Способ химического никелирования неметаллических материалов

 

Изобретение относится к получению полупроводниковых элементов электрических схем, а именно к химическому никелированию поверхности кремния. Цель изобретения - улучшение качества покрытия. Способ включает никелирование из раствора, содержащего соль никеля и гипофосфит, и проводимое в СВЧ электромагнитном поле частотой 109-1010 Гц при средней плотности , мощности поглощаемой нагрузкой 0,016 Вт/см3. Проведение процесса никелирования в СВЧ поле позволяет улучшить качество покрытия и увеличить выход годных изделий за счет улучшения контакта и вольт-амперных характеристик. у Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 С 23 С 18/32, 16/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4484540/02 (22) 20.09,88 (46) 30,11,91. Бюл, ¹ 44 (71) Северо-Осетинский государственный университет им, К.Л.Хетагурова (72) Н.В.Сиукаев, Д,Х,Лагкуев, В.А.Фидаров и Э.M.TåáèåB (53) 621,793.3:669.248(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР № 186246, кл. С 23 С 18/32, 1965, Патент Великобритании N 1273012, кл. С 23 С 3/02, 1972.

Вишенков С.А. Химические и электрохимические способы осаждения металлопокрытий. M.: Машиностроение, 1975, с. 285.

Изобретение относится к получению полупроводниковых элементов электрических схем, а именно к химическому никелированию поверхности кремния.

Цель изобретения — обеспечение возможности получения качественных покрытий на кремнии.

Процесс химического никелирования кремния ведут из раствора, содержащего соль никеля и гипофосфит, в сверхвысокочастотном (СВЧ) электромагнитном поле частоты 1.10 — 1,1С» Гц при средней плотности

10 поглощенной нагрузкой мощности излучения 0,016 Вт/см . .СВЧ электромагнитное поле разогревает раствор никелирования до 95-100 С (кипение) за счет вихревых токов, возникающих в растворе и в кремниевой пластинке.

„„!Ж„„1694694 А1 (54) СПОСОБ ХИМИЧЕСКОГО НИКЕЛИРОВАНИЯ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ (57) Изобретение относится к получению полупроводниковых элементов электрических схем, а именно к химическому никелированию поверхности кремния. Цель изобретения — улучшение качества покрытия, Способ включает никелирование из раствора, содержащего соль никеля и гипофосфит, и проводимое в СВЧ электромагнитном поле частотой 10 -10 Гц при средней плотности, мощности поглощаемой нагрузкой

0,016 Вт/см . Проведение процесса никелирования в СВЧ поле позволяет улучшить качество покрытия и увеличить выход годных иэделий за счет улучшения контакта и вольт-амперных характеристик.

° ей

При этом, одновременно с нагревом. СВЧ О электромагнитное поле интенсивно перемешивает раствор никелирования, состав его выравнивается (раствор многокомпонентный) и в течение всего процесса никелиро- Ch вания сохраняется строго однородным по © всему объему, исключаются условия образо-,ф вания микронеоднородностей в растворе, пассивирующих поверхность кремния, В результате кремниевая пластина равномерно

° В покрывается раствором никелирования, а на ее поверхности осаждается равномерный слой никеля требуемой толщины.

Благодаря интенсивному перемешиванию, обусловленного кулоновским взаимодействием СВЧ-поля с диссоциированными заряженными комплексами раствора-электролита, выделяющийся в процессе никели1694694 рования газообразный водород эффективно улетучивается иэ раствора и не мешает плотному и равномерному осаждению никелевого покрытия на поверхности кремния.

Эффективность положительного действия СВЧ-электромагнитного поля проявляется также в том, что поверхность кремния делается активированной для химического нанесения никелевого покрытия, легче очищается от возможных следов и окислов и других адсорбированных загрязнений, таких как органические; чужеродные атомы и ионы кислорода, углерода, железа, натрия, кальция и др. Наличие перечисленных загрязнений на поверхности кремния в определенной степени пассивируют ее и мешают прочному сцеплению никеля с кремнием, Опробование изобретения проводили на серийно выпускаемых промышленностью диодах типа КД-411 М (высоковольтный кремниевый диод).

Пример 1. Приготавливают раствор для никелирования в химической посуде состава:

Хлористый никель 800 г/10 r HzO

Гипофосфит натрия 50 г/10 л Н20

Лимонная кислота 600 г/10 л Н20

Хлористый аммоний 500 г/10 л Н20

Этот состав раствора хорошо известен и широко используется в производстве кремниевых силовых приборов (диодов и др.), Затем отмеряют требуемое количество готового раствора и переливают в химическую посуду, После чего в раствор отпускают партию предварительно подготовленных для никелирования кремниевых пластин (при этом необходимо, чтобы раствор покрывал обрабатываемые пластины).

Далее, емкость с раствором и кремниевыми пластинами помещают в камеру сверхвысокочастотной электронной печи или индуктор СВЧ-генератора, обеспечивающие частоту электромагнитного поля в рабочем объеме 10 Гц и среднюю плотность мощности излучения 0,016 Вт/см .

СВЧ-электромагнитное поле возбуждает в объеме раствора и в самих кремниевых пластинах выхревые токи. Под действием этих токов раствор через 2 — 3 мин доводится до кипения. В этот момент в него добавляют гидроокись аммония и доводят рН раствора до 8 — 9 и поддерживают на этом уровне до окончания процесса никелирования. Процесс первичного никелирования длится 2—

3 мин. Затем проводят термообработку кремниевых пластин с никелевым покрыти55 течение 25 мин, Качественное покрытие не было получено, Экспериментально установлено, что осуществление химического никелирования кремния в СВЧ-электромагнитном поле в интервале частот 1.10 -1.10 Гц обеспечило

50 ем (технологическая операция "вжигание") при 650 С (оптимальный интервал 400—

700"С) и времени 10 мин. После "вжигания" осуществляют вторичное никелирование.

Для чего кремниевые пластины с вожженным никелевым покрытием предварительно обрабатывают в кипящий азотной кислоте в течение 1 мин, а затем после промывки, а затем после промывки в деионизованной воде, снова возвращают в раствор химического никелирования для образования окончательно требуемой толщины никелевого покрытия /2 мкм/. Вторичное никелирование также проводят в кипящем растворе в

СВЧ электромагнитном поле той же частоты, что и при первичном никелировании.

Показатель водорода рН раствора 8-9 и поддерживается на этом уровне. до окончания процесса никелирования. Процесс вторичного никелирования длится 3 — 4 мин. За это время на поверхность кремниевых пластин осаждается равномерное никелевое покрытие, плотно сцепленное с основой (кремнием).

Пример 2. Приготавливают раствор для химического никелирования па примеру "°

Далее емкость с раствором и кремниевыми пластинами помещают в камеру

СВЧ-электронной печи или индуктор СВЧгенератора, обеспечивающие частоту электромагнитного поля в рабочем объеме

10 Гц и среднюю плотность мощности из1а лучения 0,016 Вт/см .

СВЧ-поле ваздуждает в объеме раствора и в кремниевых пластинах вихревые токи, Под действием этих токов раствор через 2 — 3 мин доводится до кипения. В этот момент в нега добавляют гидроокись аммония и доводят рН до 8 — 9 и поддерживают на этом уровне до окончания процесса вторичного никелирования. Далее технологический процесс осуществляется аналогично примеру 1, Пример 3. Приготавливают раствор для химического никелирования по примеру

1. Кварцевую емкость требуемого объема с раствором для химического никелирования и с помещенной в него партией и из четырех пластин кремния устанавливают в рабочий индуктор ВЧ генератора мощностью 8 кВт и подогнанной частотой 250 кГц. После включения генератор выводят на режим и проводят процесс химического никелирования в

1694694

Составитель Н. Ершов

Редактор Е. Зубиетова Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор В. Гирняк

Заказ 4132 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно- издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101

1 вает достижение поставленной цели, а именно, никелевое покрытие осаждается равномерно и прочно сцеплено с основой— кремниевой поверхностью, - Осуществление химического никели- 5 рования в поле частотой менее 10 Гц не эффективно. Это связано с тем, что электрическое сопротивление раствора никелирования оказывается большим (нагрузка высокоомная), и поэтому она плохо воспри- 10 нимает мощность электромагнитного излучения, Возбуждаемые "вихревые токи" настолько малы, что они не вызывают заметного разогрева раствора никелирования, Использование для осущес..вления хи- 15 мического никелирования излучения частотой более 10 Гц не целесообразно, Это связано с тем, что увеличение частоты ведет к тому, что глубина проникновения энергии излучения уменьшается и разогрев нагруз- 20 ки происходит неравномерно, состав раствора остается неоднородным в результате, если никелевое покрытие и осаждается, оно получается неравномерным, и не обеспечивается достижение цели.

Оценка качества никелевого покрытия по проценту выхода годных изделий, изготовленных из кремниевых пластин с нанесенными на них никелевым покрытием по контакту и по вольт-амперным характеристикам, подтвердила высокое качество покрытия, Формула изобретения

Способ химического никелирования неметаллических материалов, заключающийся в том, что осаждение ведут из раствора, содержащего соль никеля и гипофосфит,при наложении электромагнитного поля, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью обеспечения возможности получения качественных покрытий на кремнии, электромагнитное поле накладывают частотой 10 — 10 Гц при средней плотности поглощаемой нагрузкой мощности излучения 0,016 Вт/см, !