Раствор для формирования металлической пленки и способ формирования металлической пленки



Раствор для формирования металлической пленки и способ формирования металлической пленки
Раствор для формирования металлической пленки и способ формирования металлической пленки
Раствор для формирования металлической пленки и способ формирования металлической пленки
Раствор для формирования металлической пленки и способ формирования металлической пленки
Раствор для формирования металлической пленки и способ формирования металлической пленки

 


Владельцы патента RU 2614655:

ТОЙОТА ДЗИДОСЯ КАБУСИКИ КАЙСЯ (JP)

Предложен раствор для формирования металлической пленки для подачи ионов металлов на мембрану из твердого электролита при формировании пленки. При этом при формировании пленки мембрана из твердого электролита расположена между анодом и подложкой в качестве катода, и мембрана из твердого электролита приведена в контакт с подложкой, и между анодом и подложкой подают напряжение для осаждения металла на поверхности подложки из металлических ионов, содержащихся в мембране из твердого электролита, при этом на поверхности подложки формируется металлическая пленка из металла. Раствор для формирования металлической пленки содержит растворитель и металл, растворенный в растворителе до ионного состояния. Концентрация ионов водорода пленкообразующего металла находится в пределах диапазона от 0 до 10-7,85 моль/л при 25°C. Растворитель представляет собой спиртовой растворитель, содержащий, по меньшей мере, один компонент, выбранный из метанола, этанола и пропанола, либо растворитель, содержащий этот спиртовой растворитель и воду. Изобретение обеспечивает раствор для формирование металлической пленки, в котором подавлено генерирование газообразного водорода между мембраной из твердого электролита и подложкой. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Область техники

[0001] Настоящее изобретение относится к раствору для формирования металлической пленки для формирования пленки из никеля и способу формирования металлической пленки для формирования металлической пленки с использованием раствора для формирования металлической пленки. Более конкретно, изобретение относится к раствору для формирования металлической пленки, пригодному для формирования металлической пленки на поверхности подложки из твердого электролита путем приведения мембраны из твердого электролита в контакт с подложкой, а также к способу формирования металлической пленки с целью формирования металлической пленки с использованием раствора для формирования металлической пленки (пленкообразующего металлического раствора).

2. Описание предшествующего уровня техники

[0002] В процессе производства подложки электронной схемы и т.п., на поверхности подложки обычно формируют никелевую пленку, чтобы сформировать никелевый рисунок схемы. Предлагаемые технологии формирования таких металлических пленок включают в себя технологию формирования на поверхности полупроводниковой подложки из кремния (Si) и т.п. металлической пленки путем осаждения, например, химического осаждения (см., например, публикацию японской патентной заявки №20 2010-037622 (JP 2010-037622 A)), и технологию формирования металлической пленки путем физического осаждения из паровой фазы (PVD), например, распылением.

[0003] Однако покрытие металлом, такое как нанесение покрытия химическим путем, вызывает необходимость водной очистки подложки после осаждения, а также необходимость обработки жидких отходов, образующихся после жидкой водной очистки. При формировании пленки на поверхности подложки путем PVD, например, распылением, в образовавшейся металлической пленке возникают внутренние напряжения. Это накладывает ограничение на увеличение толщины пленки. В частности, когда используется распыление, пленка может образоваться только под высоким вакуумом.

[0004] В связи с этим предложен, например, аппарат для формирования пленки, показанный на фиг. 4, включающий в себя, по меньшей мере, анод 11, мембрану 13 из твердого электролита и источник электропитания (не показан) (см. например, WO 2013/125643). Анод 11 выполнен из пористого материала. Мембрана 13 из твердого электролита расположена между анодом 11 и подложкой В, которая является катодом, при этом водный раствор, содержащий ионы металлов, контактирует с обращенной к аноду 11 стороной мембраны 13 из твердого электролита. Источник электропитания подключен для подачи напряжения между анодом 11 и подложкой В.

[0005] Корпус 15 аппарата для формирования пленки имеет резервуар 19, в котором находится водный раствор, содержащий ионы металлов. Анод 11 и мембрана 13 из твердого электролита расположены таким образом, что водный раствор, содержащий ионы металлов и наполняющий резервуар 19, может поступать к мембране 13 из твердого электролита через анод 11.

[0006] С помощью вышеописанного аппарата для формирования пленки на поверхности подложки В формируется металлическая пленка F, выполненная из металла. В частности, металлическая пленка F образуется на поверхности подложки В, когда источник электропитания подает напряжение между анодом 11 и подложкой В, т.е. металл осаждают на поверхности подложки В из металлических ионов, содержащихся в мембране 13 из твердого электролита.

[0007] Однако, когда используется технология, описанная в WO 2013/125643, то между мембраной 13 из твердого электролита и подложкой В, может генерироваться газообразный водород, и, таким образом, образовавшийся газообразный водород может накапливаться между мембраной 13 из твердого электролита и подложкой В. Накопившийся газообразный водород остается, как показано на фиг. 4, в виде пузырьков между мембраной 13 из твердого электролита и подложкой В, приведенной в контакт с мембраной 13 из твердого электролита, под давлением. Таким образом, в местах, где образовались пузырьки газообразного водорода, могут создаваться препятствия для осаждения металла. В результате, в металлической пленке F образуются непокрытые осаждениями участки (пустоты), где не произошло осаждения металла, и такие пустоты делают металлическую пленку F неоднородной.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0008] Настоящее изобретение предлагает раствор для формирования металлической пленки, в котором подавлено генерирование газообразного водорода между мембраной из твердого электролита и подложкой, находящимися в контакте друг с другом, а также способ формирования металлической пленки для формирования металлической пленки с использованием этого раствора для формирования металлической пленки.

[0009] В результате серьезных исследований авторы настоящего изобретения предположили, что когда растворитель, в котором растворен металл в ионном состоянии, представляет собой воду, ионы водорода (свободный водород), присутствующие из-за самоионизации воды, восстанавливаются, металл осаждается на поверхности подложки, которая служит в качестве катода, в результате чего генерируется газообразный водород. На основе этого предположения, авторы настоящего изобретения получили новое понимание, заключающееся в том, что использование растворителя, имеющего более низкую концентрацию ионов водорода, чем у воды, позволяет более надежно подавлять генерирование газообразного водорода, чем в случае, когда в качестве растворителя используется вода.

[0010] Изобретение сделано на основе этого нового понимания, полученного изобретателями настоящего изобретения. Первый объект изобретения относится к раствору для формирования металлической пленки для подачи ионов металлов к мембране из твердого электролита при формировании пленки, когда мембрана из твердого электролита расположена между анодом и подложкой, являющейся катодом, и мембрана из твердого электролита приведена в контакт с подложкой, и между анодом и подложкой подается напряжение для осаждения на поверхности подложки металла из ионов металла, содержащихся в мембране из твердого электролита, с целью формирования металлической пленки из металла на поверхности подложки. Раствор для формирования металлической пленки содержит растворитель и металл, растворенный в растворителе в ионном состоянии; а концентрация ионов водорода в растворе для формирования металлической пленки находится в пределах диапазона от 0 до 10-7,85 моль/л при 25°C.

[0011] В соответствии с первым объектом настоящего изобретения, общее количество ионов водорода (протонов), которые перемещаются со стороны анода к стороне катода мембраны из твердого электролита уменьшается путем поддержания концентрации ионов водорода раствора для формирования металлической пленки в рамках вышеописанного диапазона. Таким образом, можно воспрепятствовать генерированию газообразного водорода между мембраной из твердого электролита и подложкой, находящихся в контакте друг с другом.

[0012] Концентрация ионов водорода 0 моль/л означает, что раствор для формирования металлической пленки не содержит ионов водорода, а верхнее предельное значение концентрации ионов водорода, составляющее 10-7,85 моль/л (при 25°C), ниже, чем концентрация ионов водорода 10-7 моль/л, достигаемая вследствие самоионизации воды. В результате экспериментов, проведенных авторами настоящего изобретения, было обнаружено, что когда концентрация ионов водорода превышает 10-7,85 моль/л (при 25°C), не происходит формирования однородной металлической пленки из-за генерирования газообразного водорода.

[0013] В данном изобретении, когда соль металла, используемая как растворяемое вещество, не содержит водорода, концентрация ионов водорода в растворе для формирования металлической пленки равна концентрации ионов водорода растворителя. Поскольку соли металлов большинства металлов, используемые для формирования пленки, не содержат водорода, концентрация ионов водорода в растворе для формирования металлической пленки равна концентрации ионов водорода растворителя.

[0014] Такой растворитель предпочтительно имеет более низкую концентрацию ионов водорода, чем у воды, вследствие самоионизации, и примеры растворителя включают в себя апротонный растворитель и спиртовой растворитель. В этих растворителях металл присутствует в ионном состоянии (а именно, металл может быть растворен в этих растворителях в ионном состоянии).

[0015] Растворитель может представлять собой спиртовой растворитель, содержащий, по меньшей мере, один компонент, выбранный из метанола, этанола и пропанола (L-пропанола или 2-пропанола); или растворитель, содержащий спиртовой растворитель и воду.

[0016] Согласно этому объекту, концентрация ионов водорода в метаноле, этаноле и пропаноле составляет соответственно 10-8,35 моль/л, 10-8,55 моль/л и 10-8,25 моль/л, при этом все они меньше, чем описанный выше верхний предел концентрации 10-7,85 моль/л (при 25°C), и потому менее вероятно генерирование газообразного водорода между мембраной из твердого электролита и подложкой. При использовании метанола, этанола или пропанола, такой металл как никель, олово или медь может быть растворен в этом растворителе в ионном состоянии. Если концентрация ионов водорода составляет 10-7,85 моль/л или менее (при 25°C), спиртовой растворитель может содержать воду.

[0017] Растворяемый в растворителе металл может иметь более высокую склонность к ионизации, чем водород. Когда используют металл, имеющий более высокую склонность к ионизации, чем водород, водород легко образуется при осаждении металла. Таким образом, особенно эффективно ограничить концентрацию ионов водорода согласно объекту настоящего изобретения. Таким образом, менее вероятно генерирование газообразного водорода в процессе осаждения металла и, соответственно, образуется однородная металлическая пленка.

[0018] Среди видов осаждаемого металла, металл, имеющий более высокий окислительно-восстановительный потенциал, чем таковой у водорода (например, медь или серебро), имеет более низкую склонность к ионизации, чем водород, и, соответственно, легко осаждается при осаждении. Тем не менее даже при использовании таких металлов может генерироваться газообразный водород при осаждении при некоторых условиях формирования пленки. Таким образом, даже при использовании такого металла, вышеуказанный объект настоящего изобретения обеспечивает эффект препятствования генерированию газообразного водорода.

[0019] Металлом, имеющим более высокую склонность к ионизации, чем у водорода, является никель. Как видно из экспериментов, проведенных авторами настоящего изобретения, однородную никелевую пленку получают с помощью раствора, содержащего ионы никеля и имеющего концентрацию ионов водорода, которая входит в вышеуказанный диапазон.

[0020] Второй объект настоящего изобретения относится к способу формирования металлической пленки для формирования металлической пленки с использованием раствора для формирования металлической пленки, описанного выше. В соответствии со способом формирования металлической пленки, мембрану из твердого электролита располагают между анодом и подложкой в качестве катода, и мембрану из твердого электролита приводят в контакт с подложкой, а между анодом и подложкой подают напряжение, чтобы осадить на поверхность подложки металл из металлических ионов, содержащихся в мембране из твердого электролита, для формирования металлической пленки из металла на поверхности подложки.

[0021] В этом случае при подаче ионов металлов на мембрану из твердого электролита путем приведения пленкообразующего металлического раствора в контакт с мембраной из твердого электролита, между анодом и подложкой подают напряжение для формирования металлической пленки на поверхности подложки.

[0022] Согласно этому объекту, можно получить металлическую пленку, одновременно препятствуя генерированию газообразного водорода, что может произойти, если металлическую пленку получать осаждением металла из металлических ионов с помощью мембраны из твердого электролита и подложки, находящихся в контакте друг с другом.

[0023] Согласно объектам настоящего изобретения, можно воспрепятствовать генерированию газообразного водорода между мембраной из твердого электролита и подложкой, находящимися в контакте друг с другом.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0024] Признаки, преимущества, а также техническая и промышленная значимость типовых вариантов осуществления изобретения будут описаны ниже со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых одинаковыми ссылочными позициями обозначены одинаковые элементы, и на которых:

на Фиг. 1 представлен схематический концептуальный чертеж аппарата для формирования металлической пленки в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;

на фиг. 2 показано схематически изображение разрезе показанного на фиг. 1 аппарата для формирования металлической пленки для описания реализуемого способа формирования металлической пленки;

на Фиг. 3A представлена фотография никелевой пленки, полученной в примере 2;

на Фиг. 3B представлена фотография никелевой пленки, полученной в сравнительном примере 2; и

на фиг. 4 показана схема известного аппарата для формирования пленки, включающего в себя мембрану из твердого электролита, для описания проблемы при формировании пленки с использованием известного аппарата.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

[0025] Далее будет описан аппарат для формирования металлической пленки, способный соответствующим образом реализовать способ формирования металлической пленки в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения.

[0026] На фиг. 1 схематически изображен общий чертеж аппарата 1А для формирования металлической пленки (далее именуемого просто «аппаратом 1А для формирования пленки») в соответствии с вариантом осуществления изобретения. На Фиг. 2 показан схематически вид в разрезе аппарата 1А для получения пленки, показанного на фиг. 1, для описания способа формирования металлической пленки, реализуемого этим аппаратом.

[0027] Как показано на фиг. 1, аппарат 1А для формирования пленки согласно изобретению осаждает металл из ионов металла с формированием на поверхности подложки В металлической пленки из осажденного металла. Подложка B в настоящем варианте осуществления представляет собой подложку, изготовленную из металлического материала, такого как алюминий, либо полимер с обработанной поверхностью, либо силиконовую подложку, на которую нанесено первичное металлическое покрытие.

[0028] Аппарат 1А для получения пленки содержит, по меньшей мере, анод 11, изготовленный из металла, мембрану 13 из твердого электролита и источник 14 электропитания. Мембрана 13 из твердого электролита расположена на поверхности анода 11, в положении между анодом 11 и подложкой В, которая служит в качестве катода. Источник 14 подает напряжение между анодом 11 и подложкой B, которая служит в качестве катода.

[0029] Анод 11 расположен в корпусе 15 (участке подачи ионов металлов), который подает к аноду 11 раствор L, содержащий ионы металлов для формирования пленки (именуемый в дальнейшем «металлический раствор»). Корпус 15 имеет участок с просверленным отверстием, проходящем вертикально через корпус 15, а анод 11 расположен во внутреннем пространстве корпуса 15. Мембрана 13 из твердого электролита имеет углубленный участок, который закрывает нижнюю поверхность анода 11. Мембрана 13 из твердого электролита закрывает нижнее отверстие участка с просверленным отверстием корпуса 15 с нижней частью анода 11, размещенной в мембране 13 из твердого электролита.

[0030] В участке с просверленным отверстием корпуса 15 расположен контактный поджимающий участок 20 (металлический штамп), который находится в контакте с верхней поверхностью анода 11, чтобы оказывать давление на анод 11. Контактный поджимающий участок 20 надавливает на мембрану 13 из твердого электролита через анод 11, при этом на поверхность подложки В давит мембрана 13 из твердого электролита. В частности, контактный поджимающий участок 20 давит на поверхность анода 11, соответствующую области Е формирования пленки на поверхности подложки В, где должна формироваться металлическая пленка F, при этом на область Е формирования пленки действует однородное давление.

[0031] В настоящем варианте осуществления, нижняя поверхность анода 11 имеет размер, который совпадает с размером области Е формирования пленки подложки В, при этом верхняя поверхность и нижняя поверхность анода 11 имеют одинаковый размер. Таким образом, когда (вся) верхняя поверхность анода 11 находится под давлением контактного поджимающего участка 20, используя усилие, создаваемое прессующим устройством 16 (описано ниже), на (всю) область Е формирования пленки подложки В действует однородное давление, оказываемое (всей) нижней поверхностью анода 11 через мембрану 13 из твердого электролита.

[0032] Кроме того, бак 17 для раствора присоединен к одной стороне корпуса 15 через подающую трубку 17а, а бак 18 с жидкими отходами присоединен с другой стороной корпуса 15 через трубку 18а для жидких отходов. Металлический раствор L хранится в баке 17 для раствора, а жидкие отходы, то есть использованный металлический раствор L, собираются в баке 18 для жидких отходов.

[0033] Подающая трубка 17а соединена с подающим каналом 15a корпуса 15, через который металлический раствор L подается на анод 11. Трубка 18a для жидких отходов соединена с выпускным каналом 15b корпуса 15, через который металлический раствор L выпускается в бак 18 для жидких отходов. Как показано на фиг.2, анод 11, изготовленный из пористого материала, расположен в канале, который соединяет подающий канал 15a и выпускной канал 15b корпуса 15 друг с другом.

[0034] Благодаря этой конструкции, металлический раствор L, находящийся в резервуаре 17 для раствора, поступает через подающую трубку 17a в корпус 15. В корпусе 15 металлический раствор L протекает через подающий канал 15a, а затем вытекает из подающего канала 15a в анод 11. Металлический раствор L, который прошел через анод 11, течет через выпускной канал 15b для подачи в бак 18 для жидких отходов через трубку 18a для жидких отходов.

[0035] Кроме того, прессующее устройство 16 соединено с участком 20 надавливания на контакт. Прессующее устройство 16 прижимает мембрану 13 с твердым электролитом к области Е формирования пленки на подложке В путем перемещения анода 11 к подложке B. Примеры прессующего устройства 16 включают в себя гидроцилиндр и пневматический цилиндр. Аппарат 1А для формирования пленки дополнительно включает в себя основание 21, к которому жестко прикреплена подложка B. Основание 21 используется для юстировки подложки В относительно анода 11.

[0036] Анод 11 выполнен из пористого материала, который позволяет металлическому раствору L проходить через него и который подает ионы металлов на мембрану 13 из твердого электролита. Пористый материал не ограничивается какими-либо конкретными пористыми материалами с тем условием, что (1) пористый материал имеет устойчивость к коррозии по отношению к металлическому раствору L, (2) пористый материал имеет электрическую проводимость, достаточно высокую, чтобы служить в качестве анода, (3) пористый металлический материал позволяет металлическому раствору L проходить через него, и (4) пористый материал может быть поджат прессующим устройством 16 посредством контактного поджимающего участка 20, описанного выше. Примеры пористого материала включают в себя металлические пены, например, титановую пену, имеющую более низкую склонность к ионизации (или более высокий электродный потенциал), чем у ионов металлов осаждения, и представляющие собой ячеистые пены, имеющие открытые поры.

[0037] При использовании металлической пены, металлическая пена не ограничивается какой-либо конкретной металлической пеной, если металлическая пена удовлетворяет вышеописанному условию (3). Тем не менее предпочтительно использовать металлическую пену с пористостью примерно от 50% до 95% по объему, с диаметром пор приблизительно от 50 мкм до 600 мкм и толщиной приблизительно от 0,1 мм до 50 мм.

[0038] Мембрана 13 из твердого электролита не ограничивается какой-либо конкретной мембраной из твердого электролита, с тем условием, что мембраны 13 из твердого электролита могут быть пропитаны ионами металлов, когда мембрану 13 из твердого электролита приводят в контакт с металлическим раствором L, и металл, полученный из ионов металлов, может быть осажден на поверхности подложки B в качестве реакции на подачу напряжения. Примеры материала для мембраны 13 из твердого электролита включают в себя фторполимеры, такие как Nation®, производимый DuPont, углеводородные полимеры, полиамидокислотные полимеры, а также полимеры, имеющие функцию ионного обмена, такие как SELEMION (включая серии CMV, CMD и CMF) производства Asahi Glass Co., Ltd.

[0039] В настоящем варианте осуществления пористый материал используется в качестве анода 11 аппарата для формирования металлической пленки F. При этом, поскольку ионы металлов могут подаваться к мембране 13 из твердого электролита, между анодом и мембраной 13 из твердого электролита может образоваться зазор, и в зазор может подаваться металлический раствор, как описано ниже.

[0040] Далее будет описан способ формирования металлической пленки для формирования металлической пленки с помощью аппарата 1A для формирования пленки. Сначала, как показано на фиг. 1 и на фиг. 2, подложку В помещают на основание 21, выравнивают подложку В по отношению к аноду 11, и регулируют температуру подложки В. Далее мембрану 13 из твердого электролита размещают на поверхности анода 11, выполненного из пористого материала, и мембрану 13 из твердого электролита приводят в контакт с подложкой B.

[0041] Далее анод 11 перемещают в направлении подложки В с помощью прессующего устройства 16, т.е. мембрану 13 из твердого электролита прижимают к области Е формирования пленки на подложке В. Таким образом, мембрана 13 из твердого электролита прижата анодом 11, и, соответственно, мембрана 13 из твердого электролита равномерно плотно прилегает к поверхности области Е формирования пленки на подложке В. Другими словами, когда мембрана 13 из твердого электролита удерживается в контакте (прижата) с подложкой В с использованием, в качестве опорного материала, анода 11, поджатого контактным поджимающим участком 20, образуется металлическая пленка F, имеющая более однородную толщину.

[0042] Далее источник 14 электропитания подает напряжение между анодом 11 и подложкой В, которая служит в качестве катода, т.е. металл осаждается на поверхность подложки В из ионов металлов, содержащихся в мембране 13 из твердого электролита. Анод 11 находится в непосредственном контакте с контактным поджимающим участком 20, выполненным из металла, и поэтому имеется неразрывность электрической цепи между анодом 11 и контактным поджимающим участком 20. Таким образом, источник 14 электропитания может подать напряжение между анодом 11 и подложкой В.

[0043] В этом случае, при протекании металлического раствора L через анод 11, формируется металлическая пленка. Использование анода 11, выполненного из пористого материала, позволяет металлическому раствору L проходить через анод 11. Таким образом, металлический раствор L подается вместе с ионами металлов на мембрану 13 из твердого электролита. Таким образом, в процессе формирования металлической пленки, металлический раствор L постоянно и стабильно подается в анод 11, выполненный из пористого материала. Подаваемый металлический раствор L, таким образом, проходит через анод 11, чтобы войти в контакт с мембраной 13 из твердого электролита, расположенной смежно с анодом 11, и, таким образом, мембрана твердого электролита 13 пропитывается ионами металла.

[0044] Когда между анодом 11 и подложкой В, которая служит в качестве катода, подано напряжение, ионы металлов, содержащиеся в мембране 13 из твердого электролита, перемещаются со стороны анода 11 к стороне подложки В, а затем на поверхности подложки В металл осаждается из ионов металлов, содержащихся в мембране 13 из твердого электролита. В результате, на поверхности подложки В формируется металлическая пленка F.

[0045] В этом случае, на область Е формирования пленки на подложке В подвергается равномерному давлению мембраной 13 из твердого электролита, и, таким образом, на подложке В формируется металлическая пленка F, при этом мембрана 13 из твердого электролита равномерно плотно прилегает к области Е формирования пленки на подложке В. В результате, на поверхности области Е формирования пленки на подложке В образуется однородная металлическая пленка F, имеющая однородную толщину с меньшими вариациями по толщине.

[0046] Металлический раствор L содержит растворитель и металл (ионы металлов), растворенный в растворителе в ионном состоянии. В настоящем варианте осуществления, концентрация ионов водорода в металлическом растворе находится в пределах диапазона от 0 до 10-7,85 моль/л при 25°C.

[0047] Когда концентрация ионов водорода в металлическом растворе L поддерживается в пределах вышеописанного диапазона, общее количество ионов водорода (протонов), которые перемещаются со стороны анода к стороне катода мембраны 13 из твердого электролита, уменьшается. Таким образом, можно воспрепятствовать генерации газообразного водорода между мембраной 13 из твердого электролита и подложкой В, находящихся в контакте друг с другом.

[0048] Растворитель, имеющий концентрацию ионов водорода 0 моль/л, является растворителем, который не содержит ионов водорода. Примеры такого растворителя включают в себя апротонные полярные растворители, такие как тетрагидрофуран (ТГФ), ацетонитрил, N, N-диметилформамид (ДМФ) и диметилсульфоксид. Поскольку эти растворители являются полярными, эти растворители могут содержать металл, например, никель, олово или медь (описаны ниже) в ионном состоянии.

[0049] Примеры растворителя металлического раствора, имеющего концентрацию ионов водорода 10-7,85 моль/л или менее (при 25°C), включают в себя спиртовые растворители. Растворитель, полученный путем добавления воды к спиртовому растворителю, используется до тех пор, пока он удовлетворяет вышеописанному условию концентрации ионов водорода.

[0050] Примеры спиртовых растворителей, которые могут содержать металл, например, никель, олово или медь в ионном состоянии, включают в себя метанол, этанол, пропанол (1-пропанол или 2-пропанол), а также растворитель, полученный смешением, по меньшей мере, двух из этих растворителей вместе. Даже когда относительно небольшое количество воды добавляют к такому спиртовому растворителю, молекулы воды и молекулы спирта объединяются друг с другом и препятствуют генерированию свободного водорода в растворителе.

[0051] Концентрация ионов водорода в металлическом растворе, содержащем металлический никель, олово или медь, по существу, равна концентрации ионов водорода в спиртовом растворителе (или спиртовом растворителе, содержащем воду).

[0052] Металл, растворяемый в растворителе в ионном состоянии, загружают в растворитель в виде ионизируемой соли металла, и затем растворяют в растворителе до ионного состояния. Примеры такого металла включают в себя кобальт, железо, никель, олово, медь и серебро. Среди этих металлов предпочтительно использовать никель и олово, которые имеют более высокую склонность к ионизации, чем водород.

[0053] При использовании такого металла, металл, имеющий более высокую склонность к ионизации, чем водород, осаждают на поверхности подложки путем подачи напряжения 16 В между анодом 11 и подложкой В. В результате менее вероятно генерирование газообразного водорода в процессе формирования металлической пленки F, и, таким образом, получается однородная металлическая пленка F.

[0054] Настоящее изобретение будет описано ниже со ссылкой на последующие примеры.

Пример 1

Хлорид никеля (соль металла) растворяли в метаноле (растворитель), чтобы приготовить раствор 0,1 М раствора никеля (металлического раствора). Твердый электролит (изготовитель DuPont, Nation N117) и пористую никелевую пластину уложили в стопку на медную подложку, и подали никелевый раствор 0,1 М на пористую никелевую пластину. Затем пористую никелевую пластину электрически соединили с медной подложкой, и в течение 60 секунд подавали постоянное напряжение 2,4 V. Таким образом, на медной подложке была сформирована никелевая пленка.

Пример 2

[0055] Никелевая пленка была сформирована таким же образом, что и в примере 1. В отличие от примера 1, в качестве растворителя использовали этанол.

Пример 3

[0056] Никелевая пленка была сформирована таким же образом, что и в примере 1. В отличие от примера 1, в качестве растворителя использовали пропанол (1-пропанол).

Пример 4

[0057] Никелевая пленка была сформирована таким же образом, что и в примере 1. В отличие от примера 1, в качестве растворителя использовали жидкую смесь метанола и воды (жидкую смесь, содержащую 90% по объему метанола и 10% по объему воды).

Сравнительный пример 1

[0058] Никелевая пленка была сформирована таким же образом, что и в примере 1. В отличие от примера 1, в качестве растворителя использовали жидкую смесь метанола и воды (жидкую смесь, содержащую 85% по объему метанола и 15% по объему воды).

Сравнительный пример 2

[0059] Никелевая пленка была сформирована таким же образом, что и в примере 1. В отличие от примера 1, в качестве растворителя использовали воду.

Сравнительный пример 3

[0060] Никелевая пленка была сформирована таким же образом, что и в примере 1. В отличие от примера 1, в качестве растворителя использовали бутанол (1-бутанол).

Визуальная проверка пленок

[0061] Никелевые пленки, полученные в примерах 1-4 и сравнительных примерах 1-3, были проверены визуально. Результаты показаны в таблице 1. В таблице 1 также показаны рассчитанные значения (теоретические значения) концентраций ионов водорода в металлическом растворе для формирования пленки (растворителе) при температуре 25°C в примерах 1-4 и сравнительных примерах 1-3.

Результаты

[0062] В результате визуальной проверки никелевой пленки, полученной в каждом из примеров 1-4, наблюдалось осаждение никеля, и цветовой тон осажденного никеля был однородным, и, соответственно, было подтверждено, что была получена однородная никелевая пленка. На фиг. 3A представлена фотография никелевой пленки, полученной в примере 2.

[0063] В результате визуальной проверки никелевой пленки, полученной в сравнительном примере 1, наблюдалось осаждение никеля, однако цветовой тон осажденного никеля представлял собой пятнистый рисунок, что показывает наличие пустот.

[0064] В результате визуальной проверки никелевой пленки, полученной в сравнительном примере 2, цветовой тон никелевой пленки представляет собой пятнистый рисунок, который показывает наличие пустот. Пятнистый рисунок был более заметным, чем в сравнительном примере 1 (см. фиг. 3B).

[0065] Причина, по которой были получены такие результаты в сравнительных примерах 1 и 2, представляются следующими. В сравнительных примерах 1 и 2 количество свободного водорода было больше, чем в примерах 1-4. Таким образом, ионы водорода (протоны) были также восстановлены, когда подавали напряжение между анодом и подложкой. В результате, образовался газообразный водород между мембраной из твердого электролита и подложкой. Таким образом, газообразный водород, аккумулированный между мембраной из твердого электролита и подложкой, препятствует осаждению никеля, и образовались пустоты (участки, не подвергшиеся осаждению), что приводит к образованию пятнистого узора на пленке.

[0066] В сравнительном примере 3, хлорид никеля не растворился в растворителе, и осаждения никелевой пленки не наблюдалось. Причиной этого может быть следующее. При увеличении количества углерода в молекуле, образующей растворитель, полярность молекулы снизилась, и, соответственно, никель не может раствориться в растворителе до ионного состояния.

[0067] При том, что вариант осуществления изобретения был подробно описан, изобретение не ограничивается вышеописанным вариантом осуществления и может быть реализовано в различных других вариантах осуществления в пределах настоящего изобретения.

[0068] В вышеописанном варианте осуществления использован анод, выполненный из пористого материала. Однако пористый материал не обязательно использовать в качестве анода, с тем условием, что ионы никеля соответственно подаются на мембрану из твердого электролита. Например, никелевый раствор может подаваться в зазор между анодом и мембраной из твердого электролита.

1. Раствор для формирования металлической пленки для подачи ионов металлов на мембрану из твердого электролита при формировании пленки, в процессе которого мембрана из твердого электролита расположена между анодом и подложкой в качестве катода, и мембрана из твердого электролита приведена в контакт с подложкой, и напряжение подано между анодом и подложкой для осаждения металла на поверхности подложки из металлических ионов, содержащихся в мембране из твердого электролита, для формирования металлической пленки из металла на поверхности подложки, характеризующийся тем, что

раствор для формирования металлической пленки содержит растворитель и металл, растворенный в растворителе в ионном состоянии;

концентрация ионов водорода в растворе для формирования металлической пленки находится в пределах диапазона от 0 до 10-7,85 моль/л при 25°С,

в котором растворитель представляет собой спиртовой растворитель, содержащий, по меньшей мере, один компонент, выбранный из метанола, этанола и пропанола, либо растворитель, содержащий этот спиртовой растворитель и воду.

2. Раствор для формирования металлической пленки по п. 1, в котором металл имеет более высокую склонность к ионизации, чем склонность к ионизации водорода.

3. Раствор для формирования металлической пленки по п. 2, в котором в качестве металла использован никель.

4. Способ формирования металлической пленки для формирования металлической пленки с использованием раствора для формирования металлической пленки по любому из пп. 1-3, характеризующийся тем, что при подаче ионов металлов к мембране из твердого электролита путем приведения этого раствора для формирования металлической пленки в контакт с мембраной из твердого электролита, между анодом и подложкой подают напряжение, чтобы сформировать металлическую пленку на поверхности подложки.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в электрохимической и химической обработке металлов с применением химических методов. .

Изобретение относится к способу и установке электролитического лужения непрерывно движущейся стальной полосы. .

Изобретение относится к гальваническому меднению подложек и может быть использовано при меднении подложек с использованием нерастворимых анодов в кислых ваннах и отдельной подачи ионов меди.

Изобретение относится к способам регулирования процессов электроосаждения покрытий и может быть использовано для получения блестящих и матовых никелевых покрытий с малыми внутренними напряжениями и сравнительно небольшой микротвердостью.
Наверх