Раствор для химического травления меди
Иллюстрации
Реферат
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.
СОЮЭ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (я)5 С 23 F 1/18//С 23 F 1/02
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ
ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4853634/26 (22) 23.07.90 (46) 07.04.93, Бюл. М 13 . (71) Харьковский государственный университет им. А.M.Ãîðüêîãî (72) Э, Б.Хоботова (56) Патент Великобритании % 1426643, кл. С 23 F 1/00, опублик. 1976.
Патент США hb 3650957, к, С 09 К 3/00, С 23 F 1/00, опублик. 1972.
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 приемй и подобран иной состав раствора. Определенная часть ионов хлора и брома заменена на иодидионы, выполняющие в данном случае роль активатора и комплексообразователя ионов меди (ti).
Дорогостоящие амины (алканоламины) исключены из состава растворов. В качестве лиганда ионов меди (И) используется только аммиак. Этим действием одновременно повышаются скорость травления и емкость по меди (Щ.
Автору неизвестны составы растворов, содержащих указанные компоненты в заявляемом соотношении и фиксирующих эффект каталитической активности у аммиакатных медно-галогенидных комплексов, Содержание в растворе СиС1 :
„„5Ц „„1807089 Al (54) РАСТВОР ДЛЯ ХИМИЧЕСКОГО ТРАВЛЕНИЯ МЕДИ (57) Использование: химическое травление меди в производстье печатных плат. Сущность изобретения: раствор для травления меди содержит, моль/л: аммиак 5,5-6,8, ионы меди (!!) 0,75-1,0, ионы аммония 354,1, хлорид-ионы 4,4-5,4, бромид-ионы 0,20,5, иодид-ионы 0,4-0,5, вода до 1. 1 табл.
; 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 CuCIz ниже 0,75 . моль/л и увеличение выше 1,00 моль/л резко снижает скорость травления. ОО
Наиболее целесообразным является С) также использование аммиака в концентра- 4 ционном интервале (5,5-6,8) моль/л, т.к, при С) этом обеспечивается формирование в рас- О(р творе каталитически активных медно-аммиакатных комплексов.
Последовательность приготовления травильного раствора обусловлена тем, что ионы меди (!!), входящие в состав аммиакатных комплексов, стабилизируются и не вос-станавливаются ионами иодида до одновалент ного состояния. В этом случае формируются смешанные 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 (! !) перемен1807089 ного состава, Использование ИНз 6,8 моль/л нецелесообразно, т.к. скорость травления не изменяется, но возрастает летучесть аммиака из раствора.
Молекулы аммиака находятся в равно- 5 весии с ионами аммония, однэколоследних при этом образуется слишком мало. Введение дополнительного количества ионов аммония в виде хлоридэ, бромида и иодида необходимого для повышения скорости 10 травления и обеспечения буферных свойств раствора, Существует определенный синергизм действия галогенид-ионов и аммония, выражающийся в непропорциональном концентрации 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 NH4+ . «МНз+ Н в этом случае смещается вправо, .
Целесообразность выбора концентра- 25 ционного интервала ионов бромида v. 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 (il), травление 30 становится, равномерным во времени. При меньшей концентрации указанных галогенид-ионов недостаточна емкость растворов по стравленной меди, и, кроме того, скорость существенно меняется по ходу травле- 35 ния. Превышение указанных пределов влечет за собой уменьшение скорости травления меди и емкости раствсров.
Примеры, иллюстрирующие процесс травления, приведены в таблице. 40
Знаком х) выделены оптимальные соотношения компонентов. при которых обеспечивается равномерно высокая скорость травления и большая емкость растворов по растворенной меди. Трэвильные растворы 45 готовили в указанной последовательности смешением компонентов в различных соотношениях в мерных колбах при комнатной температуре. Емкость растворов по меди (!!) определяли титрометрически с трилоном Б 50 и индикатором — мурексидом, до момента выпадения высокодисперсного осадка сое. динений меди, Скорость травления определяли гравиметрически при 25 С при использовании вращающегося дискового 55 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. Обеспечивается равномерная скорость травления и высокое качество обработки изделий, уменьшается количество шлама на поверхности. В результате более равномерного травления облегчается контроль и регулирование процесса.
Примеры конкретного выполнения.
Пример 1. Для приготовления водного раствора состава, моль/л:
Аммиак 6,0
Ионы меди (!!) 0,8
Ионы аммония 3,8
Хлорид-ионы 4,6
Б ромид-ионы 0,3
Иодид-ионы 0,5 в мерную колбу на 200 мл поместили рассчитанную навеску соли СоС!г 2НгО (27,27 г), добавили 88 мм 25%-ного водного раствора аммиака и немного воды. После полного растворения С<С!г в колбу добавили навески NH4CI (32,07 r), ИНзВг (5.87 г) и NHP (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 гп! — п г г
Ч= —. кг/м с
$ г где m> и п г — соответственно, начальная и конечная массы медного образца; $ — площадь поверхности медного образца, 68 10 4 м; г- 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 продолжают до момента начала высаливания соединений меди (!!) из раствора, который определялся по появлению первичной тонкой пленки на поверхности раствора. Если продолжать процесс травления далее, то раствор потеряет свою стабильность, в осадок выпадают малорастворимые соединения меди (Il) переменного состава.
Концентрация ионов меди(!!) в растворе в момент до начала высаливания является емкостью раствора по меди. В данном глучае она равнялэсь 1,02 моль/л, т.е. 127% от первоначального содержания меди (!!). . Пример 2, Раствор состава, моль/л:
1807089
Аммиак 6,8
Ионы меди (11) 1,0
Ионы аммония 3Ä1
Хлорид-ионы 5,1
Бромид-ионы 0
Иодид-ионы 0 готовили аналогично раствору из примера 1.
Зависимость скорости травления,от концентрации меди (И) представляет собой кривую с максимумом. Скорость травления во время 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 (fl) в 1,3-1,5 раза. Скорость. травления меди во время процесса равномерна, что обеспечивает высокое качество обработки изделий, уменьшение подтравливания кромки медных проводников, отсутствие шлама на поверхности иэделий, который выпадает при резком конечном
Nl и/и
Состав раствора, моль/л
Емкость по ме- ди (ХХ)
3 от прототипа
1(онеч ная
Минимальная юаююмюю
22,4
21,6
Р1,2
150. 33,4
28,7
29,3
27,0
27,4
141
29,8
Ю Аммиак
Ионы меди (ХХ)
Ионы аммония
Хлорид "ионы
Б ромид-ионы
Иодид"ионы
И Аммиак
Ионы меди (ХХ)
Ионы аммония
Хлорид-ионы
Бромид"ионы
Иодид-ионы
>) Аммиак
Ионы меди (ХХ)
Ионы аммония
Хлорнд"ионы
Бромид-ионы
Иодид"ионы
5,5
0,15
3,5
4,4
0,2
0,4
6,8
1,0
4,1
5у!
О, 5
0,5
6,0
0,8
3,75
4;6.
0,3
0,45 уменьшении скорости в прототипе, В результате более равномерного травления облегчается контроль и регулирование процесса.
5 Высокая емкость травительных растворов продлевает срок их службы, уменьшает количество новых объемов травильных растворов, Однозначное использование в качестве
10 комплексообразующего лиганда аммиака (в прототипе — аммиак или амины) приводит к снижению токсичности растворов и их удешевлению.
Формула изобретения
15 Раствор для химического травления меди, содержащИЙ аммиак, ионы меди (11), ионы аммония, хлорид- и бромид-ионы и воду, отличающийся тем, что, с целью повышения скорости травления и емкости
20 раствора, он дополнительно содержит иодид-ионы при следующем соотношении компонентов, моль/л:
Аммиак 5,5-6,8
Ионы меди (И) 0,75-1,00
25 Ионы аммония 3,5-4, 1
Хлорид-ионы 4,4-5,1
6ромид-ионы 0,2-0,5
Иодид-ионы 0,4-0,5
Вода До 1.
Равномерность скорости
10,кг/м .с
Продолжение таблицы
1807089
O и/и
Состав раствора, моль/л
Емкость по меди (II)
4 от прототипа
Равномерность скорости, 10,кг/м с веЕве
Мини- Конечна
„мальная
Начальная вввв
12,2
15,7
13ю1
132
134,12,8
14,5
19,1
Аммиак 6,8
Ионы меди (ХТ) 1,0
Ионы аммония 3 6
Хлорид-ионы 5,1
Бромид-ионы 0,5
Иодид-ионы О
24,1
27,4
141
32 9
Аммиак 6,8
Ионы меди (II) .1,0
Ионы аммония 3,6
Хлорид-ионы 5, 1
Бромид-ионы О
Иодид-ионы 0,5
138
24 3
26,7
30,2
Аммиак
Ионы меди (II)
Ионы аммония
Хлорид»ионы
Бромид"ионы
Иодид-ионы
6,8
0,25
4,1
3,6.
0,5
О 5
14,4
11,7
10,2
9 Аммиак 1;5
Про- Ионы меди (II) 0,65
100
Ионы аммония 2,75
Галогенид-ионы 1, 1:
9,6
10 9
115 то-. тип
Редактор
Т.Ивайова
Заказ 1361 . Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул;Гагарина, 101
Аммиак 4,.5
Ионы меди (Ir) 0,6
Ионы аммония 4,1
Хлорид-ионы 4,3
Бромид-ионы 0,5.
Иодид-ионы 0,5
Аммиак 6,8
Ионы меди (Х?) 1,0
Ионы аммония 3,.1
Хлорид-ионы 5,1
Бромид-ионы О
Иодид-ионы О в ев ев ввв ° в в вее ввве ввв ввввввввввввввввввввввввввввввввв р и м е ч а н и е. Прототип сравнить с примером К 3 " середина концентрационных интервалов заявляемого решения
Составитель Э.Хоботова
Техред M. Моргентал Корректор С.Юско