Тезисы
апрель 2017

Вплив складу сульфатного електроліту на процес електроосадження міді на недопований кремній


Гаркуша А. М. , Алабут О. Г. , Ущаповський Дмитро Юрійович Ущаповський Д. Ю. , Букет О. І. , Лінючева О. В.
Химия и современные технологии
Abstract / Full Text

Однією з основних операцій, яка здійснюється при виробництві напівпровідникової електронної техніки, є нанесення металевих шарів на напівпровідникову основу, зокрема, для створення надійного електричного контакту із заданими властивостями. Найбільш перспективним способом є пряме електроосадження металу на напівпровідник. Перевагами цього способу є відносна дешевизна, висока точність осадження, можливість осадження товстих шарів металу. Однак, через малу електричну провідність напівпровідників та наявність на їх поверхні стійких окислених шарів процес формування нової металевої фази, а точніше зародків металічних кристалів, є значно ускладненим. Адгезія та якість металевого покриття при використанні прямого електроосадження визначатиметься саме кількістю зародків утворених на одиниці поверхні напівпровідникової основи. Основними факторами, що визначають зародкоутворювальну здатність напівпровідникової основи є попередня обробка поверхні та хімічний склад розчину електроліту, з якого здійснюється електроосадження металу. З теорії електроосадження відомо, що інтенсивність зародкоутворення визначається перенапругою осадження металу, яка в свою чергу залежить від величини густини струму, за якої здійснюється осадження, властивостей матеріалу субстрату та концентрації іонів осаджуваного металу й фонового електроліту в розчині (для електроосадження міді). Зокрема відомо, що сульфатна кислота за концентрації 1-2 М підвищує розсіювальну здатність електроліту, однак, при цьому інгібує процес електроосадження міді. З іншого боку, для нарощування якісного первинного шару металу по графітованій малоелектропровідній основі в процесах гальванопластики використовують сульфатні електроліти міднення з незначним вмістом кислоти 0,1-0,15 М.

Метою даної роботи є дослідження впливу складу сульфатного електроліту на процес електроосадження міді на основу чистого кремнію.

Осадження міді проводили на кремнієву пластину 4´10 мм, периметр та тильну сторону якої ізолювали кислотостійким лаком з метою вирівнювання розподілу густини струму та попередження переважного зародкоутворення на нерівностях свіжих зламів. Пластини знежирювали в етанолі та травили у 10 % фтористоводневій кислоті протягом 30 с. Електроосадження здійснювали у двоелектродній комірці з одним анодом із міді марки М0. Осадження починали при стартовій напрузі 10,2 В, якої вистачало на подолання перенапруги утворення нової фази. У процесі ведення електролізу в подальшому напругу коригували (знижували) для підтримання катодної густини струму не вище 1 А/дм2.

Як видно з ходу кривих 1 і 2 на рисунку, за відсутності сульфатної кислоти у розчині густина катодного струму, перерахована на геометричну поверхню досліджуваного зразка, за лічені секунди зростає до 1 А/дм2. Причому зміна концентрації мідного купоросу в межах 50-150 г/дм3 не виявляє помітного впливу на швидкість зростання густини струму на початку електролізу. Це свідчить про високу швидкість зародкоутворення за відсутності кислоти. Введення 200 г/дм3 сульфатної кислоти різко сповільнює зростання струму у часі, внаслідок чого крива 3 на рисунку досягає значень густини струму 1 А/дм3 лише через 1 хв. Такій хід хроноамперограми можна пояснити лише ускладненим утворенням відносно малого числа зародків кристалів міді. При цьому, за постійної напруги на комірці й малополяризованому аноді спостерігається практично лінійне зростання струму у часі для кривої 3 на рисунку. За допущення росту переважно пласких кристалів міді, струм мав би зростати швидше, ніж за лінійною залежністю. Тому можна стверджувати, що відбувається утворення стовбуроподібних несуцільних осадів міді через переважний вертикальний ріст зародків.

Рисунок 1 – Хроноамперограми осадження міді на недопований кремній отримані в розчинах складу (г/дм3): 1 – 150 CuSO4×5H2O; 2 – 50 CuSO4×5H2O; 3 – 150 CuSO4×5H2O + 200 H2SO4.

Таким чином, для одержання якісного покриття міді на кремнієвій основі осадження металу варто проводити у дві стадії. Перша – осадження первинного шару у електролітах з мінімальним вмістом сульфатної кислоти (з підвищеною криючою здатністю) для утворення якісного первинного шару. Друга – нарощування основного шару металу у електроліті з підвищеним вмістом сульфатної кислоти (з підвищеною розсіювальною здатністю) з метою формування рівномірних товстих шарів металу для забезпечення відповідних провідних властивостей.