Способ нанесения металлического покрытия на подложку

Способ нанесения металлического покрытия на подложку

Реферат

Изобретение относится к технологии изготовления печатных плат и может быть использовано в производстве печатных плат, радиоэлектронной аппаратуры и в других областях промышленности.

Известны химические способы получения металлических покрытий из водных растворов на различные подложки со сложным рельефом, которые являются зародышевыми или промежуточными (interface) слоями, необходимыми для надежной адгезии электролитической меди, являющейся токоведущим проводником печатных плат (Пирогова Е.В. Проектирование и технология печатных плат. - М.: Форум: ИНФРА-М, 2005. - 559 с.).

Основными недостатками этих способов являются трудность нанесения металлических покрытий в узкие каналы и глухие отверстия и, как следствие, невысокое качество и надежность плат в работе, большая трудоемкость и стоимость их изготовления.

Использование газофазных процессов нанесения позволяет равномерно покрывать поверхности подложек с любым сложным рельефом.

Известен способ нанесения металлического покрытия (W, Pd, Pt) на подложки методом CVD (химическое осаждение из газовой фазы) из летучих металлорганических соединений (прекурсоров) (патент US 6911229, опубл. 2005.06.28), заключающийся в том, что CVD-реактор предварительно откачивают до давления Р≤1,3·10^-4 Па, подложку нагревают до температуры 370÷430°С, а прекурсор доставляют в зону реакции с помощью инертного газа или СО. Процесс ведут до образования металлических слоев необходимой толщины 5÷50 нм. В качестве прекурсоров используют бис(аллил) палладия, циклопентадиенил аллил палладия, бис(1,1,1,5,5,5-гексафтор-2,4-гександионат) палладия (II) (Pd(ГФА)₂), бис(2,4-пентапдионат) платины (II), трифторфосфинат платины (Pt(PF₃)₄) и другие металлорганические соединения, включая циклооктадиенил, циклоэнтадиенил, алкил и аллил лиганды.

Недостатком известного способа является высокая температура проведения процесса, что приводит к невозможности использовать полимерные подложки с низкой температурой размягчения и деструкции.

Известен способ нанесения металлического покрытия на подложки для последующего электролитического осаждения меди (US 6524663, опубл. 2003.02.25), заключающийся в том, что процесс получения зародышевого металлического покрытия подложки (металлы Pd, Pt, Rh, Ir) проводят в две стадии. На первой стадии на подложку осаждают либо наносят из раствора металлорганический компаунд, созданный на основе прекурсоров указанных выше металлов. В качестве прекурсоров используют: алкенильные производные с минимальным количеством π-связей: β-дикетонаты металлов; либо бис-алкенильные производные с минимальным количеством π-связей, галогениды металлов, где галоген: бром, хлор, иод, фтор и др. На второй стадии проводят облучение металлорганического прекурсора УФ лампой в дипазоне длин волн 210-260 нм либо 290-330 нм с продувкой или без продувки воздухом, азотом или благородными газами.

Недостатками этого способа являются длительность (две стадии проведения процесса) и невысокое качество получаемого покрытия из-за неравномерного покрытия металлом поверхности подложек с любым сложным рельефом.

Наиболее близким к заявляемому способу (прототипом) является способ нанесения металлического покрытия на подложки в проточном атмосферном CVD-реакторе (Batch CVD Process for Depositing Pd Activation Layers // J. Electrochem. Soc, 2007, - Volume 154, Issue 3, pp.D151-D155), включающий две стадии. На первой стадии прекурсор, в качестве которого используют Pd(ГФА)₂, нагретый до температуры 60°С, транспортируют потоком азота при атмосферном давлении со скоростью 4,8 л/ч в течение 4÷15 сек в зону реактора, где расположены подложки, имеющие комнатную температуру, на которых и происходит конденсация прекурсора. На второй стадии реактор герметизируют и заполняют водородом при атмосферном давлении, а подложки нагревают до оптимальной температуры 180°С в течение 5 минут. При этом происходит химическая реакция восстановления палладия до металлического состояния с образованием на поверхности подложки зерен Pd размером 50÷120 нм и высотой 3÷9 нм. Кроме этого, на поверхности наблюдаются остатки прекурсора. Зародышевые зерна Pd необходимы для последующего электролитического осаждения слоев меди.

Недостатками данного способа являются: двухстадийность процесса осаждения зародышевых слоев палладия; высокая температура нагрева подложки, которая превышает температуру термической стабильности некоторых полимерных слоев (например, когда подложкой является печатная плата с нанесенным фоторезистом); наличие на поверхности подложки остатков прекурсора, который ухудшает адгезию слоев электролитической меди к ней.

Технической задачей изобретения является упрощение известного способа и повышение качества целевого продукта, а также расширение функциональных возможностей способа.

Поставленная техническая задача достигается заявляемым способом, заключающимся в следующем.

Подложку необходимого размера и толщины помещают в реактор, который откачивают до ~1·10¹ Па, далее подложку нагревают до температуры 50-70°С, подают в зону реакции смесь водорода и паров прекурсора, а подложку подвергают ультрафиолетовому облучению в диапазоне длин волн 126-172 нм. При этом поток водорода подают со скоростью 0,3-4,0 л/ч, а пары прекурсора с температурой 25-50°С подают со скоростью 2÷4 л/ч с помощью транспортного газа аргона. В результате происходит химическая реакция восстановления соответствующего металла из прекурсора до металлического состояния с образованием на поверхности подложки пленки, состоящей из зерен металла с размером 100÷150 нм. Преимущественно используют эксимерную ультрафиолетовую лампу, наполненную благородными газами или водородом, имеющую длину волны излучения в диапазоне 126÷172 нм. Разложение прекурсора достигается за счет фотодиссоциации водорода и кислорода с образованием высокореакционных частиц, таких как Н, О, О₃, которые резко понижают температуру его разложения.

В качестве металлического покрытия могут быть использованы палладий, платина, никель, медь.

В качестве подложки используют медь, полимеры, керамику, кремний.

В качестве прекурсоров используют летучие металлорганические соединения, выбранные из фторированных β-дикетонатных производных палладия, платины, никеля и меди, а также летучих триметильных производных Pt(IV).

Определяющим отличием заявляемого способа, по сравнению с прототипом, является то, что процесс проводят в одну стадию, при этом в зону реактора, где находится подложка, нагретая до температуры 50÷70°С, подают водород и пары прекурсора с температурой 25-50°С, подложку подвергают ультрафиолетовому облучению в диапазоне длин волн 126-172 нм до получения покрытия необходимой толщины, что позволяет упростить способ (за счет снижения температуры подложки и уменьшения количества стадий процесса), расширить его функциональные возможности, а также обеспечить равномерное покрытие подложки металлом.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами конкретного выполнения.

Пример 1

Подложку размером 15·20 мм², покрытую электролитической медью толщиной 5 мкм, помещают в реактор, который откачивают до ~1·10¹ Па, нагревают до температуры 70°С и обдувают газовой смесью, состоящей из водорода и паров прекурсора. Для этого поток водорода подают со скоростью 0,3 л/ч, а поток паров прекурсора Pd(ГФА)₂ с температурой 50°С подают с помощью аргона со скоростью 4 л/ч. Давление в реакторе поддерживается на уровне 2·10² Па. Подложку облучают эксимерной ультрафиолетовой лампой с длиной волны 172 нм в течение 3 минут до образования пленки на поверхности подложки, состоящей из зерен палладия с размером 100÷150 нм.

Пример 2

Подложку из кремния размером 10·15 мм², толщиной 300 мкм помещают в реактор, который откачивают до ~1·10¹ Па, нагревают до температуры 50°С и обдувают газовой смесью, состоящей из водорода и паров прекурсора. Для этого поток водорода подают со скоростью 4 л/ч, а поток паров прекурсора Pd(ГФА)₂ с температурой 25°С подают с помощью аргона со скоростью 2 л/ч. Давление в реакторе поддерживается на уровне 2·10² Па. Далее подложку облучают эксимерной ультрафиолетовой лампой с длиной волны 172 нм в течение 15 минут до получения покрытия необходимой толщины.

Пример 3

Подложку из керамики размером 5·7 мм², толщиной 2 мм помещают в реактор, который откачивают до ~1·10¹ Па, нагревают до температуры 60°С и обдувают газовой смесью, состоящей из водорода и паров прекурсора. Для этого поток водорода подают со скоростью 1 л/ч, а поток паров прекурсора Pt(ГФА)₂ с температурой 40°С подают с помощью аргона со скоростью 1 л/ч. Давление в реакторе поддерживают на уровне 2·10² Па. Далее подложку облучают эксимерной ультрафиолетовой лампой с длиной волны 126 нм в течение 5 минут до получения покрытия необходимой толщины

Пример 4

Подложку из полимера (полипропилен) размером 10·15 мм², толщиной 70 мкм помещают в реактор, который откачивают до ~1·10¹ Па, нагревают до температуры 50°С и обдувают газовой смесью, состоящей из водорода и паров прекурсора. Для этого поток водорода подают со скоростью 4 л/ч, а поток паров прекурсора (CH₃)₃Pt(ГФА)Py (триметил Pt(ГФА) пиридин) с температурой 50°С подают с помощью аргона со скоростью 4 л/ч. Давление в реакторе поддерживают на уровне 2·10² Па. Далее подложку облучают эксимерной ультрафиолетовой лампой с длиной волны 126 нм в течение 7 минут до получения покрытия необходимой толщины

Использование предлагаемого способа позволит в одну стадию равномерно наносить металлические покрытия на подложки из меди, полимеров, керамики, кремния и других материалов для последующего электролитического осаждения меди.

1. Способ нанесения металлического покрытия на подложку, включающий помещение подложки в реактор, нагревание подложки и транспортирование паров прекурсора в зону реактора, в которой располагают подложку и последующее проведение процесса до образования на подложке металлической пленки необходимой толщины, отличающийся тем, что подложку нагревают до температуры 50-70°С, подают в зону реакции пары прекурсора с температурой 25-50°С в смеси с водородом и подвергают подложку ультрафиолетовому облучению в диапазоне длин волн 126-172 нм, при этом поток водорода подают со скоростью 0,3-4,0 л/ч, а пары прекурсора с помощью транспортного газа аргона подают со скоростью 2-4 л/ч.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве подложки используют медь, полимеры, керамику, кремний.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве прекурсора используют летучее металлоорганическое соединение, выбранное из фторированных β-дикетонатных производных палладия, платины, никеля и меди и летучих триметильных производных Pt (IV).

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что для ультрафиолетового облучения подложки используют эксимерную ультрафиолетовую лампу.