摘要

我們?nèi)A林科納研究了正磷酸、聚磷酸、和鐵(III)氯化物蝕刻劑對(duì)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(chǎn)應(yīng)用。溫度變化、正磷酸濃度、多磷酸濃度的影響。檢測(cè)了酸濃度、鐵(III)氯離子濃度、溶解鋁濃度對(duì)蝕刻電路質(zhì)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(yán)重影響蝕刻電路的質(zhì)量。對(duì)蝕刻劑的控制可以在廣泛的溫度和成分范圍內(nèi)保持。

介紹

在印刷電路工業(yè)中，化學(xué)蝕刻長(zhǎng)期以來一直被公認(rèn)為生產(chǎn)金屬薄膜精確圖案的方法。蝕刻，結(jié)合目前的光刻技術(shù)，提供亞微米線分辨率。盡管隨著圖案尺寸數(shù)量級(jí)接近晶粒尺寸，在電路圖案生產(chǎn)中有添加“提升”技術(shù)的趨勢(shì)，化學(xué)蝕刻仍然是圖案生產(chǎn)的重要方法。對(duì)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(duì)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(chǎn)生的蝕刻質(zhì)量與這些工藝變量相關(guān)起來。

實(shí)驗(yàn)法

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

結(jié)果

溫度的影響：在一項(xiàng)測(cè)試中，在蝕刻期間監(jiān)測(cè)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(jīng)過的時(shí)間呈線性關(guān)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(zhì)量對(duì)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(guān)，如圖4和圖5所示。數(shù)據(jù)表明（圖4至圖6），蝕刻速率對(duì)低于10g/L的鐵(III)氯離子濃度不敏感。這一跡象可能需要進(jìn)一步的證實(shí)。

正磷酸濃度的影響:在所研究的范圍內(nèi)，蝕刻率與正磷酸濃度之間的關(guān)系是直接比例關(guān)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(guān)系是明確的，但正磷酸和線寬減少之間的關(guān)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(píng)價(jià)了浴齡對(duì)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(duì)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(diào)查后，積累的蝕刻產(chǎn)物對(duì)模式定義的質(zhì)量沒有顯著影響。

鹽的影響：列出了鐵(III)鹽和與鐵密切相關(guān)的過渡金屬鹽對(duì)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(dāng)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(cè)定方法：建立了一種鋁和總鐵測(cè)定方法來監(jiān)測(cè)浴成分的變化。該分析方法直接使用蝕刻劑，無(wú)需事先的化學(xué)分離進(jìn)行分析。在一個(gè)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(jì)中分析了這兩種元素的溶液。通過校準(zhǔn)不同濃度的一系列合成蝕刻劑溶液的吸光度，建立了鋁測(cè)定方法的準(zhǔn)確性溶解鋁。每個(gè)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(biāo)準(zhǔn)硫酸鋁溶液在2~50ppm范圍內(nèi)的硫酸鋁溶液進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)吸光度完全一致。對(duì)于總鐵的類似校準(zhǔn)，合成溶液和鐵(III)氯化物標(biāo)準(zhǔn)品之間的±3%的一致性。無(wú)鋁蝕刻劑的吸光度與去離子水相同。該方法的檢測(cè)限為2ppm。原子吸收分光光度法可作為一種快速、簡(jiǎn)單的定量分析方法來測(cè)定溶解鋁和總鐵。

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結(jié)論

本文已經(jīng)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(chǎn)蝕刻劑。鋁蝕刻速率和電路模式定義對(duì)正磷酸濃度變化的敏感性，對(duì)聚磷酸濃度、鐵(III)氯離子濃度、溶解鋁濃度和溫度進(jìn)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(jìn)行合理的變化，而不會(huì)嚴(yán)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(cè)器來保持適當(dāng)?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(cè)方法。