混合鋁蝕刻劑的化學特性分析

摘要

我們華林科納研究了正磷酸、聚磷酸、和鐵(III)氯化物蝕刻劑對工藝條件變化的敏感性，以確定該蝕刻劑系統(tǒng)在純鋁電路光刻制造中的潛在生產應用。溫度變化、正磷酸濃度、多磷酸濃度的影響。檢測了酸濃度、鐵(III)氯離子濃度、溶解鋁濃度對蝕刻電路質量和蝕刻速率的影響。蝕刻系統(tǒng)允許在制備和電路處理中發(fā)生合理的變化，而不嚴重影響蝕刻電路的質量。對蝕刻劑的控制可以在廣泛的溫度和成分范圍內保持。

介紹

在印刷電路工業(yè)中，化學蝕刻長期以來一直被公認為生產金屬薄膜精確圖案的方法。蝕刻，結合目前的光刻技術，提供亞微米線分辨率。盡管隨著圖案尺寸數(shù)量級接近晶粒尺寸，在電路圖案生產中有添加“提升”技術的趨勢，化學蝕刻仍然是圖案生產的重要方法。對于純鋁電路的蝕刻，有許多蝕刻劑配方可供選擇。

本研究的目的是描述鋁蝕刻速率和模式定義對正磷酸濃度、聚磷酸濃度、溫度、鐵(III)濃度和溶解鋁濃度變化的敏感性，并將產生的蝕刻質量與這些工藝變量相關起來。

實驗法

使用恒溫浴將蝕刻浴溫度保持在±0.5℃。重質石蠟油被用作浴液。用直徑為5cm的葉輪以恒定的速度(250rpm)機械攪拌250mL體積的蝕刻劑。聚磷酸由H2P04、(P03H）nPO3H2、83-86%P205、試劑級正磷酸（H3P04）和試劑級(III)氯鐵（FeC13.6H20）制備洗漬溶液。為了對蝕刻劑溶液進行原子吸收分光光度法，將1000ppm的硫酸鋁和鐵(III)氯化物標準溶液用凈化水稀釋到2至50ppm的范圍。所有實驗都是在層流清潔室環(huán)境中進行的。

結果

溫度的影響：在一項測試中，在蝕刻期間監(jiān)測樣品鋁的重量下降。鋁在蝕刻期間的蝕刻速率保持恒定，樣品減重與經過的時間呈線性關系（圖2）。

鐵（iii）氯化鐵的影響:雖然鐵(III)氯離子的存在不是蝕刻的，但蝕刻速率和蝕刻質量對鐵(III)氯離子濃度敏感。鐵(III)氯離子濃度的增加與蝕刻率的增加有關，如圖4和圖5所示。數(shù)據(jù)表明（圖4至圖6），蝕刻速率對低于10g/L的鐵(III)氯離子濃度不敏感。這一跡象可能需要進一步的證實。

正磷酸濃度的影響:在所研究的范圍內，蝕刻率與正磷酸濃度之間的關系是直接比例關系（圖10至12）。雖然在恒溫下，正磷酸濃度和鋁蝕刻速率之間的關系是明確的，但正磷酸和線寬減少之間的關系并不是決定性的（圖7到9）。在較高的溫度下（圖9），數(shù)據(jù)似乎表明，增加正磷酸濃度的一般效果是減少線寬的減小。

浴齡的影響:通過比較30天齡的蝕刻劑樣品中純鋁的蝕刻率，評價了浴齡對蝕刻率的影響:1.在老化前加入鐵(III)氯離子;2.在老化后加入鐵(III)氯，但在樣品被蝕刻之前。

溶解鋁濃度的影響：溶解在蝕刻劑中的鋁似乎對蝕刻速率沒有初始的催化作用。然而，在蝕刻劑中溶解鋁濃度在1至5g/L溶解鋁濃度之間，蝕刻速率穩(wěn)步下降。在范圍調查后，積累的蝕刻產物對模式定義的質量沒有顯著影響。

鹽的影響：列出了鐵(III)鹽和與鐵密切相關的過渡金屬鹽對蝕刻速率和邊緣定義的影響（表2）。鐵(III)硫酸鐵和鐵(III)磷酸鐵的邊緣定義和蝕刻率相當或優(yōu)于鐵(III)氯化鐵的蝕刻率。

洗漬劑中鋁和總鐵濃度的測定方法：建立了一種鋁和總鐵測定方法來監(jiān)測浴成分的變化。該分析方法直接使用蝕刻劑，無需事先的化學分離進行分析。在一個典型的分析中，蝕刻溶液的0.200mL(200X)部分用純化水稀釋到100mL的體積。利用空心陰極燈和一氧化二氮/乙炔火焰在原子吸收分光光度計中分析了這兩種元素的溶液。通過校準不同濃度的一系列合成蝕刻劑溶液的吸光度，建立了鋁測定方法的準確性溶解鋁。每個合成的溶液代表溶解鋁與磷酸鹽背景的不同比例。將合成的溶液與標準硫酸鋁溶液在2~50ppm范圍內的硫酸鋁溶液進行比較，發(fā)現(xiàn)吸光度完全一致。對于總鐵的類似校準，合成溶液和鐵(III)氯化物標準品之間的±3%的一致性。無鋁蝕刻劑的吸光度與去離子水相同。該方法的檢測限為2ppm。原子吸收分光光度法可作為一種快速、簡單的定量分析方法來測定溶解鋁和總鐵。

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結論

本文已經確定，75至95%（v/v）正磷酸、25至5%（v/v）聚磷酸、60至70℃的10g/L鐵(III)氯的蝕刻劑配方是純鋁電路光刻制造的潛在生產蝕刻劑。鋁蝕刻速率和電路模式定義對正磷酸濃度變化的敏感性，對聚磷酸濃度、鐵(III)氯離子濃度、溶解鋁濃度和溫度進行了表征。由于蝕刻劑系統(tǒng)允許在蝕刻劑制備和電路處理中進行合理的變化，而不會嚴重影響線寬減少和圖案定義，因此可以通過傳統(tǒng)的溫度控制器和溶解鋁濃度監(jiān)測器來保持適當?shù)墓に嚳刂?。本文提出了一種快速可靠的原子吸收分光光度監(jiān)測方法。