1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Микроэлектроника
  4. T. 49, № 3, 2020

Микроэлектроника, 2020, T. 49, № 3, стр. 186-197

Получение электропроводящих структур электрохимическим осаждением меди на подложках анодированного алюминия при использовании полифторхалконов в качестве фоторезистного слоя

С. В. Деревяшкин a, b, *, Е. А. Соболева a, **, В. В. Шелковников a, c

a Новосибирский институт органической химии СО Российской АН
630090 г. Новосибирск, Проспект Академика Лаврентьева, 9, Россия

b Институт лазерной физики СО Российской АН
630090 г. Новосибирск, Проспект Академика Лаврентьева, 15Б, Россия

c Новосибирский государственный технический университет, Российская Федерация
630073 г. Новосибирск, Проспект Маркса, 20, Россия

* E-mail: Lilpick69@mail.ru
** E-mail: lena9618745603@yandex.ru

Поступила в редакцию 11.09.2019
После доработки 18.09.2019
Принята к публикации 29.09.2019

Полный текст (PDF)

Аннотация

Исследованы подходы к формированию электропроводящих структур на подложках алюминия и анодированного алюминия при использовании фоторезистов синтезированного триакриламидного полифторхалкона ТАФХ и коммерческого SU-8. Исследовано влияние добавки HF в электролиты анодирования и меднения на формирование микроструктур проводящих медных пленок. Экспериментально показано, что предварительная электрохимическая полировка алюминиевых подложек позволяет существенно повысить качество электрохимического меднения микроструктур. Были получены проводящие дорожки с разрешением до 10 мкм на поверхности анодированного алюминия с использованием фоторезиста ТАФХ. При использовании фоторезиста SU-8 на АОА не удалось получить металлизированных структур с разрешением выше, чем 40 мкм.

Ключевые слова: электропроводящие структуры, электрохимическое осаждение меди, анодированный алюминий, полифторхалконы, фоторезист, фотолитография

ВВЕДЕНИЕ

В связи с развитием силовой микроэлектроники интерес представляет формирование электропроводящих структур на диэлектрических подложках, обладающих высокой теплопроводностью для обеспечения эффективного теплоотвода. Отведение выделяемой тепловой мощности актуально при эксплуатации матриц светодиодов, или микроэлектронных компонентов СВЧ-техники на коммутационных платах [1, 2]. Перспективным является применение в качестве подложки анодированного алюминия в связи с его высокой теплопроводностью [1, 3–5]. Получение структур на поверхности анодированного алюминия проводят посредством процессов локального анодного окисления или металлизации [1–3, 6]. Вследствие своей относительной простоты и возможности формировать большие толщины, интерес представляет получение электропроводящих структур электрохимическим методом в кислых электролитах.

Получение металлизированных проводящих структур на анодированном алюминии реализовано в процессах ALOX™ (MCL Micro Components L.T.D, Израиль) [1], с минимальным размером проводящего элемента 150 мкм, и в процессе Anotherm [2, 3] (Optek, Беларусь), где минимальный размер проводящего элемента составляет 25 мкм.

Селективность электрохимического профилирования поверхностей обеспечивается применением фоторезистов. Маскирующие свойства фоторезистов при этом проявляются в жестких условиях жидкостного химического и электрохимического травления в кислотах и щелочах, а также при воздействиях высоких 100–150°С температур. Устойчивость фоторезистов к обработкам в агрессивных средах является критическим фактором для их использования в электрохимических процессах. Поэтому поиск фоторезистов, обладающих высокой стойкостью к агрессивным обработкам является актуальной задачей.

Одним из перспективных классов органических соединений, обладающих фоторезистивными свойствами, являются халконы [7]. Полимеры на основе халконов обладают важными для практического применения свойствами, такими как светочувствительность в области 300–365 нм, хорошая растворимость в органических растворителях, склонность к образованию мономерной формы пленок, хорошая устойчивость сшитого полимера к растворителям и термостабильность. В [8–10] проведен синтез полифторхалконов, в частности содержащий три акриламидных заместителя 3-(4-(4-акрилоилпиперазин-1-ил)-2,3,5,6-тетрафторфенил)-1-(2,4-бис(4-акрилоилпиперазин-1-ил)-2,5,6-трифторфенил)-проп-2-ен-1-он(ТАФХ – триакриламид-фторхалкон). Авторами было показана возможность записи в микронных слоях данного соединения высокоэффективных рельефно-фазовых решеток [11]; также были исследованы маскирующие свойства данных соединений в условиях жидкостного химического, сухого реактивного ионного травления и при термическом воздействии. Было показано, что полифторхалконы в сравнении с коммерчески выпускаемыми фоторезистами SU-8 и AZ4562 обладают большей стойкостью к агрессивным видам обработок [12].

Фторированные халконы имеют несколько особенностей. Наличие в структуре халкона атомов фтора изменяет характер межмолекулярных взаимодействий в конденсированном состоянии. Например, можно ожидать увеличение гидрофобности покрытий на основе полифторированных халконов, уменьшения взаимодействия между халконом и звеньями полимерной цепи при введении фторированных халконов в полимерную матрицу, увеличения растворимости халконов в неполярных средах, образования в конденсированной фазе супрамолекулярных структур за счет стэкинг-взаимодействия фторированных халконов.

Введение акриламидных групп в качестве заместителей в структуру халкона позволяет проводить сшивку халконов по двум механизмам: [2π + 2π] фотодимеризация винилкарбонильной группы халкона [13–16] и свободно-радикальная полимеризация акриламидных заместителей [13, 17].

Данные особенности призваны усилить стойкость фоторезистов к различным вариантам травления. Исследование возможности получения электропроводящих структур на подложках анодированного алюминия электрохимическим методом при использовании полифторированных халконов в качестве основы фоторезистивных материалов ранее не проводилось. При электрохимическом осаждении проводящих структур на анодированном алюминии возникают дополнительные трудности получения покрытия с хорошей кроющей способностью через запирающий анодный слой повышающий перенапряжение для осаждения металла. Для осаждения меди известны гальванические ванны осаждения с повышенной кроющей способностью [18, 19]. Однако они не применялись для осаждения проводящих микроструктур на анодированном алюминии.

Следует подчеркнуть, что есть значительное отличие по разрешающей способности для процесса электрохимического формирования проводящего рисунка на пористой поверхности анодированного алюминия через фоторезистивную маску и известного литографического процесса травления через фоторезистивную маску проводящего слоя, уже осажденного на полированную поверхность кремниевой очищенной подложки. Технология травления на кремнии при действии на фоторезист ближнего УФ света позволяет получить разрешение проводящей структуры на уровне 1 мкм. Однако, например, для получения высокоплотных СВЧ печатных плат достаточно получать ширину проводниковых дорожек на уровне 20 мкм [20]. Как было упомянуто выше, для процесса получения проводящего рисунка на анодированном алюминии, например, в процессе Anotherm разрешение ограничивается на уровне 25 мкм [2, 3]. Поэтому при исследовании маскирующих свойств фоторезиста на анодированном алюминии использовали фотошаблон в виде решетки с переменным шагом с расстоянием между дорожками от 1000 до 8 мкм.

Фоторезист SU-8, как и халкон ТАФХ являются резистом негативного типа. Он образует нерастворимую пленку в экспонированных местах за счет фотоактивированных сшивок восьми эпоксидных групп с образованием сетки полимера [21]. SU-8 также может быть применен для фотоселективного электрохимического получения микроструктур на АОА.

Целью работы является исследование маскирующих свойств триакриламидного полифторхалкона в качестве фоторезиста и коммерческого фоторезиста SU-8 на поверхности алюминия в условиях электрохимического анодирования алюминия и его металлизациии оптимизация процесса электрохимического осаждения меди на АОА для получения электропроводящих микроструктур.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ

Объектом исследования являются фоторезистные слои на основе полифторхалкона 3-(4-(4-акрилоилпиперазин-1-ил)-2,3,5,6-тетрафторфенил)-1-(2,4-бис(4-акрилоилпиперазин-1-ил)-2,5,6-трифторфенил)-проп-2-ен-1-он, структурная формула которого приведена на рис. 1.

Рис. 1.

Структурная формула исследуемого халкона ТАФХ 3-(4-(4-акрилоилпиперазин-1-ил)-2,3,5,6-тетрафторфенил)-1-(2,4-бис(4-акрилоилпиперазин-1-ил)-2,5,6-трифторфенил)-проп-2-ен-1-он.

Исследованный в работе акриламидный полифторхалкон был получен двухстадийным синтезом. Первая стадия включала взаимодействие пентафторфенилсодержащих халконов и декафторхалкона с пиперазином в этаноле. Для введения трех акриламидных групп продукт первой стадии подвергали взаимодействию с акрилом и хлоридом. Целевые акриламидные производные полифторхалконов были выделены методом препаративной тонкослойной хроматографии, с выходами от 17 до 35%. Синтез и идентификация акриламидов полифторхалконов, включая ТАФХ, были описаны в работе [9].

ТАФХ имеет два типа двойных связей, способных к сшивке и образованию сшитого полимера:двойная углерод-углеродная связь при α, β-ненасыщенном карбонильном центре, способная проводить ковалентную димеризацию молекул халкона путем реакции фотоциклизации при экспонировании в ближней ультрафиолетовой области (300–380 нм), димер ТАФХ представлен на рис. 2; двойные углеродные связи в акриламидных концевых группах, посредством свободно-радикальной полимеризации образуют полимерную цепь, в случае ТАФХ 3 и в случае димера ТАФХ 6-и акриламидных звеньев формируют сшитую разветвленную полимерную структуру полифторхалкона.

Рис. 2.

Схема димеризации ТАФХ.

ПОДГОТОВКА АЛЮМИНИЕВОЙ ПОДЛОЖКИ

Алюминиевые подложки перед использованием очищали в ацетоне для удаления возможных жировых остатков, далее щелочным раствором для удаления остатков окиси алюминия и промывали дистиллированной водой, после чего высушивали при температуре 100–300°С в зависимости от эксперимента. В отдельных экспериментах подложки алюминия подвергали электрохимическому полированию в следующих условиях: I = 20 А, U = 12 В, Тэлектролита = 65–80°С, t = 3–10 мин.

Состав электролита:

1. H3PO4 – 720 г/л,

2. H2SO4 – 480 г/л,

3. CrO3 – 64 г/л,

4. H2O – 336 г/л.

ПРИГОТОВЛЕНИЕ ФОТОРЕЗИСТНЫХ СЛОЕВ

Структуры в слоях коммерческого фоторезиста SU-8, получали в соответствии с рекомендациями производителя [22]. Фоторезисты наносились в качестве растворов на алюминиевую подложку методом центрифугирования. Коммерческий фоторезист SU-8 наносили из состава, поставляемого производителем при 3000–4000 об./мин, фоторезист ТАФХ наносили из раствора циклопентанона с концентрацией С = 0.267–0.89 моль/л в зависимости от условий эксперимента при 800–1000 об./мин, после чего образцы высушивали до удаления растворителя. Дальнейшие условия формирования фоторезистных структур приведены в табл. 1.

Таблица 1.  

Условия формирования структур в слоях различных фоторезистов

Фоторезист SU-8 ТАФХ
Предварительная сушка, мин 95°С 2 мин 50°С 60 мин
Время экспонирования, мин 60–80 с 40–60 мин
Обжиг, мин 95°С 2 мин 100°С 60 мин
Состав проявителя SU-8 developer 1-метокси-2-пропанол ацетат
Последующий обжиг, мин 200°С 60 мин 200°С 60 мин
Толщина слоя, мкм 4 1–2

В качестве шаблона для контактной фотолитографии использовали металлический шаблон на стеклянной подложке, представляющий собой периодическую дифракционную решетку с переменным периодом 1 мм–8 мкм. Экспонирование производили излучением ртутной лампы ДРТ-400.

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЕ АНОДИРОВАНИЕ

Анодирование алюминиевых пластин площадью 16 см2 проводили в режиме постоянного тока I = 0.1–0.4 A при напряжении U = 9–12 В. Величина силы тока в зависимости от электролита анодирования отличается.

В качестве электролитов анодирования были выбраны следующие составы [23]:

${\mathbf{IA}}.\,\,\,{{{\text{H}}}_{{\text{2}}}}{\text{S}}{{{\text{O}}}_{4}}\,\,(200{\text{ }}{{\text{г}} \mathord{\left/ {\vphantom {{\text{г}} {\text{л}}}} \right. \kern-0em} {\text{л}}}),$
${\mathbf{IIA}}.\,\,\,15\% {\text{ }}\left( {82{\text{ }}{{\text{г}} \mathord{\left/ {\vphantom {{\text{г}} {\text{л}}}} \right. \kern-0em} {\text{л}}}} \right){{{\text{H}}}_{{\text{2}}}}{\text{S}}{{{\text{O}}}_{4}} + 15\% {\text{ }}\left( {91{\text{ }}{{\text{г}} \mathord{\left/ {\vphantom {{\text{г}} {\text{л}}}} \right. \kern-0em} {\text{л}}}} \right){{{\text{H}}}_{{\text{3}}}}{\text{P}}{{{\text{O}}}_{4}},$
${\mathbf{IIIA}}.\,\,15\% {\text{ }}\left( {82\,\,{{\text{г}} \mathord{\left/ {\vphantom {{\text{г}} {\text{л}}}} \right. \kern-0em} {\text{л}}}} \right){{{\text{H}}}_{{\text{2}}}}{\text{S}}{{{\text{O}}}_{4}} + {\text{ }}15\% {\text{ }}\left( {91\,\,{{\text{г}} \mathord{\left/ {\vphantom {{\text{г}} {\text{л}}}} \right. \kern-0em} {\text{л}}}} \right){{{\text{H}}}_{{\text{3}}}}{\text{P}}{{{\text{O}}}_{4}} + {\text{HF}}(4--15\,\,{{\text{г}} \mathord{\left/ {\vphantom {{\text{г}} {\text{л}}}} \right. \kern-0em} {\text{л}}}).$

После анодирования образец промывали в проточной воде и высушивали до удаления воды при 100°С.

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЕ ОСАЖДЕНИЕ МЕДИ

Образцы были подвергнуты электрохимическому осаждению меди в электролитах [19]:

${\mathbf{IБ}}.\,\,\,{\text{CuS}}{{{\text{O}}}_{{\text{4}}}}(200--250\,\,{{\text{г}} \mathord{\left/ {\vphantom {{\text{г}} {\text{л}}}} \right. \kern-0em} {\text{л}}}) + {{{\text{H}}}_{{\text{2}}}}{\text{S}}{{{\text{O}}}_{4}}(50{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 70\,\,{{\text{г}} \mathord{\left/ {\vphantom {{\text{г}} {\text{л}}}} \right. \kern-0em} {\text{л}}}) + {\text{EtOH}}(7--10\,\,{{{\text{мл}}} \mathord{\left/ {\vphantom {{{\text{мл}}} {\text{л}}}} \right. \kern-0em} {\text{л}}}),$
${\mathbf{IIБ}}.\,\,\,{\text{CuS}}{{{\text{O}}}_{4}}(200--250\,\,{{\text{г}} \mathord{\left/ {\vphantom {{\text{г}} {\text{л}}}} \right. \kern-0em} {\text{л}}}) + {{{\text{H}}}_{{\text{2}}}}{\text{S}}{{{\text{O}}}_{4}}(50{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 70\,\,{{\text{г}} \mathord{\left/ {\vphantom {{\text{г}} {\text{л}}}} \right. \kern-0em} {\text{л}}}) + {\text{HF}}(10{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 15\,\,{{\text{г}} \mathord{\left/ {\vphantom {{\text{г}} {\text{л}}}} \right. \kern-0em} {\text{л}}}).$

Времена металлизации составляли 3–8 мин в режиме тока I = 0.4–0.9 А при напряжении U = 3–4 В. После металлизации образец промывали в проточной воде и высушивали до удаления воды при 100°С.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЕ АНОДИРОВАНИЕ АЛЮМИНИЯ

Для оценки времени образования барьерного диэлектрического слоя анодированного алюминия образцы были анодированы на протяжении 1, 2, 3, 4, 5, 10, 20, 40 мин в водном растворе 20% H2SO4, после чего была произведена качественная оценка проводимости полученных пленок оксида алюминия тестером PMM-600 SBM в режиме изменения сопротивления. Результаты показали, что проводимость исчезает в течение 3 мин анодирования.

Схемы формирования электропроводящих структур на подложке алюминия предполагают селективную изоляцию поверхности подложки барьерным слоем оксида алюминия, как от сердцевины подложки, так и от обратной ее стороны. Исходя из литературных данных [23] известно, что различный состав электролитов анодирования влияет на геометрические параметры пористой структуры оксида алюминия, и, как следствие на плотность электрохимического осаждения металла.

Наличие ортофосфорной кислоты в электролите приводит к травлению пор в процессе анодирования [18], что, как ожидается, приведет к повышенной плотности металлизации слоя. Добавка плавиковой кислоты также приводит к дополнительному травлению пор.

После анодирования алюминия в растворах IA– IIIA образцы были подвергнуты электрохимическому осаждению меди на протяжении 5 мин в типичном электролите меднения IБ. Полученные образцы исследовали микроскопическим методом на предмет плотности покрытия медью оксида алюминия. Фотографии полученных образцов представлены на рис. 3. Видно, что в случае с образцом, анодированным в 20% H2SO4 плотность металлизации не удовлетворительная и сплошного электропроводящего слоя не образуется. Последовательное повышение плотности осаждения меди происходит при переходе к электролиту IIA и IIIA. Интересно отметить, что с увеличением времени анодирования от 15 до 45 мин в электролите (20% H2SO4) плотность металлизации ожидаемо падала. Однако в случае электролитов IIA или IIIA подобной зависимости не наблюдается. Это можно объяснить растравливанием пор в этих электролитах и отсутствием роста перенапряжения на анодном слое по мере анодирования, препятствующего осаждению меди.

Рис. 3.

Фотографии образцов алюминия, анодированного в растворе IA 20% H2SO4 (сверху) и IIA 15% H2SO4 + + 15% H3PO4 (в центре) и IIIA 15% H2SO4 + 15% H3PO4 + HF (снизу) при металлизации 5 мин в электролите IБ CuSO4 + H2SO4 + EtOH.

ПОВЫШЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ОСАЖДЕНИЯ МЕДИ

Несмотря на то, что анодирование в электролите IIIA приводит к улучшению плотности осаждения меди на АОА, сплошного покрытия не наблюдается. Согласно [19, 23] плотность металлизации также можно повысить путем добавления в электролит меднения фторсодержащих неорганических добавок, в частности HF, для травления пор оксида алюминия и его активации в ходе электрохимического покрытия медью. Поэтому была проведена металлизация образцов в водном растворе CuSO4 + H2SO4 + HF. Результаты приведены на рис. 4.

Рис. 4.

Фотографии образцов алюминия, анодированного в растворе 20% H2SO4 (сверху) и 15% H2SO4 + 15% H3PO4 (в центре) и 15% H2SO4 + 15% H3PO4 + HF (снизу) при последующей металлизации 5 мин в электролите IIБ CuSO4 + + H2SO4 + HF.

Сравнивая рис. 3 и рис. 4, очевидно, что плотность металлизации при осаждении в электролите IIБ значительно выше, чем в стандартном электролите покрытия медью IБ. При этом присутствие HF как в электролите анодирования, так и в электролите меднения положительно сказывается на образовании медной сплошной пленки, где непокрытых участков практически не наблюдается. Соответственно, в дальнейшем исследование формирования электропроводящих структур проводили в IIIA и IIБ электролитах.

ФОТОЛИТОГРАФИЧЕСКАЯ ЗАПИСЬ И МЕТАЛЛИЗАЦИЯ МИКРОСТРУКТУР

Способ нанесения фоторезиста на подложку с пористым профилем поверхности влияет на его адгезию и свойства конечных металлизированных структур. В зависимости от технологической задачи требуется формировать резистные структуры как на алюминии с естественным окислом, практически без пор, так и на анодированном нанопористом алюминии. В качестве фоторезистов использовали триакриламидный полифторхалкон ТАФХ в сравнении с коммерчески выпускаемым фоторезистом SU-8. При этом проверили различные варианты подготовки подложек для получения микроструктур:

1. Нанесение фоторезиста на поверхность алюминия с естественным окислом, формирование структуры посредством контактного экспонирования.

2. Нанесение фоторезиста на предварительно анодированный алюминий, формирование структуры посредством контактного экспонирования.

1. Металлические структуры на подложке алюминия с естественным окислом

Микроструктуры в виде решетки с переменным шагом были сформированы в слоях фоторезистов ТАФХ и SU-8 методом контактной фотолитографии на алюминиевой подложке при действии УФ света, после чего была проведена металлизация. Снимки структур, полученных в слоях ТАФХ, представлены на рис. 5 и 6.

Рис. 5.

Снимки микроструктур на фоторезисте ТАФХ, полученные на электронном микроскопе для различных расстояний между проводящими дорожками. Темные участки представляют собой полимер, светлые – электрохимически осажденная медь.

Рис. 6.

Снимок структур ТАФХ-алюминий при увеличении ×800. Видно образование мостиков между дорожками.

Исходя из снимков видно, что на металлизированных дорожках присутствуют мелкие лакуны – непокрытые медью участки подложки. Причиной этому может служить дефектность алюминия или наличие микрочастиц на поверхности подложки, остающиеся на этапах обработки пластин. При этом можно заметить, что на дорожках с разрешением порядка 20–15 мкм медная проводящая пленка неразрывна вдоль дорожки, что практически позволяет проводить ток. При увеличении разрешения (уменьшении ширины дорожки) лакуны начинают препятствовать протеканию тока, так как возникают разрывы проводящей структуры.

Согласно литературным данным [25] плотность тока влияет на морфологию осаждения металла. При низких плотностях тока металл осаждается с большим количеством пробельных участков, а при высоких рост происходит неравномерно, сопровождается образованием локальных центров роста поверх основной металлической пленки. Экспериментальные данные позволяют заключить, что для образования сплошной пленки требуется проводить осаждение на протяжении 6–7 мин (в режиме тока I = 0.6 A, U = 2.8 В). При металлизации сплошных медных пленок на АОА с разрешением меньше 10 мкм возникают ограничения по толщине фоторезиста. При недостаточной толщине фоторезиста происходит превышение толщины пленки меди над фоторезистом. В таких условиях дальнейший рост начинает проистекать и в горизонтальном направлении с образованием металлических “мостиков” над поверхностью фоторезиста. Иллюстрация этого эффекта представлена на рис. 6.

2. Осаждение меди на предварительно полированный алюминий

С целью снижения шероховатости и дефектности алюминиевых подложек для последующей металлизации было проведено их предварительное электрохимическое полирование. Известно, что электрохимическое полирование приводит к уменьшению микро и макро-шероховатостей поверхности алюминия. Результат металлизации микроструктур при электрохимическом полировании подложки представлен на рис. 7.

Рис. 7.

Снимки металлизированных микроструктур ТАФХ на алюминии, полученные на электронном микроскопе при увеличении (а) ×100; (б) ×600.

В случае использования полированного алюминия возрастает плотность металлизации (см. рис. 6 и 7), при разрешении свыше 20 мкм практически отсутствуют непокрытые медью участки. Стоит отметить, что использование полирования алюминия снижает время проведения электрохимического осаждения с 6–7 до 3–4 мин, и при этом не образуются перекрытия между медными дорожками.

Подобные структуры были получены для коммерческого фоторезиста SU-8. Результат представлен на рис. 8.

Рис. 8.

Снимки микроструктур SU-8-алюминий, полученные на электронном микроскопе при увеличении (а) ×100; (б) ×600.

Можно сделать вывод (см. рис. 7 и 8), что качество структур, полученных в слоях ТАФХ и SU-8 в значительной степени не различаются, разрешающая способность металлизированных микроструктур на алюминии с естественным окислом с использованием данных фоторезистов идентична.

3. Металлические микроструктуры на подложке анодированного алюминия

Как было упомянуто в предыдущем разделе, неравномерный рост металлических пленок происходит из-за дефектности поверхности алюминия. Поверхность анодированного алюминия представляет собой диэлектрическую сотовую структуру с более высокой дефектностью, чем исходная алюминиевая поверхность. При этом формирование проводящих пленок на АОА также протекает с большими конечными дефектами, чем для чистых алюминиевых пластин. Были апробированы 2 типа подложек: предварительно полированный и неполированный алюминий. Металлизированные микроструктуры, полученные при использовании ТАФХ, представлены на рис. 9.

Рис. 9.

Снимки структур ТАФХ: (а) на подложке алюминия; (б) на подложке полированного алюминия, полученные на микропрофилометре МИИ-4.

Как видно из рис. 8а при использовании анодированной неполированной подложки имеет место высокая шероховатость структуры с непокрытыми участками и центрами неконтролируемого ускоренного роста больших медных сферических образований, перекрывающих дорожки. При использовании полированного АОА размеры таких образований в значительной степени снижаются, вследствие чего отсутствуют перекрытия проводящих дорожек при разрешении до 10 мкм. Данные результат позволяет рассматривать развитие метода более глубокой электрохимической полировки как перспективный прием для увеличения разрешающей способности металлизированных дорожек на АОА.

Также на подложке АОА с электрохимической полировкой были получены фотографии электропроводящих микроструктур на электронном микроскопе (см. рис. 10).

Рис. 10.

Снимки микроструктур ТАФХ-АОА, полученные на электронном микроскопе при увеличении (а) ×100; (б) ×600.

Видно, что металлические микроструктуры на АОА-ТАФХ практически не обладают непокрытыми участками. При любом доступном разрешении фотошаблона не наблюдаются медных образований, перекрывающих соседние дорожки. Однако, при разрешении порядка 10 мкм наблюдаются частичные непокрытые участки, не приводящие к полному разрыву дорожки, а также локальные уменьшения толщины медных дорожек. Уменьшения толщины могут быть связаны с неполным проявлением фоторезиста, при этом образуется подслой, который приводит к незначительному снижению скорости металлизации.

Результат проведения металлизации микроструктур в слоях фоторезиста SU-8 на АОА представлен на рис. 11. В случае с использованием фоторезиста SU-8 в аналогичных условиях как для ТАФХ на АОА не удалось надежно воспроизвести микроструктуры с разрешением менее 40–50 мкм. Процесс электрохимического осаждения металла в подобных областях практически не протекал. По-видимому, это происходит из-за образования подслоя частично сшитого полимера фоторезиста в участках его проявления. Это возможно, так как в основе механизма фотоформирования пленки фоторезиста SU-8 лежит процесс катионной фотополимеризации с образованием фотокислоты. Поверхность анодированного в серной кислоте алюминия является кислой. Образование кислых Бренстедовских центров на поверхности АОА активирует темновую реакцию олигомеризации/полимеризации эпоксида SU-8 [26 ] достаточную для неполного проявления резиста. В участках низкого разрешения процесс проявления и последующей металлизации протекает, вследствие более легкого проникновения проявителя, а в участках с высоким разрешением процесс проявления затруднен и протекает либо слабо, либо не происходит вообще, в зависимости от исходной толщины резиста. ТАФХ устойчив к кислотным центрам и поэтому эффективно проявляется, вплоть до минимального разрешения фотошаблона 8 мкм.

Рис. 11.

Снимки металлизированных микроструктур SU-8-АОА, полученные на микропрофилометре МИИ-4.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Исследованы подходы к формированию электропроводящих структур на подложках алюминия и анодированного алюминия при экспонировании фоторезистов ТАФХ и SU-8 через фотошаблон с разрешением до 10 мкм методом контактной фотолитографии. Подобраны электролиты, анодирования и омеднения содержащие HF для образования сплошной медной пленки в проводящих дорожках. С использованием фоторезиста ТАФХ на поверхности АОА сформированы проводящие дорожки с разрешением до 10 мкм. Экспериментально показано, что предварительная электрохимическая полировка алюминиевых подложек позволяет существенно повысит качество электрохимического меднения микроструктур. При использовании фоторезиста SU-8 на АОА не удалось получить металлизированных структур с разрешением выше, чем 40 мкм.

Список литературы

  1. Руфицкий М.В., Осин А.В. Коммутационные платы на основе технологии ALOX // Технологии в электронной промышленности. 2012. № 4(56). С. 14–15.

  2. Шиманович Д.Л., Яковцева В.А., Сокол В.А., Беспрозванный Е.Д. Анодированные алюминиевые подложки для устройств гигагерцового диапазона // Сборник трудов XXIV Международной научно-технической конференции “Радиолокация, навигация, связь”. 2018. Т. 4. С. 422–426.

  3. Литвинович Г.В., Шиманович Д.Л. Технологические особенности формирования плат со встроенной системой межсоединений в подложках анодного оксида алюминия // Доклады БГУИР. 2013. № 3(73). С. 39–44.

  4. Шиманович Д.Л., Сокол В.А., Литвинович Г.В. Методы формирования алюмооксидных микроструктур для мощных систем электромеханики // Материалы Международной научно-технической конференции “Фундаментальные проблемы радиэлектронного приборостроения”. 2014. Т. 14. № 3. С. 170–173.

  5. Васильев В.А., Серегин Д.С., Воротилов.А. Материалы с пористой структурой для устройств микро- и наноэлектроники // Материалы V Международной научно-технической конференции “Фундаментальные проблемы радиэлектронного приборостроения”. 2007. Т. 7. № 3. С. 7–26.

  6. Горох Г.Г., Лозовенко А.А., Обухов И.А., Смирнова Е.А. Формирование массивов нанопроводов Bi и Sb в порах анодного оксида алюминия для перспективных тепломеров // Материалы 26-й Международной Крымской конференции “СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии”. 2016. С. 1471–1477.

  7. Selvam P., Nanjundan S. Synthesis and characterization of new photoresponsive acrylamide polymers having pendant chalcone moieties // React. Funct. Polym. 2005. V. 62. № 2. P. 179–193.

  8. Шмуйлович К.С., Орлова Н.А., Шелковников В.В. Синтез акрилоильных производных полифторхалконов // Известия академии наук. Серия химическая. 2011. № 8. С. 1750–1752.

  9. Бородина Е.А., Орлова Н.А., Шелковников В.В. Синтез (N-акрилоил)пиперазинозамещенных полифторхалконов // Известия академии наук. Серия химическая. 2013. № 10. С. 2226–2233.

  10. Бородина Е.А. Взаимодействие полифторированных халконов с диаминами и гуанидином: автореф. дис. … канд. хим. наук: 02.00.03. М., 2005. 23 с.

  11. Деревяшкин С.В., Соболева Е.А., Шелковников В.В., Спесивцев Е.В. Голографическая запись в микронных пленках на основе полифторхалконов // Химия высоких энергий. 2018. № 6. С. 507–514.

  12. Деревяшкин С.В., Соболева Е.А., Шелковников В.В., Малышев А.И., Корольков В.П. Маскирующие свойства структур на основе триакриламидного производного полифторхалкона при жидкостном и реактивном ионном травлении // Микроэлектроника. 2019. Т. 47. № 1. С. 16–30.

  13. Rami Reddy A.V., Subramanian K., Krishnasamy V., Ravichandran J. Synthesis, characterization and properties of novel polymers containing pendant photocrosslinkable chalcone moiety // European Polymer J. 1996. V. 32. № 8. P. 919–926.

  14. Balaji R., Grande D., Nanjundan S. Studies on photocrosslinkable polymers having bromo-substituted pendant cinnamoyl group // Reactive and Functional Polymers. 2003. V. 56. № 1. P. 45–57.

  15. Cibin F.R., Di Bello N., Doddi G., Fares V., Mencarelli P., Ullucci E. Photocycloaddition of chalcones to yield cyclobutyl ditopic cyclophanes // Tetrahedron. 2003. V. 59. № 50. P. 9971–9978.

  16. Kim J.H., Ban S.Y., Kaihua S., Choi D.H. Photochromic behavior of new bifunctional copolymer containing spiropyran and chalcone moiety in the side chain // Dyes and Pigments. 2003. V. 58. № 2. P. 105–112.

  17. Деревянко Д.И. Физико-химические свойства и формирование микроструктур в гибридном фотополимерном материале на основе силоксан-тиол-акрилатных олигомеров: автореферат дис. … кандидата химических наук: 02.00.04. М., 2016. 22 с.

  18. Девяткина Т.И., Спасская М.М., Москвичев А.Н., Рогожин В.В., Михаленко М.Г. Анодное оксидирование алюминия и его сплавов для получения качественных гальванических покрытий // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. 2013. № 6(1). С. 109–114.

  19. Девяткина Т.И., Маркова Т.В., Рогожин В.В., Михайленко М.Г. Особенности гальванического меднения алюминиевых сплавов // Труды Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева. 2013. № 2(99). С. 237–244.

  20. Галецкий Ф.П., Лейтес И.Л., Петров Л.Г. Разработка технологии изготовления высокоплотных СВЧ многослойных печатных плат // Производство электроники. 2008. № 8. С. 23–27.

  21. Jeffrey D. Gelorme, Robert J. Cox, Sergio A.R. Gutierrez. Photoresist composition and printed circuit boards and packages made therewith. U.S. Patent No. 4882245 (1989).

  22. Microchem Corp. 2018. [электронный ресурс]URL: www.microchem.com/pdf/SU-8%203000%20Data%20Sheet.pdf

  23. Маркова Т.В., Девяткина Т.И., Рогожин В.В., Михаленко М.Г. Электролит для анодирования алюминия и его сплавов перед нанесением медных гальванопокрытий. пат. 2013. RU 2 529 328 C1.

  24. Денисенко Е.А., Лепёшкин И.О. Влияние ПАВ и фторсодержащей добавки на электрохимическое осаждение композиционных покрытий на основе сплавов меди // Материалы 13-ой Международной научно-практической конференции. Проблемы синергетики в трибологии, трибоэлектрохимии, материаловедении и мехатронике. 2015. С. 85–87.

  25. Augustin A., Bhat K.U., Udupa K.R., Hegde A.C. Electron Microscopic Study of Nodules formed during Electrodeposition of Copper on Aluminium // Materials Science Forum. 2015. V. 830–831. P. 371–374.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Микроэлектроника

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал