激光與聚合物的相互作用（Ⅲ）銀選擇性活化化學(xué)鍍在聚酰亞胺薄膜上制作精細(xì)線路.pdf

1、聚酰亞胺材料具有良好的絕緣性、密封性、熱穩(wěn)定性、機(jī)械性能、和低的介電常數(shù),在聚酰亞胺表面進(jìn)行銅的圖形化沉積能有效降低半導(dǎo)體元件的電阻-電容延遲效應(yīng),因而在微電子業(yè)有著良好的應(yīng)用前景.化學(xué)鍍技術(shù)最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)是在底材上沉積能誘發(fā)化學(xué)鍍的活化種,傳統(tǒng)的重金屬活化液如鈀膠體等不但價(jià)格昂貴而且對環(huán)境有很大的污染,金屬銀能有效地誘發(fā)化學(xué)鍍,與傳統(tǒng)活化種金屬鈀、金、鉑相比具有廉價(jià)、污染低的特點(diǎn),但這方面的研究報(bào)道還較少.我們采用激光誘導(dǎo)化學(xué)鍍技術(shù)在聚

2、酰亞胺薄膜表面上用四種方法選擇性沉積金屬銀作為活化種,然后進(jìn)行化學(xué)鍍從而在聚酰亞胺表面上沉積上圖形化的銅鍍層.除此之外,本文還嘗試了將激光打印技術(shù)用于圖形化化學(xué)鍍的研究.這些技術(shù)為在柔性膜上制造微米級金屬線路提供了新的方法和思路,因而在微電子行業(yè)中有著廣闊的應(yīng)用前景.本文的創(chuàng)新和主要內(nèi)容包括: 1.用波長為266nm的激光在聚酰亞胺薄膜表面光刻出所需圖形,將光刻后的聚酰亞胺薄膜浸入到銀氨溶液中,在光刻處發(fā)生氧化還原反應(yīng)并原位沉積

3、了粒徑為150nm到300nm的銀粒子,以該銀粒子作為活化種實(shí)施化學(xué)鍍,在聚酰亞胺表面上沉積得到了金屬銅的圖形.我們根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,提出了銀原位沉積的可能機(jī)理,認(rèn)為激光光刻后在聚酰亞胺表面產(chǎn)生了帶有還原性質(zhì)的自由基、離子基團(tuán)等.具有弱氧化性質(zhì)的Ag(NH<,3>)<,2>+離子與這些自由基、離子基團(tuán)發(fā)生氧化還原反應(yīng),生成0價(jià)的銀粒子并原位沉積在光刻區(qū)域,且光刻線條邊緣處沉積的銀粒子多于線條中心處的銀粒子.分別研究了激光通量、鍍前清洗工藝對

4、鍍層形貌和選擇性的影響,結(jié)果表明,當(dāng)激光通量較低時,所鍍銅線寬度較小,鍍層均勻;當(dāng)激光通量增加時,所鍍的銅線寬度增加,鍍層中間由于光刻造成的碳化程度增加而使銅的沉積減少甚至在鍍線中間沒有銅的沉積;鍍前采用稀硝酸溶液清洗,會使化學(xué)鍍具有很好的選擇性. 2.將聚酰亞胺薄膜表面通過化學(xué)改性在其表面束縛銀離子,用激光在表面束縛銀離子的聚酰亞胺薄膜上光刻還原出圖形化的銀粒子,并將其應(yīng)用于誘導(dǎo)圖形化的化學(xué)鍍中.用ArR-FTIR、EDS、X

5、PS、AFM、接觸角等檢測手段詳細(xì)跟蹤考察了每一步的化學(xué)、物理變化.激光輻射還原生成的銀納米粒子的粒徑在120-200nm之間,銀粒子基本上沿著激光掃描的方向生長,呈規(guī)則排列,銀納米粒子與聚酰亞胺的粘附性良好.用SEM考察了激光通量和掃描速度等對鍍層的形貌和連續(xù)性、規(guī)整度的影響,結(jié)果表明,當(dāng)激光通量較低時,可得到均勻的鍍層;當(dāng)激光通量太高時,會使鍍層中間出現(xiàn)鍍不上的斷帶.我們在實(shí)驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上推導(dǎo)了用于描述激光掃描速度與鍍層連續(xù)性和均勻

6、性關(guān)系的數(shù)學(xué)公式,為實(shí)驗(yàn)條件的選擇提供了理論指導(dǎo). 3.用熱還原法制備了在聚酰亞胺表面束縛銀納米粒子后,自組裝上一層十二硫醇膜并以該自組裝膜作為光刻膠用紫外激光光刻出微米級圖形,然后將薄膜浸入化學(xué)鍍液,成功地實(shí)現(xiàn)了聚酰亞胺表面的金屬圖形化沉積.用XPS、AFM測試技術(shù)表征了聚酰亞胺表面束縛的銀離子經(jīng)高溫?zé)Y(jié)后生成的銀納米粒子的化學(xué)價(jià)態(tài)和物理形貌,結(jié)果表明0價(jià)的銀納米粒子的粒徑在35nm左右,接觸角測定和 ATR-FTIR分析結(jié)果

7、證實(shí)了聚酰亞胺表面生成了自組裝十二硫醇,聚酰亞胺的表面的平衡接觸角提高到了128.0±1.9°.用該方法制得的化學(xué)鍍層均勻致密. 4.將激光打印掩模法應(yīng)用于聚酰亞胺表面的圖形化化學(xué)鍍銅的沉積,用激光打印機(jī)在聚酰亞胺薄膜表面打印上用繪圖軟件畫出的圖形,然后將薄膜經(jīng)過化學(xué)處理并活化后在薄膜表面選擇性束縛銀離子,投入化學(xué)鍍鍍液后在聚酰亞胺薄膜表面上沉積了圖形化的化學(xué)鍍銅層. 5.將PVP/AgNO<,3>膠體涂在聚酰亞胺薄膜表

8、面,用激光輻射法還原出銀納米粒子并嵌入到聚酰亞胺薄膜中,并將此技術(shù)應(yīng)用于激光誘導(dǎo)圖形化化學(xué)鍍中.通過AFM、SEM考察了激光通量、膠體中PVP與AgNO3的配比對激光誘導(dǎo)生成的銀納米粒子形貌的影響,結(jié)果表明,激光通量的改變對銀納米粒子的尺寸影響不大,但較高的激光通量會導(dǎo)致銀納米粒子沿著激光掃描方向發(fā)生一定程度的定向排列;PVP與AgN03的配比對銀納米粒子的尺寸和密集度影響較大:當(dāng)PVP含量過小時,生成的銀納米粒子的粒徑較小但排列密集;