating. The components constituting the mask are not particularly limited as long as they are selected according to the processing chemicals used during the gold plating. For example, the mask is a resist.
The composition (2) of the present invention preferably has a pH of 7 or less, particularly preferably 4 or less, and further preferably less than 3, from the viewpoints of the stability and deposition rate of the composition.
[シリコン半導体の表面を無電解金めっきするための組成物(3)]
本発明の別の側面は、金イオン源およびフッ素化合物を含む、パターンが形成されたシリコン半導体の表面を無電解金めっきするための組成物(以下、「本発明の組成物(3)」と記す場合がある)に関する。フッ素化合物は、シリコン半導体の表面の酸化膜が溶解する速度を減少させ、シリコン半導体の表面で金が析出する速度を減少させる観点から、ヘキサフルオロケイ酸および/またはテトラフルオロホウ酸であることが好ましい。本発明の組成物(3)は、シリコン半導体の表面で金が析出する速度を減少させる観点から、アセトニトリルをさらに含むことが好ましい。
[Composition (3) for electroless gold plating on the surface of silicon semiconductor]
Another aspect of the present invention is a composition for electroless gold plating on a patterned silicon semiconductor surface (hereinafter referred to as "composition (3) of the present invention"), which includes a gold ion source and a fluorine compound. ). The fluorine compound may be hexafluorosilicic acid and/or tetrafluoroboric acid from the viewpoint of reducing the rate at which the oxide film on the surface of the silicon semiconductor dissolves and the rate at which gold is deposited on the surface of the silicon semiconductor. preferable. The composition (3) of the present invention preferably further contains acetonitrile from the viewpoint of reducing the rate of gold precipitation on the surface of the silicon semiconductor.
本発明において、「金イオン源」は、具体的には、塩化金酸塩等の水溶性金塩を用いることができる。安全性および廃液処理の問題の観点からシアンを含まない金イオン源を用いることが好ましい。金イオン源は、析出物の物性等、特に析出性および経済性の観点から、0.5~25mMの濃度であることが好ましく、1~10mMの濃度であることが特に好ましく、1.5~5mMの濃度であることがさらに好ましい。 In the present invention, the "gold ion source" can specifically be a water-soluble gold salt such as chloroauric acid salt. From the viewpoint of safety and waste disposal issues, it is preferred to use a cyanide-free gold ion source. The gold ion source preferably has a concentration of 0.5 to 25mM, particularly preferably 1 to 10mM, and particularly preferably 1.5 to 10mM, from the viewpoint of the physical properties of the precipitate, especially precipitation properties and economical efficiency. More preferably, the concentration is 5mM.
本発明において、「フッ素化合物」は、フッ化水素酸、フッ化アンモニウム、フッ化水素アンモニウム、ヘキサフルオロケイ酸、およびテトラフルオロホウ酸からなる群から選択される1以上のフッ素化合物である。フッ素化合物は、シリコン半導体の表面の酸化膜が溶解する速度を減少させ、シリコン半導体の表面で金が析出する速度を減少させる観点から、ヘキサフルオロケイ酸および/またはテトラフルオロホウ酸であることが好ましい。フッ素化合物は、析出物の物性等、特に反応性および制御性の観点から、0.1~2.7Mの濃度であることが好ましく、0.5~2.0Mの濃度であることが特に好ましく、0.7~1.2Mの濃度であることがさらに好ましい。 In the present invention, the "fluorine compound" is one or more fluorine compounds selected from the group consisting of hydrofluoric acid, ammonium fluoride, ammonium hydrogen fluoride, hexafluorosilicic acid, and tetrafluoroboric acid. From the viewpoint of reducing the rate at which the oxide film on the surface of the silicon semiconductor dissolves and reducing the rate at which gold precipitates on the surface of the silicon semiconductor, the fluorine compound is preferably hexafluorosilicic acid and/or tetrafluoroboric acid. From the viewpoint of the physical properties of the precipitate, particularly reactivity and controllability, the fluorine compound is preferably at a concentration of 0.1 to 2.7 M, more preferably at a concentration of 0.5 to 2.0 M, and even more preferably at a concentration of 0.7 to 1.2 M.
本発明において、「パターン」は、マスクが存在する部分およびマスクが存在しない部分を有する微細な構造を指す。マスクとマスクとの間の間隙の幅は、析出物の物性等の観点から、0.5~20μmであることが好ましく、1~10μmであることが特に好ましい。例えば、パターンはレジストパターンである。
本発明において、「マスク」は、金めっき処理に対する保護膜を指す。マスクが存在する場所においては、金めっき処理が進行せず、マスク下のシリコン半導体の表面は金めっき処理の前後で変化しない。マスクを構成する成分は、金めっき処理時の処理薬品に応じて選択されるものであればよく、特に限定されない。例えば、マスクはレジストである。
In the present invention, a "pattern" refers to a fine structure having a portion where a mask is present and a portion where a mask is not present. The width of the gap between the masks is preferably 0.5 to 20 μm, particularly preferably 1 to 10 μm, from the viewpoint of the physical properties of the precipitate. For example, the pattern is a resist pattern.
In the present invention, "mask" refers to a protective film against gold plating. Where the mask exists, the gold plating process does not proceed, and the surface of the silicon semiconductor under the mask does not change before and after the gold plating process. The components constituting the mask are not particularly limited as long as they are selected depending on the processing chemicals used during the gold plating process. For example, a mask is a resist.
本発明において、「シリコン半導体」は、シロキサン結合を有する無機ケイ素化合物および/または炭素-ケイ素結合を有する有機ケイ素化合物を含む半導体を指す。シリコン半導体は、析出物の物性等の観点から、シリコン、シリコン酸化物、および/または炭化シリコンであることが好ましい。
本発明において、「無電解金めっき」は、例えば、自己触媒型無電解金めっき方法、下地触媒金めっき方法、および置換金めっき方法による金めっきを指す。自己触媒型電解金めっき方法は、金を触媒とする還元剤により金析出を行う方法である。下地触媒金めっきは、下地金属を触媒として還元剤により金析出を行う方法である。置換金めっきは、被めっき面の下地金属と金イオンおよび/または金イオン錯体との電気的な置換反応により金析出を行う方法である。これらのめっき方法は2種以上を組み合わせて用いることができる。無電解金めっきは、析出物の物性等の観点から、置換金めっき方法であることが好ましい。
In the present invention, "silicon semiconductor" refers to a semiconductor containing an inorganic silicon compound having a siloxane bond and/or an organosilicon compound having a carbon-silicon bond. The silicon semiconductor is preferably silicon, silicon oxide, and/or silicon carbide from the viewpoint of physical properties of precipitates.
In the present invention, "electroless gold plating" refers to gold plating by, for example, an autocatalytic electroless gold plating method, a base catalytic gold plating method, and a displacement gold plating method. The autocatalytic electrolytic gold plating method is a method in which gold is deposited using a reducing agent using gold as a catalyst. Base catalytic gold plating is a method of depositing gold using a reducing agent using a base metal as a catalyst. Displacement gold plating is a method of depositing gold by an electrical displacement reaction between the base metal of the surface to be plated and gold ions and/or gold ion complexes. Two or more of these plating methods can be used in combination. The electroless gold plating is preferably a displacement gold plating method from the viewpoint of the physical properties of the precipitate.
本発明において、「アセトニトリル」は、金析出速度の抑制および経済性の観点から、0.02~2Mの濃度であることが好ましく、0.2~1.5Mの濃度であることが特に好ましく、0.5~1Mの濃度であることがさらに好ましい。
本発明の組成物(3)は、該組成物の安定性と析出速度等の観点から、pHが7以下であることが好ましく、4以下であることが特に好ましく、3未満であることがさらに好ましい。
In the present invention, "acetonitrile" preferably has a concentration of 0.02 to 2M, particularly preferably 0.2 to 1.5M, from the viewpoint of suppressing the gold precipitation rate and economical efficiency. More preferably, the concentration is between 0.5 and 1M.
The composition (3) of the present invention preferably has a pH of 7 or less, particularly preferably 4 or less, and more preferably less than 3 from the viewpoint of stability and precipitation rate of the composition. preferable.
[金を析出させる方法]
本発明の別の側面は、本発明の組成物(1)~(3)のいずれかをシリコン半導体の表面に適用する工程を含む、金を析出させる方法(以下、「本発明の方法」と記す場合がある)に関する。
前記工程における本発明の組成物(1)~(3)のいずれかの使用温度は、析出速度の観点から、10~50℃が好ましく、15~30℃がより好ましい。
前記工程における本発明の組成物(1)~(3)のいずれかの使用量は、シリコン半導体の表面に適用するのに充分な量であればよく、特に限定されない。例えば、該使用量は、シリコン半導体の表面を浸漬するのに充分な量である。
前記工程は、静置条件下で行ってもよく、または、撹拌条件下で行ってもよい。撹拌条件は、特に限定されないが、析出速度の観点から、50~1500rpmが好ましく、100~1000rpmがより好ましい。
前記工程の時間は、特に限定されないが、析出速度の観点から、15秒~10分間が好ましく、30秒~5分間がより好ましい。
[Method of depositing gold]
Another aspect of the present invention is a method for depositing gold (hereinafter referred to as "the method of the present invention"), which includes the step of applying any of the compositions (1) to (3) of the present invention to the surface of a silicon semiconductor. ).
The temperature at which any of the compositions (1) to (3) of the present invention is used in the above step is preferably 10 to 50°C, more preferably 15 to 30°C, from the viewpoint of precipitation rate.
The amount of any of the compositions (1) to (3) of the present invention used in the above step is not particularly limited as long as it is an amount sufficient to be applied to the surface of a silicon semiconductor. For example, the amount used is sufficient to immerse the surface of a silicon semiconductor.
The step may be performed under static conditions or under stirring conditions. Stirring conditions are not particularly limited, but from the viewpoint of precipitation rate, 50 to 1500 rpm is preferable, and 100 to 1000 rpm is more preferable.
The time for the step is not particularly limited, but from the viewpoint of precipitation rate, it is preferably 15 seconds to 10 minutes, more preferably 30 seconds to 5 minutes.
例1 シリコン半導体の表面で金が析出する速度を減少させる効果
パターンが形成されていないシリコン基板(n-Si (100) Low <0.02Ωcm、株式会社ニラコ)を0.5cm×1cmの大きさにカットした。実施例1(テトラクロロ金(III)酸3mM、フッ化水素酸1M、アセトニトリル1M、pH2~3)、実施例2(テトラクロロ金(III)酸3mM、ヘキサフルオロケイ酸1M、pH<1)、実施例3(テトラクロロ金(III)酸3mM、ヘキサフルオロケイ酸1M、アセトニトリル1M、pH<1)、および比較例(テトラクロロ金(III)酸3mM、フッ化水素酸1M、pH2~3)の各組成物(0.1L)に室温(25℃)でシリコン基板を静置条件下1分間浸漬し、金を析出させた。その後、シリコン基板を10秒間リンス(純水によるオーバーフロー)し窒素ブローで乾燥させた。蛍光X線膜厚計(FT9500X、日立ハイテクサイエンス)でシリコン基板上に析出した金の蛍光X線強度を測定することにより(測定時間:30秒、励起電圧:45kV、管電流:1000μA、測定元素:金、分析線:Lα、ROI(蛍光X線強度を求めるエネルギー範囲):9.52~9.89keV)、シリコン基板上に析出した金の量を評価した。
Example 1 Effect of Reducing the Rate of Gold Deposition on the Surface of a Silicon Semiconductor A silicon substrate (n-Si (100) Low <0.02 Ωcm, Nilaco Corporation) on which no pattern was formed was cut to a size of 0.5 cm x 1 cm. The silicon substrate was immersed in each composition (0.1 L) of Example 1 (3 mM tetrachloroauric (III) acid, 1 M hydrofluoric acid, 1 M acetonitrile, pH 2-3), Example 2 (3 mM tetrachloroauric (III) acid, 1 M hexafluorosilicic acid, pH <1), Example 3 (3 mM tetrachloroauric (III) acid, 1 M hexafluorosilicic acid, 1 M acetonitrile, pH <1), and Comparative Example (3 mM tetrachloroauric (III) acid, 1 M hydrofluoric acid, pH 2-3) at room temperature (25°C) for 1 minute under stationary conditions, and gold was deposited. Thereafter, the silicon substrate was rinsed for 10 seconds (overflowing with pure water) and dried by nitrogen blowing. The amount of gold deposited on the silicon substrate was evaluated by measuring the fluorescent X-ray intensity of the gold deposited on the silicon substrate using a fluorescent X-ray thickness meter (FT9500X, Hitachi High-Tech Science) (measurement time: 30 seconds, excitation voltage: 45 kV, tube current: 1000 μA, measured element: gold, analysis line: Lα, ROI (energy range for determining fluorescent X-ray intensity): 9.52 to 9.89 keV).
その結果、比較例の蛍光X線強度の値(246cps)に対して、実施例1~3の蛍光X線強度の値(232、222、227cps)は低いことが確認された。以上の結果を表1にまとめる。なお、蛍光X線強度の値は5回測定の平均値である。
よって、フッ化水素酸を含む金めっき用組成物にアセトニトリルを加えることによって、シリコン基板上で金が析出する速度を減少させることがわかった。また、フッ素化合物としてフッ化水素酸ではなくヘキサフルオロケイ酸を用いることによっても、シリコンシリコン基板上で金が析出する速度を減少させることがわかった。さらに、ヘキサフルオロケイ酸およびアセトニトリルを組み合せて用いることによっても、シリコン基板上で金が析出する速度を減少させることがわかった。
なお、実施例1および3の各組成物において、上記の検討とは別に、アセトニトリルをその他の有機溶剤(極性溶媒:イソプロパノール、ジエチレングリコール、メタノール、エチレングリコール、グリセリン、水、N-メチル-2-ピロリジノン、1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノン、ジメチルスルホキシド)と置き換えた検討も行ったが、いずれの有機溶剤についても金めっき用組成物の安定性を低下させるため実用的ではなかった。また、無極性溶媒は水への溶解度が低く、金めっき用組成物と混ざり合わないため実用的ではなかった。
上記結果から、アセトニトリルおよび/またはフッ素化合物としてヘキサフルオロケイ酸を用いることによって、シリコン半導体の表面で金が析出する速度を減少させることにより、シリコン半導体の表面での金めっきの構造制御を容易にすることができると考えられる。
Therefore, it has been found that adding acetonitrile to a gold plating composition containing hydrofluoric acid reduces the rate at which gold is deposited on a silicon substrate. It has also been found that using hexafluorosilicic acid instead of hydrofluoric acid as the fluorine compound also reduces the rate of gold precipitation on the silicon substrate. Additionally, the combination of hexafluorosilicic acid and acetonitrile was also found to reduce the rate of gold deposition on silicon substrates.
In addition, in each composition of Examples 1 and 3, apart from the above consideration, acetonitrile was mixed with other organic solvents (polar solvents: isopropanol, diethylene glycol, methanol, ethylene glycol, glycerin, water, N-methyl-2-pyrrolidinone). , 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, and dimethyl sulfoxide), but these organic solvents were not practical because they lowered the stability of the gold plating composition. In addition, nonpolar solvents have low solubility in water and do not mix with gold plating compositions, making them impractical.
From the above results, by using acetonitrile and/or hexafluorosilicic acid as a fluorine compound, it is possible to easily control the structure of gold plating on the surface of silicon semiconductors by reducing the rate of gold precipitation on the surface of silicon semiconductors. It is thought that it is possible to do so.
例2 アセトニトリルによるパターン外析出の抑制効果
L/S=1μm/1μmのレジストパターン(OFPR-800LB、膜厚約1.8μm、東京応化工業株式会社)が形成されたシリコン基板(n-Si (100) Low <0.02Ωcm、株式会社ニラコ)を0.5cm×1cmの大きさにカットした。実施例4(テトラクロロ金(III)酸3mM、フッ化水素酸1M、アセトニトリル1M、pH2~3)、実施例5(テトラクロロ金(III)酸3mM、ヘキサフルオロケイ酸1M、アセトニトリル1M、pH<1)、および比較例(テトラクロロ金(III)酸3mM、フッ化水素酸1M、pH2~3)の各組成物(0.1L)に室温(25℃)で撹拌(100rpm)しながらシリコン基板を2分間浸漬し、金を析出させた。その後、シリコン基板を10秒間リンス(純水によるオーバーフロー)し窒素ブローで乾燥させた。電界放出形走査電子顕微鏡(Regulus8230、日立ハイテクノロジーズ)でシリコン基板の表面を観察し、パターン外析出の有無を確認した。
Example 2: Inhibition effect of deposition outside the pattern by acetonitrile A silicon substrate (n-Si (100) Low <0.02 Ωcm, Nilaco Corporation) on which a resist pattern (OFPR-800LB, film thickness about 1.8 μm, Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) with L/S=1 μm/1 μm was formed was cut to a size of 0.5 cm x 1 cm. The silicon substrate was immersed in each composition (0.1 L) of Example 4 (tetrachloroauric (III) acid 3 mM, hydrofluoric acid 1 M, acetonitrile 1 M, pH 2-3), Example 5 (tetrachloroauric (III) acid 3 mM, hexafluorosilicic acid 1 M, acetonitrile 1 M, pH <1), and Comparative Example (tetrachloroauric (III) acid 3 mM, hydrofluoric acid 1 M, pH 2-3) at room temperature (25° C.) while stirring (100 rpm) for 2 minutes to precipitate gold. The silicon substrate was then rinsed for 10 seconds (overflowing with pure water) and dried by nitrogen blowing. The surface of the silicon substrate was observed with a field emission scanning electron microscope (Regulus8230, Hitachi High-Technologies) to confirm the presence or absence of deposition outside the pattern.
その結果、パターン外析出は比較例では多量に確認されたが、実施例4では少量のみ確認され、実施例5では極少量のみ確認された。また、実施例4および5および比較例のいずれについても、シリコン基板上に金を多量に析出させ、金の析出が阻害されないことが確認された。以上の結果を表2にまとめる。
よって、フッ化水素酸を含む金めっき用組成物にアセトニトリルを加えることによって、パターン外析出を抑制できることがわかった。また、該組成物においてフッ素化合物としてフッ化水素酸ではなくヘキサフルオロケイ酸を用いることによって、さらにパターン外析出を抑制できることもわかった。
なお、上記の検討とは別に、アセトニトリルをその他の有機溶剤(極性溶媒:イソプロパノール、ジエチレングリコール、メタノール、エチレングリコール、グリセリン、水、N-メチル-2-ピロリジノン、1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノン、ジメチルスルホキシド)と置き換えた検討も行ったが、いずれの有機溶剤についても金めっき用組成物の安定性を低下させるため実用的ではなかった。また、無極性溶媒は水への溶解度が低く、金めっき用組成物と混ざり合わないため実用的ではなかった。
上記結果から、アセトニトリルを用いることによって、シリコン半導体の表面で金が析出する速度を減少させることにより、シリコン半導体の表面での金めっきの構造制御を容易にすることができると考えられる。
Therefore, it has been found that by adding acetonitrile to a gold plating composition containing hydrofluoric acid, it is possible to suppress precipitation outside the pattern. It was also found that by using hexafluorosilicic acid instead of hydrofluoric acid as the fluorine compound in the composition, it was possible to further suppress precipitation outside the pattern.
In addition, apart from the above consideration, acetonitrile can be used with other organic solvents (polar solvents: isopropanol, diethylene glycol, methanol, ethylene glycol, glycerin, water, N-methyl-2-pyrrolidinone, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone). A study was also conducted to replace the organic solvents with organic solvents (Non, dimethyl sulfoxide), but these were not practical as they lowered the stability of the gold plating composition. In addition, nonpolar solvents have low solubility in water and do not mix with gold plating compositions, making them impractical.
From the above results, it is considered that by using acetonitrile, the rate at which gold is deposited on the surface of the silicon semiconductor can be reduced, thereby making it easier to control the structure of gold plating on the surface of the silicon semiconductor.
例3 ヘキサフルオロケイ酸および/またはテトラフルオロホウ酸によるパターン外析出の抑制効果
L/S=1μm/1μmのレジストパターン(OFPR-800LB、膜厚約1.8μm、東京応化工業株式会社)が形成されたシリコン基板(n-Si (100) Low <0.02Ωcm、株式会社ニラコ)を0.5cm×1cmの大きさにカットした。実施例6(テトラクロロ金(III)酸3mM、ヘキサフルオロケイ酸1M、pH<1)、実施例7(テトラクロロ金(III)酸3mM、テトラフルオロホウ酸1M、pH<1)、実施例8(テトラクロロ金(III)酸3mM、ヘキサフルオロケイ酸1M、テトラフルオロホウ酸1M、pH<1)、および比較例(テトラクロロ金(III)酸3mM、フッ化水素酸1M、pH2~3)の各組成物(0.1L)に室温(25℃)で撹拌(100rpm)しながらシリコン基板を2分間浸漬し、金を析出させた。その後、シリコン基板を10秒間リンス(純水によるオーバーフロー)し窒素ブローで乾燥させた。電界放出形走査電子顕微鏡(Regulus8230、日立ハイテクノロジーズ)でシリコン基板の表面を観察し、パターン外析出の有無を確認した。
Example 3 Effect of suppressing extra-pattern precipitation by hexafluorosilicic acid and/or tetrafluoroboric acid A resist pattern (OFPR-800LB, film thickness approximately 1.8 μm, Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) with L/S = 1 μm/1 μm is formed. The prepared silicon substrate (n-Si (100) Low <0.02 Ωcm, Nilaco Co., Ltd.) was cut into a size of 0.5 cm×1 cm. Example 6 (Tetrachloroauric acid (III) acid 3mM, hexafluorosilicic acid 1M, pH < 1), Example 7 (Tetrachloroauric acid (III) acid 3mM, Tetrafluoroboric acid 1M, pH < 1), Example 8 (tetrachloroauric(III) acid 3mM, hexafluorosilicic acid 1M, tetrafluoroboric acid 1M, pH < 1), and comparative example (tetrachloroauric(III) acid 3mM, hydrofluoric acid 1M, pH 2-3). ) The silicon substrate was immersed in each composition (0.1 L) for 2 minutes at room temperature (25° C.) with stirring (100 rpm) to deposit gold. Thereafter, the silicon substrate was rinsed for 10 seconds (overflow with pure water) and dried with nitrogen blow. The surface of the silicon substrate was observed using a field emission scanning electron microscope (Regulus 8230, Hitachi High Technologies) to confirm the presence or absence of precipitation outside the pattern.
その結果、パターン外析出は比較例では多量に確認されたが、実施例6では少量のみ確認され、実施例7では確認されず、実施例8では少量のみ確認された。また、実施例6および7および比較例のいずれについても、シリコン基板上に金を多量に析出させ、金の析出が阻害されないことが確認されたが、実施例7についてはシリコン基板上に析出した金は少量であった。以上の結果を表3にまとめる。
よって、フッ素化合物としてフッ化水素酸ではなくヘキサフルオロケイ酸またはテトラフルオロホウ酸を用いることによって、金めっき用組成物によるパターン外析出を抑制できることがわかった。また、フッ素化合物としてフッ化水素酸ではなくヘキサフルオロケイ酸およびテトラフルオロホウ酸の組み合わせを用いることによって、金めっき用組成物によるパターン外析出を抑制できることもわかった。
上記結果から、フッ素化合物としてヘキサフルオロケイ酸および/またはテトラフルオロホウ酸を用いることによって、シリコン半導体の表面の酸化膜が溶解する速度を減少させ、シリコン半導体の表面で金が析出する速度を減少させることにより、シリコン半導体の表面での金めっきの構造制御を容易にすることができると考えられる。
Therefore, it has been found that by using hexafluorosilicic acid or tetrafluoroboric acid instead of hydrofluoric acid as the fluorine compound, it is possible to suppress precipitation outside the pattern caused by the gold plating composition. It was also found that by using a combination of hexafluorosilicic acid and tetrafluoroboric acid instead of hydrofluoric acid as the fluorine compound, it was possible to suppress precipitation outside the pattern caused by the gold plating composition.
From the above results, by using hexafluorosilicic acid and/or tetrafluoroboric acid as a fluorine compound, the rate at which the oxide film on the surface of the silicon semiconductor dissolves is reduced, and the rate at which gold is deposited on the surface of the silicon semiconductor is reduced. It is thought that by doing so, it is possible to easily control the structure of gold plating on the surface of a silicon semiconductor.
本明細書に記載された本発明の種々の特徴は様々に組み合わせることができ、そのような組み合せにより得られる態様は、本明細書に具体的に記載されていない組み合せも含め、すべて本発明の範囲内である。また、当業者は、本発明の精神から逸脱しない多数の様々な改変が可能であることを理解しており、かかる改変を含む均等物も本発明の範囲に含まれる。したがって、本明細書に記載された態様は例示にすぎず、これらが本発明の範囲を制限する意図をもって記載されたものではないことを理解すべきである。
The various features of the present invention described in this specification can be combined in various ways, and all aspects obtained by such combinations, including combinations not specifically described in this specification, are all aspects of the present invention. Within range. Those skilled in the art will also appreciate that many different modifications can be made without departing from the spirit of the invention, and equivalents containing such modifications are also included within the scope of the invention. Accordingly, it should be understood that the embodiments described herein are illustrative only and are not intended to limit the scope of the invention.
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