Раствор для электрохимического травления металлов

 

ОПИСАНИЕ (li) 564

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено19.06.75 (21) 2145888/02 с присоединением заявки № (23! Приоритет(43) Опубликовано 05.07.77.Бюллетень № 25 (46) Дата опубликования описания 27.09.77 (51) М, Кл.

С 09 К 13/00

С 25 F 3/00

Государствеинв1й квинтет

Совета Министров СССР оо делам изобретений и открытий (53) УДК 621.035, .44 (088. 8) (72) Авторы изобретения

И. Н. Сорокин, А. П, Алехин и В. П. Лаврищев

Московский институт электронной техники (7!) Заявитель (54) РАСТВОР ДЛЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ТРАВЛЕНИЯ

МЕТАЛЛОВ

Изобретение относится к электрохимической обработке металлов, в частности к селективному травлению золота и палладия.

Известен ряд растворов для электрохимического травления металлов, содержа- 5 ших тиомочевнну и хлорнд щелочного металла, например раствор, содержащий тиомочевину, хлорид лития и трилон Б, используемый для изолирования карбидов и интермвталлндов при янодном растворении ста- тп лей и сплавов (1); раствор, содержащий тиомочевину, хлорид лития и соляную кислоту, используемый для аподиого выделения карбидной фазы в сталях 12) и раствор, содержащий тиомочевину, хлории 5 натрия и серную кислоту, используемый для травления сталей (3)

Последний,из перечисленных растворов, является наиболее близким к изобретению по составу компонентов и технической суш- ре ности.

Однако во всех указанных растворах не происходит селвктивн ого травления золота те палладия. Слои золота и палладия травятся одновременно. Ж

В технологии микроэлектроники под свлективностью процессов травления понимают послойное стравливание пленок. Поэтому конечной задачей м. огих исследований в данной области является разработка растворов и оптимальных рабочих режимов, обеспечиваютцих именно послойное травление пленок по определенному рисунку.

Селективное растворение золотых и палладиевых пленок последовательно иакуумнапыленных на непроводяшие подложки с металлическим подслоем являвтся важной проблемой в изопланарной технологии, ко.торая не может быть решена применением известных в настоящее время растворов.

Свлективное травление вышележащей пленки из более благородного металла (например золота) с пленки из менее благородного металла (например палладин) не может быть решено принципиально обычными химическими методами, так как одновременно с растворением пленок нз менее активного металла протекает также растворение пленок из более активного металла.

564328

В то же время нужно отметить, что использование электролитическ oro метода травления также не позволяет однозначно решить эту сложную задачу. Успех в данном случае определяется главным образом правильным выбором рабочих растворов и оптимальных концентраций, всех компонентов этих растворов.

Наглядной иллюстрацией вышесказанного служит установление возможности про- о ведения селективного электрохимического растворения тонких металлических пленок в системах: титан-палладий-золото, хромпалладий-золото,. м олибден-палладий-золото. При разработке раствора для последовательного и одновременно селективного травления золотых и палладиевых пленок экспериментально было установлено, что этот раствор должен, прежде всего,содержать ионы хлора, так как и золото, и иалладий достаточно хорошо растворяются в подобных растворах при пропускании электрического тока с образованием прочных комплексных ионов типа CAnCEg, и CPdCE„) соответственно с малой величиной констан25 ты нестойкости, иначе говоря, очень прочных, а не за счет внедрения свободного

XBDPB

Однако не во всех хлорсодержащих растворах можно добиться селективного электрорастворения указанных пленок. Можно утверждать, что возможность проведения селективного травления многослойных композиций зависит err природы соединения, . содержащего хлор-ионы. Так солянокислые растворы нельзя использовать для селекгивного травления пленок золота и палладия, так как. и те, и другие растворяются одновременно при примерно одинаковом анодном потенциале. Экспериментально уста- 4О новлено, что скорость анодного травления пленок палладия уменьшается в ряду используемых солей: KCE > ЙОСЙ Li CE .

В этом же ряду ухудшается и качество травления; в растворах хлористого лития остаются нестравленные точечные участки, которые приходится дотравливать химически.

Этот факт можно объяснить эффектом

Н. A. Изгарышева, который заключается в изменении скорости электродной реакции под действием добавок простейших ионов.

А это, в свою очередь, объясняется тем, что добавки посторонних ионов могут адсорбироваться на поверхности электрода, изменяя градиент потенциала в двойном электрическом слое. Еще большее значение, как известно, имеют явления десольватации. Вполне понятно, что ионы К

+ Ф

Ца и .Li, отличаясь своими размерами, 6О

4 значительно отличаются способностью адсорбироваться, а также оказывать поляризующее действие на анионы, в частности на ион хлора, Последний факт как раз и приводит к тому, что скорость анодного травления пленок зависит от природь иопользуемых хлоридов щелочных металлов.

Хлориды щелочных металлов, являясь химическими аналогами, в то же время отличаются своими физико-химическими свойствами. В растворах хлорида калия, кристаллическая решетка которого отличается меньшей энергией (169 ккал/моль, а у хлорида натрия — 180 и у хлорида лития — 202), наблюдается большая скорость и лучшее качество травления пленок, Предлагаемый раствор отличается от известнorо тем, что, с целью обеспечения высокой степени селективности травления слоев золота и палладия в многослойных металлических покрытиях, в качестве хлорида щелочного металла, он содержит хлорид калия при следующем соотношении компонентов, г/л:

Ти ом очевина 5-10

Хлорид калия 15-60

Присутствие в растворе хлорида калия одновременно обеспечивает высокую электропроводность раствора и травление пленок палладия за счет образования устойчивых комплексных ионов. Растворение палладиевых пленок при этом протекает при более высоких анодных потенциалах, чем слоев золота.

Наличие в растворе тиомочевины вызывает смещение стационарного потенциала золотых пленок в зону более отрицательных потенциалов, в то же время стационарный потенциал пленок палладия становится значительно более положительным. Это приводит к увеличению разности потенциалов растворения пленок золота и палладия, что способствует селективности процесса травления золотых и палладиевых пленок, Пример. Для получения рабочего раствора готовят три смеси ингредиентов, содержащих каждая, г/л: тиомочевину 7, отличающиеся друг от друга содержанием г хлорида калия, равным в каждой смеси последовательно;15, 40 и 60, а также содержанием воды, составляющей дополнительно до 100% часть в каждой смеси.

Каждую смесь растворяют отдельно при комнатной температуре. Анодом является ситалловая подложка, на которую вакуумным напылением последовательно нанесены слои титана, палладия и золота, толшпо ной 750, 3000 и 1000 А соответственно.

Полученные смеси харак серизуются следующими параметрами процесса селектив564326

Таблица

10

0,65

5 0,20

5 0,15

5 0,10

3,5

10

0,55

3i 0

0,45

2-3

Ф ормула изобретения

Тном очевина

Хлорид калия

5-1 0

15-60

Составитель В. Бобок

Редактор Г, Петрова Техред 3. фанта Корректор C. Шекмар

Заказ 197 6/195 Тираж 834 Подписное

0НИИЛИ Государственного комигета Совета Министров СССР

> по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ного эпекгрохимическог;> травления золотых и пяппядиевых слоев, представленными в таблице:

Оптимальная добавка калия находится в пределах 15-60 г/л, .гяк как при концепт- > рации ниже 15 г/л паллядиевые пленки не растворяются я при концентрации выше

60 г/и наблюдается совместное травление золотых и наллядиевых слоев.

В предлагаемом растворе также можно селективно растворять зопотые и папладиеРаствор для электрохимического травления металлов, содержа ций тиомочевину и хлорид целочного металла, о т л и ч а юш и и с я тем, что, с целью обеспечения высокой степени селективности травления слоев золота и палладия в многослойных металлических покрытиях, в качестве хлорида щелочного металла он содержит хло рид калия при следуюшем соотношении компонентов, г/л:

40 вые слои в других металлических мно> о слойных покрытиях например хром-пяппадпй> золото, молибден-пяплядий — золото.

Кроме того, компоненты рабочего ряс1 вора химически инертны, что искпючаег ц" рогостояшую операцию по нейтрализации этих растворов после их использования, Йанный раствор может также широко применяться при снятии недоброкачественных гальванических покрытий золотя с целью регенерации драгоценного металла, Источники информации, принятые во вни-мание при экспертизе:

1, Авторское свидетельство № 420702, С 09 К 13/06, 1970г.

2. Авторское свидетельство N 302394, С 09 К 13/06, 1969 г.

3. Авторское. свидетельство № 320553, С 09 К 13/06, 1970 г.