Состав активирующей смеси для травления оксидных пленок металлов Советский патент 1984 года по МПК C23F1/02 C23G5/00 

Изобретение относится к химической обработке металлов, в частности к травлению оксидных пленой, и может быть использовано в технологии изготовления тонкогшеночных электродных систем электрохимических диодов, интеграторов, управ ляемых резисторов и электрокинетических датчиков. Известен состав активирующей смеси для травления напыленных пленок хрома в соляной кислоте, представляющей водную суспензию ци ковой пыли С . Наиболее близким к предлагаемом по технической сущности является состав активирующей смеси для трав ления оксидной пленки SnOx, содержащей цинковую пьшь и метиловый спирт. Применение этой смеси включает стадию нагревания для удаления остатков метанола и получения в результате этого твердого полимерного покрытия с вкрапленными ча тичками цинка, а также стадию удаления остатков твердого полимера после травления C2l. j Однако при высушивании полимерн го покрытия происходит испарение токсичного метанола, пары Koioporo огне- и взрывоопасны. Это же относится к бензолу, который использую для удаления остатков твердого пол мера после травления. Водная суспензия цинковой пыли характеризуется низкой стабильност в результате образования и последу щего оседания частичек цинковой пы ли, а также плохим смачиванием по% верхности пленки. Метиловый спирт токсичен и плохо обезжиривает пове ность, в связи с чем требуется пре варительная операция обезжиривания поверхности пленки перед травлением. Цепью изобретения является инте сификация процесса при улучшении смачиваемсгсти и обезжиривания пове ности . Указанная цель достигается тем, что состав активирующей смеси для травления оксидных пленок металлов содержащий цинковую пьшь и спирт, в качестве спирта содержит изобути ловый спирт при следующем соотнсяпе компонентов, мас.%: . Цинковая пьшь (диаметр частиц 1-10 мкм)10-12 Изобутиловый Остальное спирт Способ заключается в следующем/ Для активации поверхности металлических пленок, например хромовых необходимо удалить оксидную пленку, всегда присутствующую на поверхности металла. Для этой цели удобнее всего восстановить эти оксиды атомарным водородом, который выделяется на поверхности частичек цинка в кислой среде. До настоящего времени активирование производилось путем формирования на поверхности оксида твердой полимерной пленки с вкраплениями цинковой пыли из метанольного раствора полимера. К недостатку этой активирующей смеси следует отнести то, что технологический процесс включает операцию высушивания раствора полимера, при которой происходит испарение токсичного.метанола, пары которого огне- и взрывоопасны. .Трудоемкость этого процесса усложняется необходимостью последующего удаления полимера бензолом, который тоже ядовит и огнеопасен. Во всех известных случаях операциям активации и последующего травления тонких пленок предшествует операция обезжиривания, так как на вакуумных металлических пленках наряду с оксидами всегда присутствуют остатки органических веществ, преимущественно вакуумного масла или продуктов его деструкции. При использовании водных или метанольных суспензий цинка дисперсионная среда - вода или метанол - не обладает обезжиривающими свойствами,так как не растворяет неполярные органические загрязнения, неизбежно присутствующие на поверхности. То же относится к поверхностям, загрязненным прикосновением рук препаратов. Кроме того, суспензия-восстаовитель должна хорошо смачивать эту пленку. Установлено, что оптимальное действие суспензии цинка достигается при использовании в качестве дисперсионной среды изобутиЛового спирта. Изобутиловый спирт хорошо растворяет всевозможные органические загрязнения, в частности минеральные масла, а также воду, которая всегдаГ1рисутствует на поверхности пленки. 3 В гомологическом ряду изобутанол я ляется первым, который неограничен смешивается с маслами. Измерение краевого угла смачива ния хромовых пленок водой и сттарта ми приведено в табл. t. б л и ц а Краевой угол см Наименование вания пленки хро растворителя ма, град Как видно из приведенных резуль татов, изобутанол имеет самый маленький краевой угол и, следовател но, характеризуется максимальной смачивающей способностью. Таким образом, применение изобутанола в качестве дисперсионной среды активирующей смеси улучшает смачиваемость поверхности и обеспечивае ее обезжиривание. Существенным недостатком суспен зии цинка в воде является низкая с степень ее агрегативной устойчивости по сравнению с суспензией ци ка в изобутаноле. Этр видно из сле дующего примера: если 10 г порошка цинка с размером частиц 1-10 мкм размешать в 25 мл воды, то через 3 ч образуется осаддк толщиной 48 м В изобутиловом спирте за то же время образуется осадок толщиной 14 мм. Таким образом, использование метанольного раствора полимера с диспергированной в нем цинковой пылью для активации травления пленок требует предварительного обезжириваКонцентрация Zn пьши, мае. Z Скорость травления в НС1 (конц.), нм/с;I ,8 It. 4 ния гшенки, нагревания для удаления остатков метанола и получения в ре- зультате этого твердого полимерного покрытия с вкрапленными частичками цинка, а также стадию удаления остатков твердого полимера бензолом лосле травления. Это сложная технология, включающая применение токсичных веществ (метанол, бензол | создающая пожаро- и взрывоопасную ситуацию. Водная суспензия цинка плохо смачивает поверхность, не обезжиривает ее, а сама система характеризуется низкой стабильностью, 1 Использование изобутилового спирта в качестве дисперсионной среды значительно упрощает технологию активирования и последующего травления пленок металла (исключается стадия образования и удаления твердой полимерной пленки и стадия обезжиривания поверхности). Исключается применение токсичных, пожаро- и взрывоопасных веществ, повьш1ается агрегативная устойчивость суспензии. Улучшение смачиваемости поверхности обеспечивает высокое качество травления пленок. Содержание цинковой пьши в активирукщей суспензии оказывает значительное влияние на скорость травления пленок хрома в соляной кислоте. При увеличении концентрации пыли цинка в изобутаноле до 10 мас.% наблюдается значительный рост скорости травления, максимальная величина скорости травления реализуется присодержании цинковой пыли 12 мас.%, а затем скорость травления не зависит от концентрации суспензии и даже несколько уменьшается, что может быть связвно ч; рвстом неустойчивости суспензии при пересыщении ее цинковой пьшью. Значения скопости травления пленок хрома в концентрированной соляной кислоте после обработке их активирующей смесью с различным содер-г жанием цинковой пыли приведены в табл. 2. Таблица 2 ю Т 12 МЗ Ьо If л Jг SI 2,5 2,6 2,55 2,5

Таким образом, оптимальное содержание цинковой пыли в активирующей суспензии, обеспечивающей максимальную скорость травления пленок хрома |составяяет 10-12 мас.%. При дальнейшем росте содержания цинковой пыли ухудшается стабильность суспензии, а скорость травления не воз растает.

Процесс травления с применением предлагаемой активирующей смеси осуществляется следующим образом.

Ситалловые пластины с нашшенными пленками хрома вьщержявают в активирукнцей смеси, представляющей собой 10-12 %-ную суспензию цинковой пьши в йзобутиловом спирте, в течение 0, с. После такой обработки пластины помещают в травильный раствор - концентрированную соляную кислоту, где осуществляется химическое травление хромовой пленки. Для окончания травления

обрабатываемые пластины промывают в дистиллированной воде. .Использование активирующей смеси предложенного состава позволяет автоматизировать процесс травления пленок хрома.

Пример. Активирующая смесь использована при травлении пленок хрома толщиной 300 им в сонцентрированной и разбавленной (l:l) соляной кислоте. В .табл.3 приведена зависимость времени травления пленок хрома от состава активирующей смеси. При изготовлении суспензии использовалась цинковая пыль ПЦ-2 (гост-12601-67 ) с размером частиц 1-10 мкм.

Таблица 3

СОСТАВ АКТИВИРУЮЩЕЙ СМЕСИ ДЛЯ ТРАВЛЕНИЯ ОКСИДНЫХ ППЕНОК МЕТАЛЛОВ, содержащий цинковую пыль и спирт, отлич ающий ся тем, что, с целью интенсификации процесса при улучшении смачиваемости и обезжиривания поверхности, он в качестве спирта содержит изобутиловьй спирт при следукяцем соотношении компонентов, мас.%; Цинковая пыль (диаметр частиц 1-10 мкм) 10-12 Изобутиловый Остальное спирт

йзойзов йзов йзов метавв НСг (разбавл.)

10 мас.% Zn пыли в изоI бутиловом спирте

5 мас.% Zn пыли в йзобутиловом спирте

Предлагаемый состав активирующей смеси для травления оксидных пленок

НСЕ (конц.)

2 (150 с) НСР (конц.)

2,5 (120 с) НС (конц.)

2,5 (120 с) НСЕ (конц.)

HCf (конц.)

2 1300 с)

(1:1 ) НСЕ (конц.)

,НСВ {разбавл.) (1:)

ъ

НСЕ (разбавл.) (1:1)

металлов, содержащий изобутиловый спирт в качестве дисперсионной среды, упрощает процесс травления оксидных пленок металла, исключает применение пожароопасных и токсичных веществ, улучшает смачивание и обезжиривание поверхности и обеспечивает .высокое качество травления пле- нок.