DD265915A1 - Verfahren zur stromlosen abscheidung von gold - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur stromlosen Abscheidung von Gold und bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung duenner Goldueberzuege auf bestimmte Flaechen, die besonders in der Elektronikindustrie von Bedeutung sind. Die Erfindung kann darueber hinaus in allen Faellen angewendet werden, wenn die zu vergoldenden Koerper (oder Teile davon) empfindlich gegen Alkalien oder Saeuren sind. Wesentliches Merkmal der Erfindung ist die Anwendung eines Elektrolyten, bei dem an den zu beschichtenden Flaechen waehrend der Abscheidung kaum Gasblasenentwicklung auftritt, so dass bei lithografisch begrenzten ebenen Strukturen keine Randueberhoehungen entstehen. Die neutrale Loesung weist gute Stabilitaet auf. Sie wird aus einem Gold-Cyano-Komplex-Salz, Hydrazin, Zitronensaeure und Alkalizyanid hergestellt. Die Abscheidung erfolgt bei erhoehter Temperatur, gegebenenfalls unter Relativbewegung oder Einwirkung von Licht, auf Gold, Palladium, Kupfer, Eisen und deren Legierungen, bei geeigneter Aktivierung auch auf anderen Stoffen, wie z. B. Halbleitern.

Description

bei einem pH-Wert zwischen 6,8 und 7,2 sowie bei Temperaturen zwischen 40 und 98"C, vorzugsweise zwischen 65 und 85⁰C, eingetaucht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Einbringen des Körpers in die Lösung bei Temperaturen unterhalb der Arbeitstemperatur der Lösung erfolgt.

3. Verführen nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß zu beschickender Körper und Lösung relativ zueinander bewegt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 und 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Bewegung durch Einwirkung von Schal' oder Ultraschall auf die Lösung und/oder auf die Probe erzeugt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der zu beschichtende Körper während des Eintauchens in die Lösung der gleichzeitigen Einwirkung von Licht au sgesetzt wird.

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft sin Verfahren zur Abscheidung von dünnon Goldschichten auf Gold sowie unedlere metallische oder iktivlerte nichtmetallische Oberflächen. Durartige Schichten werden z. B. in der Halbleiterbauelemente- und Elektronikindustrie als Bondflächen und Leitbahnen oder für korrsionearme Kontakte benötigt.

Darüber hinaus ergeben sich Anwendungsmöglichkeiten, wenn die bekannten alkalischen oder sauren stromlosen oder galvanischen Verstärkungslösungen in Teile der zu vergoldenden Körper oder die zur Strukturierung verwendeten Schichten angreifen. Der Vorteil stromloser gegenüber galvanischen Veifahren tritt besonders dann zutage, wenn viele gegeneinander isolierte Flächen oder kompliziort geformte Körper gleichmäßig zu beschichten sind.

Charakteristik des bekannten Stand·· der Technik

Für die stromlose Goldabschoidung sind drei verschiedene Mechanismen möglich: lonenaustauschprozesse, Kuntaktprozesse und Reduktionsprozesse. Während Kontakt- und Austauschprozesse Schichten geringer Dicke oder hoher Porösität liefern, lassen sich mit Reduktionsprozessen dichte Schichten hoher Reinheit (wichtig für elektrische Leitfähigkeit und auch Korrosionsbeständigkeit) und, wenn sie autokalytisch verlaufen, prinzipiell in beliebiger Dicke herstehen. Lösungen zur reduktiven Goldabscheidung enthalten im allgemeinen folgende Haupt-Komponenten: lösliches Goldsalz, Reduktionsmittel, Puffersalze und Badstfbilisatoren; Lösungsmittel ist im allgemeinen Wasser.

Die Mehrzahl der in letzter Zeit recht zahlreich veröffentlichten Verfahren arbeitet mit stork t>asischen Lösungen, so z. B. DE 3320308 bei pH 10-13, US 4474838 bei pH 11-14, US 4307136 boi pH 12-13, US 4162337 bei pH 13. Neben einem schwächer basischen Bad (DE 3237394 bei pH 7,5-12) werden auch einige saure Abscheidelösungen angegeben, z. B. DE 3029785 (pH < 3) und US 4374876 (pH0,1-6).

Als Goldquelle wird meist ein GoId(I)- oder GoId(IIi/ Cyano-Komplexsalz oder ein Gemisch daraus verwendet. Die Goldsalze für die cyanfdfreien Bäder, wie sie DD 150762 oder DD 117488 vorschlagen, sind kommerziell nicht erhältlich. Als Reduktionsmittel wird bei den basischen Lösungen vorwiegend AlkaNborhydrid oder Dimethylboren eingesetzt. Die starke Wasserstoffentwicklung bei Abscheidung mit diesen Reduktionsmitteln ist besonders von Nachteil, wenn diese &uf ebenen Flächen stattfindet, die durch eine darüberliegende strukturierte Schicht begrenzt sind. Die abgeschiedenen Schichten können dann infolge von ungünstigen Strömungsverhältnissen bei anhaftenden Gasblasen erhebliche Randübe^rhöhungen aufweisen (Verhältnis RandhAhezu Flächenhöho 2:1 und größer). Des weiteren besteht die Gefahr des teilweisen Ablösons der Lackmaske. Als weitere Reduktionsmittel werden z. B. Na-Hypophosphit (US 4154 877) bei pH 4,5-9, Hydrazin und Formaldehyd (DD 150762), Ascorbinsäure (Dt 3237394), organische Karboxylsäuren (US 4374876k) oder Hydroxylamin (DE 3029785) verwendet. Na-Hypophosphit ist wegen des Einbaus von Phosphor in die abgeschiedene Schicht (3MFT-F8-T 83-035) zur Herstellung reiner Schichten nicht geeignet.

Eine Arbeit (Zh. Prikl.Chim.58 [1985|, 2363) beschäftig sich mit der Kinetik der Abscheidung aus einer schwach saurer/ (pH 5,8 bis 6,2) Goldzyanidlösung mittels Hydrazinsulfat auf eine Ni-P-Legierung. Die Abscheidung beginnt als Austauschreaktion mit Ni und geht unter starker VeKangeamung in eine autokatalytische Reaktion über. In der Arbeit von Ohno et al. (J.EIectrothem.Soc. 132 (1985) 10,2323) wird Hydrazin auf Grund der geringen katalytischen Aktivität des Goldes bezüglich der Oxidation dieses Reduktionsmittels als nicht geeignet für die stromlose Goldabscheidung angesehen. Als Badstabilisatoren worden in der Regel Chelatbildner, wie Äthylendiamlntetraessigsäure, Zitronensäure, Alkalicyanide, aber auch andere organische Verbindungen, eingesetzt. Des weiteren finden verschiedene Stoffe als Beschleuniger Anwendung, z. C. in US 4307136.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist ein Verfahren zur Abscheidung ebener, haftfester, heller und bondbarer Goldschichten auf Gold, unedleren Metallen und anderen katalytisch wirksamen Oberflächen aus einer stabilen, neutralen, leicht herstellbaren Lösung.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Es besteht die Aufgabe, ein Verfahren zur stromlosen Goldabscheidung zu finden, mit dem, besonders bei kleinen Strukturen, in bezug auf dio Unterlage ebene Schichten erreicht und bei dem alkali- oder säureempfindliche Teile des zu beschichtenden Körpers nicht beeinträchtigt werden.

Die Aufgebe wird dadurch gelöst, daß das zu beschichtende Material nach bekannter, materialspezifischer Reinigung und erforderlichenfalls Aktivierungsbehandlung in eine solche Lösung getaucht wird, in der bei der Reduktion des Goldes an der zu beschichtenden Fläche möglichst wenig Gasblasenentwicklung auftritt und die außerdem einen neutralen pH-Wert besitzt. Erfindungsgemäß enthält diese wäßrige Lösung 0,002 bis 0,04 Mol/l Gold-Cyanokomolex-Salz als Goldquelle, 0,05 bis 1,0 Mol/l Hydrazinhydrat als Reduktionsmittel, 0,025 bis 0,5 Mol/l Zitronensäure zum Einstellen des pH-Wertes und 0,005 bis 0,0? Mnl/I Alkalicyanid zur Stabilisierung, wobei eine Erhöhung des Resuktionsmittelgehalts zur Aufrechterhaltung von pH-Wert und Stabilität der Lösung sowohl eine höhere Konzentration von Zitronensäure als auch von Alkalicyanid erfordert. Die Reduktion des Goldes 6rfolgt an katalytisch wirkenden Flächen etwa entsprechend der Gesamtreaktion

41Au(CN)j) H N_?H₄-»4Au + N₂ + 4H⁴ +8CN".

Auf unedleren Metallen als Gold kann es zu Beginn des Prozesses zu Austauschreaktionen kommen. Die Arbeitstamperatur der Lösung liegt zwischen 40 und 98°C, wobei die Abschoiderate mit der Temperatur steigt. In Ausgestaltung der Erfindung wird die Probe zur Erhöhung der Abscheidegeschwindigieit während des Eintauchens in die Lösung der Einwirkung von Ultraschall oder von intensivem Licht ausgesetzt.

Ausführungebeispiel 1

Auf einer GaAs-Scheibe von 26mm Durchmesser sollen die Anschlußinseln der Bauelementestrukturen, die als oberste Schicht eine 50ηm dicke aufgedampfte Goldschicht b esitzen, mit einer 0,5μηι dicken, stromlos abgeschiedenen Goldschicht (Bondinr-elve.-stä'kung) versehen werden. Die Scheibe wird mit Positiv-Fotolack strukturiert, kurz in verdünnter Ammoniaklösung gereinigt und in einer erfindungsgemäßen Lösung der Zusammensetzung

3g/IK|Au!CN>₂|

0,6 g/l KCN 39 g/l Zitronensäure 20 g/l Hydrazinhydrat

bei pH = 6,8 und T = 80⁰C unter anfänglichem Bewegen 90min lang beschichtet. Nuch Lackentfernung kann auf den Bondinseln eine zusätzliche helle Goldschicht von 475nm ohne Randübarhöhung gemessen werden.

Ausführungsbeispiel 2

Eine auf einem Glassubstrat befindliche Eisen-Nickel-Schicht der Dicke 300ηm soll teilweise vergoldet werden. Dazu wird die Schicht mit Negativ-Fotolack strukturiert, in verdünnter Schwefelsäure gereinigt und bei T = 40"C in eine Lösung der Zusammensetzung

3 g/l K(Au(CN)₂]

0,5 g/l KCN 20 g/l Zitronensäure 10 g/l Hydrazinhydrat

mit pH = 7,2 eingebracht. Im Verlaufe von 10 min wird die Temperatur des Bades auf 75⁰C erhöht. Nach einer Gesamtzeit von 70min hat sich auf den strukturierten Flächen dar Probe eine 700nm dicke helle haftfeste Goldschicht ohne Randüberhöhungen abgeschieden.

Ausführungsbeispiel 3

Die aus einer Gold-Beryllium-Legierung bestehenden strukturierten ohmschen Kontakte auf einer p-GaP-Schicht sollen einen

1 |im dicken Goldüberzug erhalten. Die Probe wird mi! konzentrierter HCI gereinigt und zur Aktivierung der Metalloberflächen für

2 min in eine PdCI?-Lösung getaucht. Danach wird die Probe bei T - 45°C in eine neutrale Lösung der Zusammensetzung

3 g/l KIAu(CN)₂I

0,8 g/l KCN 49 g/l Zitronensäure 25 g/l Hydrazinhydrat

getaucht. Die Temperatur der Lösung wird innerhalb von 10min auf 80⁰C erhöht. Nach weiteren 90min ist die gewünschte Dicke erreicht. Die Goldschicht ist eben, hell, heftfest und gut bondbar.

Claims (1)

1. Verfahren zur stromlosen Abscheidung von Gold au' Gold, auf unedlere Metalle oder auf durch bekannte Verfahren aktivierte Oberflächen oder Teile davon, gekennzeichnet dadurch, daß der zu beschichtende Körper in eine Lösung der Zusammensetzung

Gold-Cyano-Komplex 0,002... 0,04 Mol/l

Hydrazinhydrat 0.05... 1,0 Mol/l

Zitronensäure 0,025... 0,5 Mol/l

Alkali-Zyanid 0,005... 0,02 Mol/l