close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY12790

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2010.02.28
(12)
(51) МПК (2009)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
C 23C 18/31
H 01L 21/02
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АДГЕЗИОННОГО БАРЬЕРНОГО СЛОЯ
НИКЕЛЬ-ФОСФОР НА КРЕМНИИ
(21) Номер заявки: a 20080237
(22) 2008.03.04
(43) 2009.10.30
(71) Заявитель: Учреждение Белорусского государственного университета
"Научно-исследовательский институт физико-химических проблем"
(BY)
(72) Авторы: Воробьева Татьяна Николаевна; Рева Ольга Владимировна;
Кобец Анна Вячеславовна; Врублевская Ольга Николаевна (BY)
BY 12790 C1 2010.02.28
BY (11) 12790
(13) C1
(19)
(73) Патентообладатель: Учреждение Белорусского государственного университета "Научно-исследовательский институт физико-химических проблем" (BY)
(56) US 6472310 B1, 2002.
SU 1180404 A, 1985.
SU 1694694 A1, 1991.
RU 2135635 C1, 1999.
SU 1813793 A1, 1993.
US 4321283, 1982.
DE 4313980 A1, 1993.
(57)
Способ получения барьерного адгезионного слоя никель-фосфор на монокристаллическом кремнии, при котором проводят травление пластины кремния в 48-53 %-ном растворе КОН при 83-87 °С в течение 10-12 мин, осуществляют сенсибилизацию в 0,1-0,3 %-ном
растворе SnCl2 в нейтральной водно-спиртовой среде при объемном соотношении вода:
этанол равном 3:1 при комнатной температуре в течение 8-15 мин, осуществляют активацию в растворе, содержащем 0,3-0,6 г/дм3 PdCl2 и 1 см3/дм3 HCl, при комнатной температуре в течение 1-3 мин, проводят химическое осаждение никеля при 40-45 °С в течение
2,5-3,0 мин из слабокислого ацетатно-гипофосфитного раствора, содержащего
Ni(CH3COO)2, NaH2PO2·H2O, NH4CH3COO, малеиновый ангидрид и воду при следующем
соотношении компонентов, г/дм3:
Ni(CH3COO)2
28-32
NaH2PO2·H2O
35-40
NH4CH3COO
25-30
малеиновый ангидрид 0,3-0,8
вода
до 1 дм3,
после чего пластину сушат и проводят ее прогрев при 250-270 °С в течение 120-130 мин.
Изобретение относится к области химического осаждения функциональных многослойных тонкопленочных структур на полупроводниках, необходимых для сборки изделий электронной техники, таких как интегральные схемы, микрочипы, диоды,
транзисторы и др.
Сборка устройств электронной техники, в частности, получение и монтаж интегральных схем, - сложный многостадийный процесс, включающий последовательное нанесение
BY 12790 C1 2010.02.28
на кремниевые пластины пленок металлов, каждая из которых выполняет определенные
функции. Эти пленки выполняют функции барьерного слоя, проводников электрического
тока, обеспечивают пайку, сварку, защиту от коррозии и др. Требования к таким последовательно нанесенным слоям сложны и многообразны. К наиболее важным из них относятся хорошее сцепление с основой (гладкой поверхностью кремния) и между собой,
исключительная мелкозернистость, беспористость, однородность, равнотолщинность.
В современной электронике для получения многослойных структур "кремний-металл"
обычно используют вакуумные методы нанесения пленок: термическое испарение, катодное, магнетронное, плазменное напыление. К недостаткам вакуумных технологий относятся их высокая стоимость, энергоемкость, необходимость дорогостоящего оборудования
и специальных площадей, принципиальные трудности получения пленок из сплавов с заданным соотношением металлов или содержащих летучие компоненты, например, фосфор. Определенные проблемы возникают при необходимости создания многослойных
структур, наиболее сложными из которых являются обеспечение однородности состава,
равномерности толщины и адгезии пленок.
Альтернативным путем получения многослойных структур является осаждение металлов и сплавов из растворов. Достоинства процессов химического и электрохимического осаждения пленок металлов - дешевизна и простота, широкие возможности
регулирования микроструктуры пленок, создания нанозернистых слоев, получения многослойных структур и варьирования их состава [1, 2]. Недостатки процессов осаждения из
растворов - возможное включение в пленки нежелательных примесей, недостаточная адгезия пленок к подложке и друг к другу в случае многослойных систем, наличие пор и
внутренних напряжений. Востребованным в электронной технике является нанесение на
поверхность монокристаллического кремния барьерных адгезионных слоев, которые
должны предотвращать диффузию и электромиграцию в кремний атомов металлов, используемых для создания токопроводящих соединительных элементов (например, золота,
серебра, меди, алюминия) и обеспечивать последующее нанесение пленок других металлов и сплавов. Традиционно такие слои состоят из диоксида или нитрида кремния, нитрида титана [3, 4], хотя очень перспективно использовать для указанных целей пленки
никель-фосфор (Ni-P), осаждаемые из растворов. Нанесение непосредственно на кремний
барьерных слоев Ni-P из растворов позволило бы упростить процесс создания полупроводниковых приборов, сократить число операций, поскольку не было бы нужды создавать
промежуточные диэлектрические слои (например, нитрида кремния). Пленки Ni-P могли
бы выполнять функции подслоя для осаждения из растворов других металлов непосредственно на них, без дополнительных операций. Сокращение числа операций и слоев всегда
является эффективным средством миниатюризации получаемых элементов и повышения
надежности изделий.
Известны способы контактного осаждения металлов на кремний. Таким методом наносят пленки палладия и серебра [5], меди [6-9]. Ни один из перечисленных металлов не
может выполнять функции барьерного слоя, в качестве которого наиболее пригодны
пленки никеля [4]. Однако этот металл из-за малого электродного потенциала не вытесняется кремнием из раствора. Более того, достигаемая при контактном осаждении толщина
пленок металлов не превышает 0,1 мкм, после чего происходит либо отслаивание, либо
прекращение роста. Адгезия пленок недостаточна для последующего осаждения того же
самого или другого металла.
Для увеличения адгезии используют травление кремниевых пластин в кислотах и щелочах [10-14], их анодирование с созданием слоя аморфного кремния [5], но возможность
многослойного осаждения пленок из растворов все же не достигается.
Осаждение пленок Ni-P на гладкую поверхность кремниевых пластин является проблематичным также и по причине трудности обеспечения достаточной каталитической
активности поверхности подложки. Осадить барьерный слой никеля на кремний из рас2
BY 12790 C1 2010.02.28
творов химического никелирования, казалось бы, можно, используя приемы активации
поверхности кремния частицами палладия, полученными при контактном осаждении, как
описано в работе [5]. Однако этим путем не удается обеспечить требуемые для высокой
каталитической активности гранулометрические характеристики частиц палладия и адгезию пленок осаждаемых металлов.
Известны приемы палладиевой активации поверхности металлов полупроводников и
диэлектриков с использованием растворов SnCl2 и PdCl2 как раздельных, так и совмещенных [1, 2, 15]. Так, проведение операции обработки поверхности в подкисленных растворах SnCl2 (как правило, 0,1 М растворы), а затем в воде приводит к образованию пленки
гидроксосоединений Sn (II) (уравнение реакции 1), выполняющей функции адгезионного
подслоя и восстановителя.
(1)
SnCl2 + Н2О → SnOHCl + HCl
Далее Sn (II) окисляется адсорбированными на подложке ионами палладия с образованием частиц палладиевого катализатора (уравнение реакции 2).
(2)
SnOHCl + (n + 1)H2O + PdCl2 → SnO2⋅nH2O + Pd0 + 3НСl
Последние катализируют химическое восстановление меди и никеля из растворов
(уравнение реакции 3).
(3)
Ni2+ + 2H2PO2¯ + 2H2O → Ni0 + 2H2PO3¯ + H2↑ + 2H+
Восстановленный никель, в свою очередь, катализирует реакцию диспропорционирования гипофосфит-ионов с образованием фосфора (уравнение реакции 4).
(4)
3H2PO2¯ + 2H+ → H2PO3¯ + 2P + 3H2O
В результате совместного восстановления никеля и фосфора образуется сплав Ni-P.
Получаемые на кремниевых подложках пленки Ni-P имеют малую адгезию, отслаиваются
уже при толщине 0.1 мкм и на них невозможно осадить пленки других металлов. Применение по этим причинам нашли лишь пленки меди [3,4], не являющиеся барьерным слоем.
Наиболее близок к заявляемому способ, описанный в патенте [16], согласно которому
на поверхность кремния после плазмохимического травления методом химического осаждения из раствора наносят слой меди из трилонатного раствора, а его формирование обеспечивается предварительной активацией очень гладкой поверхности обработкой в SnCl2 и
PdCl2 содержащих подкисленных растворах. Относительное содержание ионов олова и
палладия в этих растворах варьируется в зависимости от состава подложки, и минимальное количество ионов олова требуется при осаждении металла на чистом кремнии (соотношении молярных концентраций олова к палладию в таком случае составляет 2:1).
Недостатками указанного способа являются диффузия меди в кремний при эксплуатации интегральных схем, что недопустимо из-за изменения характеристик приборов; необходимость для предотвращения диффузии нанесения промежуточных барьерных слоев на
основе SiO2, TiN, SiN, TiSiN, для чего нужны высокие температуры и дорогостоящие установки. Невозможным является нанесение на подслой из меди пленок других металлов
(например, олова, золота, их сплавов) с целью обеспечения пайки, сварки, защиты от коррозии, регулирования электрофизических параметров. Химическое осаждение барьерного
слоя Ni-P на активированную описанным способом поверхность невозможно из-за недостаточной каталитической активности поверхности активированного кремния в реакции
окисления гипофосфит-ионов.
Задачей заявляемого способа является равномерное осаждение из растворов на кремниевых пластинах с гладкой поверхностью барьерного слоя Ni-P, увеличение адгезии химически осажденной пленки Ni-P к кремнию и обеспечение возможности осаждения из
растворов на эту пленку многослойных пленочных структур с суммарной толщиной пленок металлов до 4-7 мкм.
Поставленная задача достигается тем, что в способе получения барьерного адгезионного слоя никель-фосфор на монокристаллическом кремнии с использованием процессов
химического осаждения металлов из растворов, включающем операции травления крем3
BY 12790 C1 2010.02.28
ния, сенсибилизации в растворе SnCl2, активации в растворе PdCl2, химического осаждения металла, травление кремния проводят в концентрированном 48-53 %-ном растворе
KOH при температуре 83-87 °С в течение 10-12 мин, сенсибилизацию - в 0,1-0,3 %-ном
растворе SnCl2 в нейтральной водно-спиртовой среде при объемном соотношении вода:этанол 3:1 при комнатной температуре в течение 8-15 мин, осаждение металла - в слабокислом ацетатно-гипофосфитном растворе никелирования, содержащем ацетат никеля,
гипофосфит натрия, ацетат аммония, малеиновый ангидрид и воду при следующем соотношении компонентов, г/дм3: Ni(CH3COO)2 - 28-32, NaH2PO2⋅H2O - 35-40, NH4CH3COO 25-30, малеиновый ангидрид - 0,3-0,8, вода до 1 дм3, при 40-45 °С в течение 2,5-3 мин, после обработки в котором изделия прогревают при 250-270 °С в течение 120-130 мин. В результате формируется прочно удерживаемая на кремнии пленка Ni-P, пригодная для
последующего осаждения из растворов пленок меди, золота, палладия, сплавов Cu-Sn, AuSn и др., вплоть до толщины 4-7 мкм.
Преимущества заявляемого способа осаждения из растворов барьерного адгезионного
слоя Ni-P на кремнии доказываются следующими примерами.
Пример 1 (по прототипу).
На кремниевую пластину плазмохимическим методом наносят барьерный слой TiSiN
и слой кремния. Пластину погружают в раствор, содержащий SnCl2 22 г/дм3 (можно варьировать от 0,1 до 25 г/дм3) и PdCl2 0,6 г/дм3 (можно варьировать от 0,1 до 1,0 г/дм3) при pH
1-3 (регулируется HCl) на 1-3 мин при комнатной температуре. Затем после промывки
дистиллированной водой проводят химическое осаждение меди из раствора состава
CuSO4⋅5H2O 15-18 г/дм3, ЭДТА 50-55 г/дм3, CH2O 18-22 см3/дм3, NaOH до pH 9-12,5 в течение 3-5 мин при комнатной температуре. В результате осаждается равномерная пленка
меди толщиной 0,15 мкм. Последующее осаждение на ней других металлов или сплавов
приводит к отслоению покрытия.
Пример 2.
Кремниевую пластину последовательно обрабатывают в кислом растворе травления
состава HF : HNO3 = 1:1 (объемное соотношение) 1-2 мин при 20 °С, после тщательной
промывки водой - в кислом растворе SnCl2 (22 г/дм3, (можно варьировать от 0,1 до 25
г/дм3) и HCl 10 см3/дм3 в течение 8-10 мин при комнатной температуре, промывают в дистиллированной воде и обрабатывают в подкисленном растворе PdCl2 0,6 г/дм3 (можно
варьировать от 0,1 до 1,0 г/дм3) при pH 1-3 (регулируется HCl) в течение 1-3 мин при комнатной температуре. Затем после промывки дистиллированной водой проводят химическое осаждение никеля из щелочного гипофосфитного раствора состава (г/дм3):
NiCl2⋅6H2O - 24, NaH2PO2⋅H2O - 37, NH4Cl - 27, сахарин - 0,5, NH3⋅H2O - 25 см3/дм3 в течение 1-2 мин при 50 °С. После осаждения никеля кремниевую пластину тщательно промывают водой и сушат обдувом теплым воздухом. Осаждение никеля происходит крайне
неравномерно, в виде отдельных пятен, после достижения толщины ~ 0,05 мкм покрытие
растрескивается и отслаивается.
Пример 3.
Кремниевую пластину последовательно обрабатывают в кислом растворе травления
состава HF : HNO3 = 1:1 в течение 1-2 мин при 20 °С, после тщательной промывки водой в кислом растворе SnCl2 состава: SnCl2 22 г/дм3 (можно варьировать от 0,1 до 25 г/дм3),
HCl 10 см3/дм3 в течение 8-10 мин при комнатной температуре, промывают в дистиллированной воде и обрабатывают в подкисленном растворе PdCl2 состава (0,6 г/дм-3, можно
варьировать от 0,1 до 1,0 г/дм3) и HCl 1 см3/дм3 в течение 1-3 мин при комнатной температуре. Затем после промывки дистиллированной водой проводят химическое осаждение
никеля из кислого гипофосфитного раствора состава (г/дм3): Ni(CH3COO)2 - 30,
NaH2PO2⋅H2O - 37, NH4CH3COO - 27, сахарин - 2 в течение 2-3 мин, вода до 1 дм3 при
50 °С. После осаждения никеля кремниевую пластину тщательно промывают водой и су-
4
BY 12790 C1 2010.02.28
шат обдувом теплым воздухом. Осаждение никеля происходит неравномерно, в виде пятен, после достижения толщины ~ 0,07 мкм покрытие растрескивается и отслаивается.
Пример 4.
Кремниевую пластину последовательно обрабатывают в 20 %-ном растворе KOH в течение 10-15 мин при 20 °С, после тщательной промывки водой - в подкисленном растворе
SnCl2 состава: SnCl2 22 г/дм3 (можно варьировать от 0,1 до 25 г/дм3) и HCl 10 см3/дм3 8-10
мин при комнатной температуре, промывают в дистиллированной воде и обрабатывают в
подкисленном растворе PdCl2 состава: PdCl2 0,6 г/дм3 (можно варьировать от 0,1 до
1,0 г/дм3), HCl 1 см3/дм3 в течение 1-3 мин при комнатной температуре. Затем после промывки дистиллированной водой проводят химическое осаждение никеля из щелочного
гипофосфитного раствора, описанного в примере № 2 в течение 1-2 мин при 50 °С. После
осаждения никеля кремниевую пластину тщательно промывают водой и сушат обдувом
теплым воздухом. Осаждение никеля происходит крайне неравномерно, в виде отдельных
пятен, после достижения толщины ~ 0,05 мкм покрытие из никеля растрескивается и отслаивается.
Пример 5.
Кремниевую пластину последовательно обрабатывают в 20 %-ном растворе KOH в течение 10-15 мин при 20 °С, после тщательной промывки водой - в подкисленном растворе
SnCl2 состава: SnCl2 22 г/дм3 (можно варьировать от 0,1 до 25 г/дм3) и HCl 10 см3/дм3 8-10
мин при комнатной температуре, промывают в дистиллированной воде и обрабатывают в
подкисленном растворе, содержащем 0,6 г/дм3 PdCl2 (можно варьировать от 0,1 до 1,0
г/дм3) и 1 см3/дм3 HCl, в течение 1-3 мин при комнатной температуре. Затем после промывки дистиллированной водой проводят химическое осаждение никеля из кислого гипофосфитного раствора, описанного в примере № 3, в течение 2-3 мин при 50 °C. После
осаждения никеля кремниевую пластину тщательно промывают водой и сушат обдувом
теплым воздухом. Осаждение никеля происходит неравномерно, остаются непокрытые
пятна, после достижения толщины ~ 0,07 мкм покрытие растрескивается и отслаивается.
Пример 6.
Кремниевую пластину последовательно обрабатывают в 50 %-ном растворе KOH в течение 10-12 мин при 85 °С, после тщательной промывки водой - в подкисленном растворе
SnCl2 состава: SnCl2 22 г/дм3 (можно варьировать от 0,1 до 25 г/дм3) и HCl 10 см3/дм3 8-10
мин при комнатной температуре, промывают в дистиллированной воде и обрабатывают в
подкисленном растворе, содержащем 0,6 г/дм3 PdCl2 (можно варьировать от 0,1 до 1,0
г/дм3) и 1 см3/дм3 HCl, в течение 1-3 мин при комнатной температуре. Затем после промывки дистиллированной водой проводят химическое осаждение никеля из кислого гипофосфитного раствора, описанного в примере № 3, в течение 2-3 мин при 50 °С. После
осаждения никеля кремниевую пластину тщательно промывают водой и сушат обдувом
теплым воздухом. Осаждение никеля происходит неравномерно, остаются непокрытые
пятна, после достижения толщины - 0,12 мкм покрытие растрескивается и отслаивается.
Пример 7.
Кремниевую пластину последовательно обрабатывают в растворе травления состава
50 % KOH в течение 10-12 мин при 85 °С, после тщательной промывки водой - в нейтральном водном 0,2 %-ном растворе SnCl2 в течение 10-20 мин при комнатной температуре, промывают в дистиллированной воде и обрабатывают в подкисленном растворе,
содержащем 0,6 г/дм3 PdCl2 (можно варьировать от 0,1 до 1,0 г/дм3) и 1 см3/дм3 HCl, в течение 1-3 мин при комнатной температуре. Затем после промывки дистиллированной водой проводят химическое осаждение никеля из кислого гипофосфитного раствора,
описанного в примере № 3, в течение 3 мин при 45 °C. После осаждения никеля кремниевую пластину тщательно промывают водой и сушат обдувом теплым воздухом. Осаждение никеля происходит очень равномерно, без дефектов, толщина пленки может достигать
5
BY 12790 C1 2010.02.28
0,20 мкм. Эта пленка не отслаивается при скотч-тесте и нанесении царапин. После осаждения последующих слоев металлов пленка отслаивается от кремния.
Пример 8.
Кремниевую пластину последовательно обрабатывают в растворе травления состава
50 % KOH в течение 10-12 мин при 85 °С, после тщательной промывки водой - в нейтральном 0,2 %-ном растворе SnCl2 в течение 10 мин при комнатной температуре, промывают в дистиллированной воде и обрабатывают в подкисленном растворе, содержащем 0,6
г/дм-3 PdC2 и 1 см3/дм3 HCl, в течение 1 мин при комнатной температуре. Затем после
промывки дистиллированной водой проводят химическое осаждение никеля из кислого
гипофосфитного раствора, описанного в примере № 3, в течение 3 мин при 45 °С до толщины 0,2 мкм. После осаждения никеля кремниевую пластину тщательно промывают водой и сушат обдувом теплым воздухом. Затем проводят прогрев образца в муфельной
печи при 260 °С в течение 2 часов. Осаждение никеля происходит очень равномерно, без
дефектов, толщина пленки может достигать 0,2 мкм. Пленка никеля не отслаивается при
скотч-тесте и нанесении царапин. После прогрева возможно химическое и электрохимическое доращивание последующих слоев до суммарной толщины 2-3 мкм. Имеются локальные отслаивания покрытий.
Пример 9.
Кремниевую пластину последовательно обрабатывают в 50 %-ном растворе KOH в течение 10-12 мин при 85 °С, после тщательной промывки водой - в нейтральном 0,2 %-ном
растворе SnCl2 10 мин при комнатной температуре, промывают в дистиллированной воде
и обрабатывают в подкисленном растворе, содержащем 0,6 г/дм3 PdCl2 и HCl 1 см3/дм3 в
течение 1-3 мин при комнатной температуре. Затем после промывки дистиллированной
водой проводят химическое осаждение никеля из кислого гипофосфитного раствора, описанного в примере № 3, но с заменой сахарина на 0,3-0,8 г/дм3 малеинового ангидрида, в
течение 3 мин при 45 °С до толщины 0,20 мкм. После осаждения никеля кремниевую пластину тщательно промывают водой и сушат обдувом теплым воздухом. Затем проводят
прогрев образца в муфельной печи при 260 °С в течение 2 часов. Осаждение никеля происходит очень равномерно, без дефектов, толщина пленки может достигать 0,20 мкм.
Пленка никеля не отслаивается при скотч-тесте и нанесении царапин. После прогрева
возможно химическое и электрохимическое доращивание последующих слоев до суммарной толщины пленок 4-6 мкм. Наблюдается частичное отслаивание покрытий при скотчтесте.
Пример 10.
Кремниевую пластину последовательно обрабатывают в 50 %-ном растворе KOH в течение 10-12 мин при 85 °С, после тщательной промывки водой - в 0,2 %-ном растворе
SnCl2 в нейтральной водно-спиртовой среде при объемном соотношении вода:этанол 3:1 в
течение 10 мин при комнатной температуре, промывают в дистиллированной воде и обрабатывают в подкисленном растворе, содержащем 0,6 г/дм3 PdCl2 и HCl 1 см3/дм3 в течение
1-3 мин при комнатной температуре. Затем после промывки дистиллированной водой
проводят химическое осаждение никеля из кислого гипофосфитного раствора, описанного
в примере № 3, но с заменой сахарина на 0,3-0,8 г/дм3 малеинового ангидрида, в течение 3
мин при 45 °С до толщины 0,25 мкм. После осаждения никеля кремниевую пластину тщательно промывают водой и сушат обдувом теплым воздухом. Затем проводят прогрев образца в муфельной печи при 260 °С в течение 2 часов. Осаждение никеля происходит
очень равномерно, без дефектов, толщина пленки может достигать 0,25 мкм. Пленка никеля не отслаивается при скотч-тесте и нанесении царапин. После прогрева возможно химическое и электрохимическое осаждение слоев никеля, меди, золота, олова, палладия,
сплавов на их основе до суммарной толщины пленок 4-7 мкм, которые не отслаиваются
при скотч-тесте.
6
BY 12790 C1 2010.02.28
Пример 11.
Кремниевую пластину последовательно обрабатывают в 48 %-ном растворе KOH в течение 12 мин при 83 °С, после тщательной промывки водой - в 0,1 %-ном растворе SnCl2 в
нейтральной водно-спиртовой среде при объемном соотношении вода:этанол 3:1 в течение 8 мин при 18 °С, промывают в дистиллированной воде и обрабатывают в подкисленном растворе, содержащем 0,6 г/дм3 PdCl2 и HCl 1 см3/дм3 в течение 3 мин при 18 °С.
Затем после промывки дистиллированной водой проводят химическое осаждение никеля
из кислого гипофосфитного раствора состава (г/дм3): Ni(CH3COO)2 - 28, NaH2PO2⋅H2O 35, NH4CH3COO - 25, малеиновый ангидрид - 0,3, вода до 1 дм3 в течение 3 мин при 40 °С
до толщины 0,25 мкм. Образующаяся пленка никеля равномерна, без дефектов, не отслаивается при скотч-тесте и нанесении сетки царапин. После осаждения никеля кремниевую
пластину тщательно промывают водой и сушат обдувом теплым воздухом. Затем проводят прогрев образца в муфельной печи при 250 °С в течение 130 мин. После прогрева возможно химическое и электрохимическое осаждение слоев никеля, меди, золота, олова,
палладия, сплавов на их основе до суммарной толщины пленок 4-7 мкм, которые не отслаиваются при скотч-тесте.
Пример 12.
Кремниевую пластину последовательно обрабатывают в 53 %-ном растворе KOH в течение 10 мин при 87 °С, после тщательной промывки водой - в 0,3 %-ном растворе SnCl2 в
нейтральной водно-спиртовой среде при объемном соотношении вода:этанол 3:1 в течение 15 мин при 23 °С, промывают в дистиллированной воде и обрабатывают в подкисленном растворе, содержащем 0,6 г/дм3 PdCl2 и HCl 1 см3/дм3 в течение 3 мин при 23 °С.
Затем после промывки дистиллированной водой проводят химическое осаждение никеля
из кислого гипофосфитного раствора состава (г/дм3): Ni(CH3COO)2 - 32, NaH2PO2⋅H2O 40, NH4CH3COO - 30, малеиновый ангидрид - 0,8, вода до 1 дм3 в течение 2,5 мин при
45 °С до толщины 0,25 мкм. Образующаяся пленка никеля равномерна, без дефектов, не
отслаивается при скотч-тесте и нанесении сетки царапин. После осаждения никеля кремниевую пластину тщательно промывают водой и сушат обдувом теплым воздухом. Затем
проводят прогрев образца в муфельной печи при 270 °C в течение 120 мин. После прогрева возможно химическое и электрохимическое осаждение слоев никеля, меди, золота,
олова, палладия, сплавов на их основе до суммарной толщины пленок 4-7 мкм, которые не
отслаиваются при скотч-тесте.
Свойства полученных пленок на кремнии приведены в таблице.
Методики доращивания пленок никеля на кремнии состоят в следующем. Пленки Ni-Р
осаждают из кислых ацетатно-гипофосфитных растворов, приведенных в примерах 3, 1012 до толщины 2-6 мкм в течение 30-90 мин. На этот слой, полученный в результате двухстадийного осаждения никеля до толщины 2-3 мкм, можно химически осадить золото до
толщины 0,1-0,3 мкм, палладия до толщины 0,5-1,5 мкм, электрохимически осадить сплав
Cu-Sn до толщины 3-4 мкм, сплав Au-Sn до толщины 2-3 мкм. Осаждение пленок металлов происходит очень равномерно, без дефектов. Суммарное многослойное покрытие
толщиной 4-7 мкм не отслаивается при скотч-тесте и нанесении царапин.
Приведенные примеры доказывают, что поставленная задача (равномерное осаждение
из растворов на кремниевых пластинах с гладкой поверхностью барьерного слоя Ni-Р,
увеличение адгезии химически осажденной пленки Ni-P к кремнию и обеспечение возможности осаждения из растворов на эту пленку многослойных пленочных структур) достигается только при соблюдении всей последовательности необходимых операций и
условий их проведения, описанных в примерах 10-12.
7
BY 12790 C1 2010.02.28
Пример №
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Предельная толщина
первой
пленки
металла,
мкм
Отличия от заявляемого способа
Прототип
Возможно лишь осаждение меди на Si
Кислый раствор травления кремния,
концентрированный водный раствор
SnCl2, щелочной раствор никелирования, отсутствует прогрев
Кислый раствор травления кремния,
концентрированный водный раствор
SnCb, кислый ацетатный раствор никелирования содержит сахарин вместо
малеинового ангидрида, отсутствует
прогрев
Низкая температура щелочного раствора травления кремния, концентрированный водный раствор SnCl2, щелочной
раствор никелирования, отсутствует
прогрев
Низкая температура щелочного раствора травления, концентрированный водный раствор SnCl2, кислый раствор
никелирования содержит сахарин вместо малеинового ангидрида, отсутствует
прогрев
Концентрированный водный раствор
SnCl2, кислый ацетатный раствор никелирования содержит сахарин вместо
малеинового ангидрида, отсутствует
прогрев
Разбавленный водный раствор SnCl2,
кислый ацетатный раствор никелирования содержит сахарин вместо малеинового ангидрида, отсутствует прогрев
Разбавленный водный раствор SnCl2,
кислый ацетатный раствор никелирования содержит сахарин вместо малеинового ангидрида
Разбавленный водный раствор SnCl2,
Соответствует формуле изобретения
Соответствует формуле изобретения
Соответствует формуле изобретения
8
Площадь
Предельповерх- Возможная толности,
ность
щина покремния наращиследуюпокрыто- вания
щего слоя,
го плен- слоев
мкм
кой, %,
0,15
100
-
-
0,05
30-40
-
-
0,07
40-50
-
-
0,05
20-30
-
-
0,07
40-50
-
-
0,12
60-70
-
-
0,20
95-100
-
-
0,20
95-100
+
0,20
95-100
+
0,25
0,25
0,25
100
100
100
+
+
+
2-3,
частичное
отслаивание
4-6
частичное
отслаивание
4-7
4-7
4-7
BY 12790 C1 2010.02.28
Источники информации:
1. V.V. Sviridov, T.V. Gaevskaya, L.I. Stepanova, T.N. Vorobyova. Electroless Deposition
and Electroplating of Metals. Collection of papers: Chemical Problems of the Development of
New Materials and Technologies.- Minsk: BSU, 2003. - P. 9-59.
2. Свиридов В.В., Воробьева Т.Н., Гаевская Т.В., Степанова Л.И. Химическое осаждение металлов из водных растворов.- Мн., 1987. - 270 с.
3. Fong Н.Р, Wu Y., Wang Y.Y., Wan C.C.. Electroless Cu deposition process on TiN for
ULSI interconnect fabrication via Pd/Sn colloid activation // J. Electronic Mat. 2003.- № 1.
4. Don Baudrand. Electroplating / Electroless Plating for Electronic Applications, http:/
www.phonline.com/articles/129901.html.
5. Pap A.E., Kordas K., Peura R., Leppavuori S.. Simultaneous chemical silver and palladium deposition on porous silicon; FESEM, TEM,EDX and XRD investigation // Applied Surface Science.- 2002. - Vol. 201. - P. 56-60.
6. Magagnin L., Maboudian R., Carraro C.. Adhesion evaluation of immersion plating copper films on silicon by microindentation measurements // Thin Solid Films. 2003. - Vol. 434. P. 100-105.
7. Sasano J., Murota R., Yamauchi Y., Sakka T., Ogata Y.H.. Re-dissolution of copper deposited onto porous silicon in immersion plating // J. of Electroanalytical Chemistry.- 2003. Vol. 559. - P 125-130.
8. Balaur E., Zhang Y., Djenizian T., Schmuki P.. Electron beam-treated organic monolayers
as a negative resist for Cu immersion plating on Si // J. Solid State Electrochem.- 2004. - Vol. 8. P. 772-777.
9. Harraz F.A., Sakka T., Ogata Y.H.. Effect of chloride ions on immersion plating of copper
onto porous silicon from a methanol solution // Electrochimica Acta. - 2002. - Vol. 47. - P 12491257.
10. Talanin V.I., Talanin I.E. // Semiconductor Physics, Quantum Electronics and Optoelectronics. - 2003. - Vol. 6. - № 4. - P. 431-436.
11. Wen Cho, Wei-Kuo Chin, Ching-Tung Kuo // Sensors and Actuators A. - 2004. - Vol.
116. - P. 353-366.
12. Юхневич A.B. // Химические проблемы создания новых материалов и технологий.
Минск, 1998.- Вып. 2. - С. 483-488.
13. Усенко А.Е., Хижняк Е.А., Юхневич А.В., Свиридовские чтения: Сб. статей.
Минск: БГУ, 2006.- Вып. 3. - С. 165-169.
14. Хижняк Е.А., Усенко А.Е., Юхневич А.В., Свиридовские чтения: Сб. статей.
Минск: БГУ, 2006. - Вып. 3. - С. 182-187.
15. Шалкаускас М., Вашкялис А. Химическая металлизация пластмасс. - Л.: Химия,
1985. - 144 с.
16. Патент США 6472310, 2003.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
9
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
124 Кб
Теги
by12790, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа