通过控制表面亲水性在玻璃上进行无光掩模、直接选择性化学沉积

小英说半导体

引言

金属的化学沉积 (ELD) 是电路板和半导体行业中非导电基板金属化的重要湿法工艺。为了形成电子电路的金属线或互连，广泛采用涉及光刻胶涂层、光掩模对准、光刻胶显影和多次蚀刻的光刻工艺来创建用于 ELD 的选定位置。由于光刻过程繁琐且耗时，因此开发具有缩短步骤甚至不需要光掩模的替代方法变得越来越有吸引力。
本文报告了一种无需光刻即可实现直接选择性化学沉积 (ELD) 的新方法。该方法涉及连续的硅烷化合物改性，其中第一次改性使用富含氟的烷氧基硅烷化合物在TiO 2涂层玻璃上创建疏水表面，然后进行激光烧蚀以创建图案。然后，将整个基板浸入含有氨基硅烷装备的Pd纳米粒子的水溶液中用于第二修饰。由于大多数基板表面是疏水性的，因此氨基硅烷装备的 Pd 催化剂只能接枝在激光烧蚀区域上以实现选择性ELD。（江苏英思特半导体科技有限公司）
实验
一块无碱玻璃用作基板。在金属化之前，使用标准RCA（NH 4 OH/H 2 O 2 /H 2 O = 1:1:5）处理20分钟以去除有机物，然后用去离子水漂洗来清洁基板。清洗后，通过旋涂含二异丙醇钛双(乙酰丙酮)(Aldrich)浓度为0.15M的异丙醇溶液在基板上涂上TiO 2薄膜，转速为6000rpm，时间为20s 。
旋涂后，将涂有TiO 2薄膜的基板在500 °C下烧结30分钟。然后将涂有TiO 2的基材浸入含有1 vol% PFOTES的甲苯溶液中30分钟，在150 °C下烘烤30分钟以形成Si-O-Si共价键PFOTES之间的键合，使PFOTES与TiO 2形成Ti-O-Si共价键，并去除痕量甲苯。激光图案化后，在室温下将基板浸入含有 50 ppm ETAS-PVA-Pd 纳米粒子的水溶液中 5 分钟。最后，在 85 °C 的商业Ni-P浴中将基板选择性地 ELD 1 分钟。（江苏英思特半导体科技有限公司）
结果和讨论
使用各种工具对上述直接选择ELD过程中的每一步都进行了检查，结果总结在图1中。

图1.本研究中开发的金属化工艺示意图

可以看出，该过程包括二氧化钛涂层、疏水表面形成、激光图案化、选择性钯吸附和ELD镍−磷五个主要步骤。在二氧化钛涂层之前，清洗后的基底表面非常亲水和光滑，因为WCA和表面粗糙度分别为0°和0.2 nm。二氧化钛涂层后，WCA变成16.6°，AFM形貌显示出一个崎岖的表面（Sa = 3.9 nm），由几十纳米不同尺寸的颗粒组成，证明亲水二氧化钛紧密涂层在表面。当tio2涂层玻璃被1H、1H、1H、2H、2H-全氟辛基三乙氧基硅烷接枝时，AFM形貌几乎没有变化，但WCA急剧增加到113.3°，表明PFOTES的CF部分位于向上。

图2.tio2涂层玻璃和PFOTES接枝二氧化钛涂层玻璃的(a)测量光谱、(b) F 1s光谱、(c) Ti 2P光谱和(d) O 1s光谱。

结论
结果表明，富氟烷氧基硅烷接枝的表面改性可以作为一种分子厚度水平的不可见掩膜，通过简单的激光显模和钯活化剂吸附应用于直接选择性ELD。我们还发现，由于玻璃衬底的导热系数较差，ELDNi−P线比激光烧蚀线宽3倍。未来的优化可以通过使用被动冷却或主动冷却来最小化LAZ的面积来实现，这两种方法都在我们的实验室中进行中。（江苏英思特半导体科技有限公司）
江苏英思特半导体科技有限公司主要从事湿法制程设备，晶圆清洁设备，RCA清洗机，KOH腐殖清洗机等设备的设计、生产和维护。