一種適合多層膜電路制作的鎳光刻腐蝕液配方及腐蝕方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及一種鎳光刻腐蝕液配方。
【背景技術】
[0002] Ni層作為一種耐焊接金屬膜層，在微波多層膜電路（如（Ta2N)-NiCr-Ni-Au)的 制作中主要起到阻擋層和耐SnPb焊料焊接的作用，其制作工藝包括鎳膜層的物理汽相沉 積（磁控濺射）和鎳層的圖形腐蝕。在實際應用中，工藝技術人員確定了一套完整的磁控 濺射（Ta2N) -NiCr-Ni-Au膜層結構的制作方法，但要實現線條整齊、陡直的多層膜電路圖形 制作時，需采用掩膜圖形轉移的方法在成膜基片上勻膠、曝光、顯影、依次腐蝕Au、Ni、NiCr、 Ta2N。腐蝕體系中，Au、NiCr、Ta2N的腐蝕液較為成熟，適用于多層膜電路圖形制作工藝中， 但是Ni腐蝕液在多層薄膜電路制作中很難尋找到合適的工藝配方。
[0003] 通過資料查詢和調研，通常的Ni腐蝕液主要為硝酸與硝酸鈰銨、硝酸與硝酸鎬 鈰、硝酸與過硫酸銨等混合水溶液，利用上述幾種配方進行圖形的腐蝕后發現腐蝕效果較 差，表現為腐蝕后線條邊緣明顯不整齊，呈鋸齒狀，不能滿足產品檢驗標準和宇航產品高質 量的制作需求。主要原因是：一方面，腐蝕液在腐蝕Ni層過程中時常出現同一電路片上局 部圖形腐蝕不徹底的現象，待最后一處腐蝕干凈，其他位置已經過腐蝕；另一方面，常規腐 蝕液對Ni和NiCr的腐蝕過程選擇性不強，腐蝕Ni層的同時，也會以較快的腐蝕速率腐蝕 NiCr層，造成Ni層還未完全腐蝕完成，底層的NiCr層已經發生明顯側蝕，造成產品圖形的 線條制作質量較差。
【發明內容】
[0004] 本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提供了一種適合多層膜電路制 作的鎳光刻腐蝕液配方及腐蝕方法。
[0005] 本發明的技術解決方案是：一種適合多層膜電路制作的鎳光刻腐蝕液配方，包括 氫氟酸溶液、硝酸溶液和去離子水；各組成部分的體積比如下：
[0006] 氫氟酸溶液：硝酸溶液：去離子水=(0· 8-1. 2) : (2. 5-3. 5) :2。
[0007] 氫氟酸溶液、硝酸溶液和去離子水的最優體積比為1 :3 :2。
[0008] -種適合多層膜電路制作的鎳光刻腐蝕方法，步驟如下：
[0009] (1)在通風條件下，按照上述的配方比例，首先將氫氟酸加入預先計量好的去離子 水中，然后加入硝酸，加入后攪拌，靜置、冷卻后得到腐蝕液；
[0010] (2)將經過光刻膠保護的待腐蝕鎳層的多層膜電路整片浸入步驟⑴中的腐蝕液 中進行腐蝕，對于2000A-3000A厚度的Ni層，腐蝕時間3-7秒，腐蝕溫度25°C-35°c，腐 蝕過程中保持電路與腐蝕液的相對運動。
[0011] Ni層腐蝕完成后立即使用去離子水將表面沖洗干凈。
[0012] 本發明與現有技術相比有益效果為：
[0013] 利用本發明配方腐蝕的多層膜電路鎳層在40X顯微鏡下觀察，線條側壁光滑、陡 直，無金屬膜層內縮，無鋸齒狀凸起或內凹；腐蝕前后對比膜層附著力無明顯變化，無膜層 起翹、脫落等現象；經上百次腐蝕驗證，線條質量良好，腐蝕過程容易控制，腐蝕工藝性較為 穩定。
【附圖說明】
[0014] 圖1為腐蝕前示意圖；
[0015] 圖2、3為本發明腐蝕過程的剖面示意圖。
【具體實施方式】
[0016] 本發明提出了一種新型的適合含鎳多層膜電路的Ni膜層腐蝕液，對解決薄膜領 域常見的Ni濺射膜層的腐蝕問題非常有效。Ni膜層是通過磁控濺射方法得到的厚度約為 2000A~3000A的纖維結構的柱狀晶粒薄膜，使用的靶材是99. 99%Ni靶材。
[0017]Ni的濺射參數確定后，在Ni膜層光刻腐蝕方面，進行了大量深入的研究工作。經 過查詢各種金屬元素的化學腐蝕液列表，可知該Ni膜層的最佳腐蝕方法是氧化腐蝕，采用 硝酸或氫氟酸等酸性溶液可以實現此種金屬的腐蝕。不同的Ni腐蝕液試驗如下表。
[0018]
[0019] 試驗①中，常溫腐蝕2000A-3000A厚度的Ni膜層，腐蝕40S-50S后，Ni層腐 蝕徹底，但是線條邊緣側向腐蝕嚴重；低于40s時線條邊緣殘留大量的Ni層（40X顯微鏡 下觀察）。
[0020] 試驗②中，常溫腐蝕2000A-3000A厚度的Ni膜層腐蝕時間約90s，局部殘留 Ni層，且長時間腐蝕光刻膠發生剝離，線條側向腐蝕嚴重。
[0021] 試驗③中，水浴加入腐蝕Ni層，其腐蝕時間約4-15s，腐蝕后微細線條側向腐蝕嚴 重，40X顯微鏡下觀察，其Ni層腐蝕完成后NiCr層也被腐蝕。
[0022] 試驗④中，腐蝕時間約4min，腐蝕速率較慢，腐蝕后膜層呈黑色，經進一步腐蝕后 圖形呈鋸齒狀。
[0023] 試驗⑤中，腐蝕時間約4min，腐蝕速率較慢，腐蝕后膜層呈黑色，經進一步腐蝕后 局部圖形仍有殘留膜層。
[0024] 本發明通過與常規幾種腐蝕配方進行了大量對比實驗，主要對腐蝕的細節如線條 側邊的陡直程度、腐蝕后的附著力減弱程度、腐蝕工藝的穩定性進行比較研究；通過對配方 不斷優化，針對嚴格的圖形質量要求，對腐蝕液中幾種成分的精細比例進行了大量調整，使 之達到了最佳的腐蝕效果。同時，在確定該Ni腐蝕也配方中，我們發現如果氫氟酸比例升 高，硝酸比例降低后，腐蝕過程中反應更為劇烈，過程控制性較差，腐蝕后線條側向腐蝕嚴 重；如氫氟酸比例過低，硝酸比例升高后，過多的硝酸則會參與NiCr層的腐蝕，造成局部膜 層難以徹底腐蝕干凈，且線條邊緣存在毛刺現象。因此，適用于多層薄膜電路Ni層的具體 腐蝕液配方如下：
[0025] 氫氟酸：硝酸：去離子水（體積比）=(0· 8-1. 2) : (2. 5-3. 5) :2。
[0026] 最佳腐蝕配方為：氫氟酸、硝酸和去離子水（體積比）=1 :3 :2。
[0027] 其中，氫氟酸是40%含量（質量百分比），硝酸是70%含量（質量百分比）。
[0028]確定配方之后，通過大量的試驗及研究確定利用該配方下的正確腐蝕方法步驟如 下：
[0029] (1)在通風條件下，按照上述的配方比例，首先將氫氟酸加入預先計量好的去離子 水中，同時由于硝酸溶于溶液后易產生放熱，應最后加入硝酸，少量緩慢加入，加入后攪拌， 靜置、冷卻后方可使用。
[0030]利用該腐蝕液腐蝕完成后，必須將腐蝕放置于塑料容器內并密封保存，每腐蝕2-3 批次（每批次按15片計算）必須更換腐蝕液，Ni層腐蝕完成后必須立即使用大量的去離 子水將表面沖洗干凈。
[0031] (2)將經過光刻膠保護的待腐蝕鎳層的多層膜電路整片浸入步驟⑴中的腐蝕液 中進行腐蝕，對于2:0:00爲-3000A厚度的Ni層，腐蝕時間3-7秒，腐蝕溫度25Γ-35Γ， 腐蝕過程中保持電路與腐蝕液的相對運動。
[0032] 如圖1、2、3所示，對于多層膜電路在采用光刻膠保護后，逐層進行腐蝕，例如首先 利用現有的腐蝕液及腐蝕方法腐蝕最外層金，待腐蝕到鎳層時，利用本發明腐蝕液及腐蝕 方法進行腐蝕。
[0033] 實施例1
[0034] 腐蝕液：氫氟酸：硝酸：去離子水（體積比）=0· 8 :3· 5 :2,腐蝕時間7s，腐蝕溫度 25°C-35°C，腐蝕（Ta2N)-NiCr-Ni-Au多層膜電路中的鎳層。
[0035] 40X顯微鏡觀察腐蝕后局部線條邊緣略有微量的黑色膜層顆粒殘留，線條陡直， 膜層附著力良好，膜層無起翹、脫落現象，腐蝕后一次交驗合格率達到88%。
[0036] 實施例2
[0037]腐蝕配方為：氫氟酸、硝酸和去離子水（體積比）=1 :3 :2,腐蝕時間4_5s，腐蝕 溫度25°C-35°C。腐蝕（Ta2N)-NiCr-Ni-Au多層膜電路中的鎳層。
[0038] 40X顯微鏡觀察腐蝕后線條光滑、陡直，無鋸齒狀，無金屬膜層內縮，無多余殘留 金屬顆粒，膜層附著力良好，膜層無起翹、脫落現象，腐蝕一次交驗合格率達到95%。
[0039] 實施例3
[0040] 氫氟酸：硝酸：去離子水（體積比）=1. 2 :2. 5 :2時，腐蝕時間3s，腐蝕溫度 25°C-35°C，腐蝕（Ta2N)-NiCr-Ni-Au多層膜電路中的鎳層。
[0041] 試驗發現，腐蝕速率較快，40X顯微鏡觀察腐蝕后局部線條邊緣略有側向腐蝕現 象，無多余金屬膜層殘留，膜層附著力良好，無起翹、脫落現象，。腐蝕一次交驗合格率達到 85%〇
[0042] 本發明未詳細說明部分屬于本領域技術人員公知常識。
【主權項】
1. 一種適合多層膜電路制作的鎳光刻腐蝕液配方，其特征在于：包括氫氟酸、硝酸和 去離子水；各組成部分的體積比如下： 氫氟酸：硝酸：去離子水=(〇· 8-1. 2) : (2. 5-3. 5) :2。2. 根據權利要求1所述的一種適合多層膜電路制作的鎳光刻腐蝕液配方，其特征在 于：氫氟酸、硝酸和去離子水的最優體積比為1 :3 :2。3. -種適合多層膜電路制作的鎳光刻腐蝕方法，其特征在于步驟如下： (1) 在通風條件下，按照權利要求1中所述的配方比例，首先將氫氟酸加入預先計量好 的去離子水中，然后加入硝酸，加入后攪拌，靜置、冷卻后得到腐蝕液； (2) 將經過光刻膠保護的待腐蝕鎳層的多層膜電路整片浸入步驟（1)中的腐蝕液中進 行腐蝕，對于2000A-3000 A厚度的Ni層，腐蝕時間3-7秒，腐蝕溫度25°C -35°c，腐蝕過 程中保持電路與腐蝕液的相對運動。4. 根據權利要求3所述的一種適合多層膜電路制作的鎳光刻腐蝕方法，其特征在于： Ni層腐蝕完成后立即使用去離子水將表面沖洗干凈。
【專利摘要】一種適合多層膜電路制作的鎳光刻腐蝕液配方及腐蝕方法，配方包括氫氟酸、硝酸和去離子水；各組成部分的體積比如下：氫氟酸：硝酸：去離子水＝(0.8-1.2)：(2.5-3.5)：2。利用本發明配方腐蝕的多層膜電路鎳層在40×顯微鏡下觀察，線條側壁光滑、陡直，無金屬膜層內縮，無鋸齒狀凸起或內凹；腐蝕前后對比膜層附著力無明顯變化，無膜層起翹、脫落等現象；經上百次腐蝕驗證，線條質量良好，腐蝕過程容易控制，腐蝕工藝性較為穩定。
【IPC分類】C23F1/28
【公開號】CN105274530
【申請號】CN201510594064
【發明人】王峰, 王平, 白浩, 黃海濤
【申請人】西安空間無線電技術研究所
【公開日】2016年1月27日
【申請日】2015年9月17日