Раствор для химического травления меди Советский патент 1993 года по МПК C23F1/18 C23F1/02 

Изобретение относится к области химической обработки меди и может быть использовано при изготовлении микросхем в радиоэлектронной промышленности.

Цель изобретения - повышение скорости травления меди и емкости раствора по стравленной меди.

Для решения поставленной задачи были использованы новые приемы и подобран иной состав раствора. Определенная часть ионов хлора и брома заменена на иодид- ионы, выполняющие в данном случае роль активатора и комплексообразователя ионов меди (II).

Дорогостоящие амины (алканоламины) исключены из состава растворов. В качестве лиганда ионов меди (II) используется только аммиак. Этим действием одновременно повышаются скорость травления и емкость по меди (II).

. Автору неизвестны составы растворов, содержащих указанные компоненты в заявляемом соотношении и фиксирующих эффект каталитической активности у аммиакатных меднр-галогёнидных комплексов,

Содержание в растворе CuCta

: в заявляемом йнтервале(0,75-1,00) моль/л является наиболее целесообразным, поскольку при данных концентрациях травление идет с высокой скоростью, поддается контролю и регулированию изменением концентрации в установленных пределах. Уменьшение концентрации CuCte ниже 0,75 моль/л и увеличение выше 1,00 моль/л резко снижает скорость травления.

Наиболее целесообразным является также использование аммиака в концентрационном интервале (5,5-6,8) моль/л, т.к. при этом обеспечивается формирование в растворе каталитически активных медно-амми- акатных комплексов.

Последовательность приготовления травильного раствора обусловлена тем, что ионы меди (II), входящие в состав аммиакатных комплексов, стабилизируются и не вое- останавливаются ионами иодида до одновалент- ного состояния. В этом случае формируются сме- шанные аммиакатно-иодидные комплексы меди (II), обладающие повышенной каталитической активностью.

При концентрации аммиака ниже 5,5 моль/л раствор теряет стабильность, в осадок выпадают соединения меди (II) переменн- О

Ј

00

о VJ

о

00

о

ного состава. Использование NHs 6,8 моль/л нецелесообразно, т.к. скорость травления не изменяется, но возрастает летучесть аммиака из раствора.

Молекулы аммиака находятся в равновесии с ионами аммония, однако/юследних при этом образуется слишком мало. Введение дополнительного количества ионов аммония в виде хлорида, бромида и иодида необходимого для повышения скорости травления и обеспечения буферных свойств раствора. Существует определенный сине- ргизм действия гэлогенид-ионоа и аммония, выражающийся в непропорциональном концентраций повышении скорости травления. Пределы концентраций оптимальны, т.к. уменьшение содержания ионов аммония ниже минимального приводит к снижению скорости и емкости растворов, а превышение - ко всем тем нежелательным эффектам, которые вызваны повышением концентрации аммиака, потому что равновесие МЙ4+ + Н в этом случае смещается вправо.

Целесообразность выбора концентрационного интервала ионов бромида и иодида, соответственно 0,2-0,5 и 0,4-0,5 обусловлена тем, что в данной области возрастает скорость травления, повышается емкость растворов по меди (II), травление становится, равномерным во времени. При меньшей концентрации указанных галоге- нид-ионов недостаточна емкость растворов по стравленной меди, и, кроме того, скорость существенно меняется по ходу травления. Превышение указанных пределов влечет за собой уменьшение скорости травления меди и емкости растворов

Примеры, иллюстрирующие процесс травления, приведены в таблице.

Знаком х) выделены оптимальные соотношения компонентов, при которых обеспечивается равномерно высокая скорость травления и большая емкость растворов по растворенной меди. Травильные растворы готовили в указанной последовательности смешением компонентов в различных соотношениях в мерных колбах при комнатной температуре. Емкость растворов по меди (II) определяли титрометрически с трилоном Б и индикатором - мурексидом, до момента выпадения высокодисперсного осадка соединений меди. Скорость травления определяли гравиметрически при 25°С при использовании вращающегося дискового электрода, изготовленного из меди марки М-99. Интенсивное вращение электрода (73 об./с) имитирует гидродинамические условия струйного травления меди.

Преимущества раствора, по сравнению с прототипом заключаются в повышении скорости травления и емкости растворов по меди, продлении срока их службы. Обеспе- чивается равномерная скорость травления и высокое качество обработки изделий, уменьшается количество шлама на поверхности. В результате более равномерного травления облегчается контроль и регулиро- вание процесса.

Примеры конкретного выполнения. Пример 1. Для приготовления водного раствора состава, моль/л:

Аммиак6,0 Ионы меди (II) 0,8 Ионы аммония 3,8 Хлорид-ионы 4,6 Бромид-ионы 0,3 Иодид-ионы 0,5 в мерную колбу на 200 мл поместили рассчитанную навеску соли CuCl2-2H20 (27,27 г), добавили 88 мм 25%-ного водного раствора аммиака и немного воды. После полного растворения CuCte в колбу добавили наве- ски NH4CI (32,07 г), МНзВг (5.87 г) и (14,49 г). Растворили их( и довели раствор до метки.

50 мл приготовленного раствора поместили в термостатируемую при 25°С ячейку. Скорость травления меди определили гравиметрически через временной интервал 10 мин по формуле

I

0

Мmi

5

ST

Д , КГ/М2С

где гти и та - соответственно, начальная и конечная массы медного образца; S - площадь поверхности медного образца, 68-10 4 м ; т- время, 600 с.

Скорость травления меди в течение процесса изменяется незначительно: сначала она практически постоянная, затем проходит через небольшой максимум. Максимальное и минимальное значение скорости отличаются всего на 2,4 единицы. Опыт про5 должают до момента начала высаливания соединений меди (II) из раствора, который определялся по появлению первичной тонкой пленки на поверхности раствора. Если продолжать процесс

0 травления далее, то раствор потеряет свою стабильность, в осадок выпадают малорастворимые соединения меди (II) переменного состава.

Концентрация ионов меди (II) в растворе

5 в момент до начала высаливания является емкостью раствора по меди. В данном случае она равнялась 1,02 моль/л, т.е. 127% от первоначального содержания меди (II). Пример 2, Раствор состава, моль/л:

6,8

1.0

3,1

5,1

О

О

готовили аналогично раствору из примера 1. Зависимость скорости травления,от концентрации меди (II) представляет собой кривую с максимумом. Скорость травления во вре- мя процесса невысока и неравномерна. Достаточно сильные колебания скорости травления (на 4,6 единицы) отрицательно сказываются на качестве обработки поверхности. Указанные недостатки приводят к подтравливанию кромки медных проводников под слой фоторезиста и образованию малорастворимых соединений на поверхности меди.

Технико-экономические преимущества раствора по сравнению с прототипом заключаются в повышении скорости травления меди в 2,5-2,8 раза и емкости растворов по меди ((I) в 1,3-1,5 раза. Скорость травления меди во время процесса равномерна, что обеспечивает высокое качество обработки изделий, уменьшение подтравлива- ния кромки медных проводников, отсутствие шлама на поверхности изделий, который выпадает при резком конечном

уменьшении скорости в прототипе. В результате более равномерного травления об легчается контроль и регулирование процесса.

Высокая емкость травительных растворов продлевает срок их службы, уменьшает количество новых объемов травильных растворов.

Однозначное использование в качестве ком плексооб разу ющего лигам да аммиака (в прототипе - аммиак или амины) приводит к снижению токсичности растворов и их удешевлению.

Ф о р м у л а и з о б р е те н и я Раствор для химического травления меди, содержащий аммиак, ионы меди (II), ионы аммония, хлорид- и бромид-ионы и воду, отличающийся тем, что, с целью повышения скорости травления и емкости раствора, он дополнительно содержит иодид-ионы при следующем соотношении компонентов, моль/л:

Аммиак5,5-6,8 Ионы меди (II) 0,75-1,00 Ионы аммония 3,5-4,1 Хлорид-ионы 4,4-5,1 Бромид-ионы 0,2-0,5 Иодид-ионы 0,4-0,5 Вода До 1.

Использование: химическое травление меди в производств печатных плат. Сущность изобретения: раствор для травления меди содержит, моль/л: аммиак 5,5-6,8, ионы меди (II) 0,75-1,0, ионы аммония 3,5- 4,1, хлорид-ионы 4,4-5,4, бромид-ионы 0,2- 0,5, иодид-ионы 0,4-0,5, вода до 1. 1 табл.