Раствор для электрохимического травления металлов

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯ Союз Советских Социал истицеских Республик(46) Дата опубликования описания 27.09,77(51) М. Кл.еС 09 К 13/00 С 25 Г 3/00 Государствеинв 1 й квинтет Совета Министров СССР оо делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения И. Н. Сорокин, А. П, Алехин и В. П. Лаврищев осковский институт электронной техники Заяви 54) РАСТВОР ДЛЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ТРАВЛЕНИЯ МЕТАЛЛОВ им ическ сеИзобретение относится к электрох кой обработке металлов, в частности лективцому травлению золота и палладия.Известен ряд растворов дпя электрохимического травления металлов, содержащих тиомочевицу и хлорнд щелочного металла, например раствор, содержащий тиомочевину, хлорид лития и трилоц Б, используемый для изолирования карбидов и интермвталлцдов при яцодном растворении сталей и сплавов (1); раствор, содержащий тиомочевину, хлорид лития и соляную кислоту, используемый для аподцого выделения карбидной фазы в сталях 21 и раствор, содержащий тиомочевину, хлорци натрия и серную кислоту, используемый для травления сталей 31Последний,из перечисленных растворов, является наиболее близким к изобретению по составу компонентов и технической сущности.Однако во всех указанных растворах не происходит селвктивн ого травления золота те палладия. Слои золота и палладия травятся одновременно. В технологии микроэлектроники под свлективцостью процессов травления понимают послойное стравливание пленок. Поэтому конечной задачей многих исследований в данной области является разработка растворов и оптимальных рабочих режимов, обеспечивавших именно послойное травление пленок по определенному рисунку.Селективное растворение золотых ипалладцевых пленок последовательно вакуумнапыленцых на непроводяшие подложки с металлическим подслоем являвтся важной проблемой в изопланарной технологии, ко.- торая не может быть решена применением 15 известных в настоящее время растворов.Свлективное травление вышележащейпленки из более благородного металла (например золота) с пленки из менее благородного металла (например палладин) це оО может быть решено принципиально обычными химическими методами, так как одновременно с растворением пленок нз менее активного металла протекает также растворение пленок из болое активного оь металла.564328 В то же время нужно отметить, чтоиспользование электролитическ ого методатравления также не позволяет однозначнорешить эту сложную задачу. Успех в данном случае определяется главным образомправильным выбором рабочих растворови оптимальных концентраций, всех компонентов этих растворов.Наглядной иллюстрацией вышесказанного служит установление возможности про- оведения селективного электрохимическогорастворения тонких металлических пленокв системах: титан-палладий-золото, хромпалладий-золото,. м олибден-палладий-золото. При разработке раствора для последовательного и одновременно селективного травления золотых и палладиевых пленок экспериментально было установлено,что этот раствор должен, прежде всего,содержать ионы хлора, так как и золото, ииалладий достаточно хорошо растворяютсяв подобных растворах при пропускании электрического тока с образованием прочныхкомплексных ионов типа ГАпСРг,З и СРсЕСЕцЗсоответственно с малой величиной константы нестойкости, иначе говоря, очень прочных, а не за счет внедрения свободногохлора,Однако не во всех хлорсодержащих растворах можно добиться селективного электрорастворения указанных пленок, Можноутверждать, что возможность проведенияселективного травления многослойных композиций зависит от природы соединения,. содержащего хлор-ионы, Так соляцокислыерастворы нельзя использовать для селекгивного травления пленок золота и палладия,так как,и те, и другие растворяются одновременно при примерно одинаковом анодном потенциале. Экспериментально уста Оновлено, что скорость анодцого травленияпленок палладия уменьшается в ряду используемых солей: КССНОСАТЬСЙ,В этом же ряду ухудшается и качествотравления; в растворах хлористого литияостаются нестравленные точечные участки,которые приходится дотравливать химически.Этот факт можно объяснить эффектомН. А, Изгарышева, который заключаетсяв изменении скорости электродной реакциипод действием добавок простейших ионов.А это, в свою очередь, объясняется тем,что добавки посторонних ионов могут адсорбироваться ца поверхности электрода,изменяя градиент потенциала в двойномэлектрическом слое. Еще большее значение,как известно, имеют явления десольватации. Вполне понятно, что ионы К+Ца и И, отличаясь своими размерами,4значительно отличаются способностью адсорбироваться, а также оказывать поляризующее действие ца ационы, в частностица ион хлора, Последний факт как раз иприводит к тому, что скорость анодноготравления пленок зависит от природы иопользуемых хлоридов щелочных металлов,Хлориды щелочных металлов, являясь химическими аналогами, в то же время отличаются своими физико-химическими свойствами. В растворах хлорида калия, кристаллическая решетка которого отличается меньшей энергией (169 ккал/моль, а у хлориданатрия - 180 и у хлорида лития - 202),наблюдается большая скорость и лучшеекачество травления пленок,Предлагаемый раствор отличается отизвестного тем, что с целью обеспечениявысокой степени селективности травленияслоев золота и палладия в многослойныхметаллических покрытиях, в качестве хлорида щелочного металла он содержит хлорид калия при следующем соотношении компонентов, г/л:Ти ом очевина 5-10Хлорид калия 15-60Присутствие в растворе хлорида калияодновременно обеспечивает высокую электропроводность раствора и травление пленок палладия за счет образования устойчивых комплексных ионов. Растворение палладиевых пленок при этом протекает приболее высоких ацодных потенциалах, чемслоев золота.Наличие в растворе тиомочевины вызывает смещение стационарного потенциалазолотых пленок в зону более отрицательных потенциалов, в то же время стационарный потенциал пленок палладия становится значительно более положительным. Это приводит к увеличению разности потенциалов растворения пленок золота и палладия, что способствует селективцости процесса травления золотых и палладиевых пленок,П р и м е р. Для получения рабочего раствора готовят три смеси ингредиентов, содержацих каждая, г/л: тиомочевицу 7, отличаю 1 циеся друг от друга содержаниемг хлорида калия, равным в каждой смеси последовательно;15, 40 и 60, а также содержанием воды, составляющей дополнительно до 100% часть в каждой смеси.Каждую смесь растворяют отдельно при комнатной температуре. Анодом является ситалловая подложка, на которую вакуумным напылением последовательно нанесены слои титана, палладия и золота, толшноной 750, 3000 и 1000 А соответственно.Полученные смеси харак мризуются следующими параметрами процесса селектив564326 Таблица 10 0,65 5 020 5 0,15 5 0,10 3,5 40 10 0,55 3,0 60 0,45 10 2-3 гф ормула изобретения30 Тном очевинаХлорид калия 5-1015-60 Составитель В. БобокРедактор Г, Петрова Техред 3, фанта Корректор С. Шекмар Заказ 1976/195 Тираж 834 Подписное0 НИИЛИ Государственного комитета Совета Министров СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ного эпекгрохимического травления золотых и паппядиевых слоев, представленными в таблице:Оптимальная добавка калия находится в пределах 15-60 г/л, гак как при концепт- б рации ниже 15 г/л палладиевые пленки не растворяются, а при концентрации выше 60 г/и наблюдается совместное травление золотых и иалладиевых слоев.В предлагаемом растворе также можно селективно растворять золотые и папладиеРаствор для электрохимического травления металлов, содержащий тиомочевину и хлорид целочного металла, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью обеспечения высокой степени селективности травления слоев золота и палладия в многослойных металлических покрытиях, в качестве хлорида гцедочного металла он содержит хлорнд калия при следующем соотношении компонентов, г/л:40 вые слои в других металлических мно с слойных покрытиях например хром-пяппадпйзолото, молибден-паплядий- золото.Кроме того, колчан оненты раб оче го рост- вора химически инертны что искпючаег црогостоящую операцию по нейтрализации этих растворов после их использования,Данный раствор ложет также широко применяться при снятии недоброкачественных гальванических покрытий золотя с целью регенерации драгоценного металла,Источники информации, принятые во внимание при экспертизе: 1, Авторское свидетельство420702,С 09 К 13/06, 1970 г. 2. Авторское свидетельство 302394,С 09 К 13/06, 1969 г. 3. Авторсксе. свидетельство И. 320553,С 09 К 13/06, 1970 г.