CN101100744A - 金属腐蚀抑制的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种金属腐蚀抑制的方法，应用于含金属的基材，其表面与反应溶液接触，该方法通过混合臭氧于反应溶液，以形成金属氧化物保护层于含金属的基材表面，防止其下方的金属继续被氧化、腐蚀，并可进一步通过调整金属所处反应溶液的氧化还原特性及其酸碱度，来改变反应溶液的腐蚀反应性，减缓金属腐蚀的倾向。
Description
技术领域
本发明涉及一种金属腐蚀抑制的方法，尤其涉及一种可应用于精密电子元件的金属腐蚀抑制的方法。
背景技术
金属材料在产业中的应用层面非常广泛，包括半导体电子元件及光电显示器等精密元件，都需使用金属材质，如铝(Al)、铜(Cu)、钼(Mo)、铬(Cr)、钛(Ti)等，做为元件中的连接导线。在元件制作的微影、蚀刻、洗净等过程中，这些金属材质常会因为接触到相关工艺的化学药剂及水洗等湿工艺条件(如温度、pH值)而发生腐蚀现象，进而影响产品的质量。
金属材料被腐蚀的机制是因为金属与所处环境中的物质形成电池反应，即电极化的氧化还原反应，使金属产生阳极氧化反应失去电子而被腐蚀。防止金属材质腐蚀的方法主要包括以覆膜(coating)方式隔绝金属与所处环境，以及以添加抑制剂(corrosion inhibitor)方式改变环境的腐蚀特性。其中，覆膜(coating)方式是在金属材质上面披覆适当的有机化合物，如环状聚合物，或金属保护层以隔绝金属材质与所处的腐蚀环境，减少金属材料暴露而降低腐蚀发生。金属保护层通常用以作为阳极牺牲保护层(sacrificial anode)，使较活泼的金属保护层在反应中代替金属导线被消耗。
另一种方式是在金属所处环境中添加腐蚀抑制剂，改变金属所处环境的腐蚀性(corrosivity)，来减少金属腐蚀的情形，如降低水中的溶氧及调整水质环境的酸碱值以减少金属的氧化进而降低腐蚀发生。但上述方法使用的化学药剂，大多为具毒性或生物无法分解的材料，会对环境造成不良影响。因此，如何在维持金属导线电性质量及环境保护的前提下，达到抑制金属材质腐蚀的目的，为产业中急需解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种金属腐蚀抑制的方法，调控反应溶液的腐蚀特性，在金属导线会接触到的工艺药剂或是清洗水质中添加臭氧，以调整反应溶液的腐蚀特性(corrosivity)。
为实现上述目的，本发明公开了一种金属腐蚀抑制的方法，应用于含金属的基材，其表面与反应溶液接触，其步骤包含混合臭氧(O3)于反应溶液及形成金属氧化物保护层(passive layer)于含金属的基材表面。在反应溶液中添加臭氧可以提升反应溶液的氧化能力，由于分子态或是自由基态的臭氧都是很强的氧化剂，适当调控反应溶液的臭氧溶解浓度可以在金属表面形成一层金属氧化物保护层(passive layer)，保护层可以防止其下方的金属继续被氧化、腐蚀。
另外，本发明实施例还包含混合一添加物于反应溶液的步骤，如适当的无机酸或其盐类的步骤，以调整金属所处环境(反应溶液)的氧化还原特性及其酸碱度，来改变反应溶液的腐蚀反应性(corrosivity)，减缓金属腐蚀的倾向。
采用本发明可防止金属继续被氧化、腐蚀，并可进一步通过调整金属所处反应溶液的氧化还原特性及其酸碱度，来改变反应溶液的腐蚀反应性，减缓金属腐蚀的倾向。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1为本发明较佳实施例的实施流程图；及
图2为电位值对应电流值变化的极化曲线图。
其中，附图标记：
步骤110：混合臭氧于反应溶液
步骤120：形成金属氧化物保护层于含金属的基材表面
步骤130：混合适当的添加物于反应溶液
具体实施方式
本发明所揭露的金属腐蚀抑制的方法，应用于含金属的基材，其表面与反应溶液接触，含金属的基材表面与反应溶液接触的方式可为含金属的基材浸泡于反应溶液，或者是喷洒反应溶液于含金属的基材。如图1所示，为本发明较佳实施例的实施流程图，先混合臭氧于反应溶液(步骤110)；形成金属氧化物保护层于含金属的基材表面(步骤120)；混合适当的添加物于反应溶液(步骤130)。在本发明实施例中，添加臭氧于反应溶液的步骤，可通过添加溶有臭氧的溶液于反应溶液，或者是直接添加臭氧气体，使其溶解于反应溶液。其中的反应溶液包括清洗用的超纯水、去离子水及含有酸碱药剂的水溶液，或是应用于其它相关工艺步骤的蚀刻液及光阻剂剥膜液等。反应溶液的较佳臭氧浓度范围为0.1～30百万分比浓度(ppm)。
并且，本发明较佳实施例的添加物可为无机酸或其盐类，如碳酸、磷酸、硝酸、硼酸及硅酸等，添加方式可通过添加无机酸或其盐类的溶液于反应溶液，或者是直接加入添加物，使其溶解于反应溶液。也可将添加物混入溶液后，再添加于反应溶液。添加物可为单独添加或任意组合，反应溶液的添加物较佳浓度为10-5～10-1摩尔浓度(M)。
为更清楚说明本发明的实施方式，特进行第一实验例，分别添加不同的配方测量其对于铝金属的腐蚀反应倾向，即进行腐蚀电位及电流测量。
本发明第一实验例是以去离子水作为反应溶液，实验条件如下：第一组为去离子水。第二组为去离子水添加臭氧，臭氧浓度为5ppm，酸碱值为pH5.8。第三组为去离子水添加臭氧及碳酸，臭氧浓度为5ppm，酸碱值为pH4.2。第四组为去离子水添加臭氧及硝酸，臭氧浓度为5ppm，酸碱值为pH3.5。第五组为去离子水添加臭氧及磷酸，臭氧浓度为5ppm，酸碱值为pH3.6。以电化学方法测量铝金属于第一至第五组溶液中的腐蚀电位(Ecorr)及腐蚀电流(I corr.)，如图2所示，为电位值对应电流值变化的极化曲线图。并根据图2求得铝金属于第一至第五组溶液的腐蚀电位及腐蚀电流，结果如表一所示：表一：
| Icorr.(A/cm2) | Ecorr.(V) | |
| 第一组 | 3.611×10-8 | -0.5739 |
| 第二组 | 5.135×10-8 | -0.4798 |
| 第三组 | 1.652×10-8 | 0.0236 |
| 第四组 | 8.393×10-9 | -0.2659 |
| 第五组 | 1.745×10-8 | -0.2478 |
腐蚀电位越低代表铝金属在反应溶液中较容易被腐蚀，腐蚀电流越大代表铝金属在反应溶液中被腐蚀的速度较快。第一组的腐蚀倾向最大。添加臭氧的第二至第五组腐蚀倾向明显降低，第三至第五组显示搭配碳酸、硝酸、磷酸等无机酸时，可有效增加腐蚀电位。由上述结果显示，添加臭氧的反应溶液相较于未添加臭氧的反应溶液，对金属而言具有显著的腐蚀抑制效果。
本发明通过混合臭氧于反应溶液，以形成金属氧化物保护层于含金属的基材表面，防止其下方的金属继续被氧化、腐蚀，并可进一步通过调整金属所处反应溶液的氧化还原特性及其酸碱度，来改变反应溶液的腐蚀反应性，减缓金属腐蚀的倾向。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (16)
1.一种金属腐蚀抑制的方法，应用于一含金属的基材，其表面与一反应溶液接触，其特征在于，保护步骤：
混合一臭氧于该反应溶液；及
形成一金属氧化物保护层于该含金属的基材表面。
2.根据权利要求1所述的金属腐蚀抑制的方法，其特征在于，该反应溶液的较佳臭氧浓度范围为0.1～30百万分比浓度。
3.根据权利要求1所述的金属腐蚀抑制的方法，其特征在于，该臭氧是溶于一溶液再添加于该反应溶液。
4.根据权利要求3所述的金属腐蚀抑制的方法，其特征在于，该溶液包含一添加物。
5.根据权利要求4所述的金属腐蚀抑制的方法，其特征在于，该添加物包含一无机酸及其盐类其中之一或该无机酸及其盐类的任意组合。
6.根据权利要求5所述的金属腐蚀抑制的方法，其特征在于，该无机酸包含碳酸、磷酸、硝酸、硼酸及硅酸所组成的族群其中之一。
7.根据权利要求5所述的金属腐蚀抑制的方法，其特征在于，该添加物的较佳浓度为10-5～10-1摩尔浓度。
8.根据权利要求1所述的金属腐蚀抑制的方法，其特征在于，该臭氧是呈气态直接溶解于该反应溶液。
9.根据权利要求1所述的金属腐蚀抑制的方法，其特征在于，还包含混合一添加物于该反应溶液的步骤。
10.根据权利要求9所述的金属腐蚀抑制的方法，其特征在于，该添加物包含一无机酸及其盐类其中之一或该无机酸及其盐类的任意组合。
11.根据权利要求10所述的金属腐蚀抑制的方法，其特征在于，该无机酸包含碳酸、磷酸、硝酸、硼酸及硅酸所组成的族群其中之一。
12.根据权利要求10所述的金属腐蚀抑制的方法，其特征在于，该添加物的较佳浓度为10-5～10-1摩尔浓度。
13.根据权利要求1所述的金属腐蚀抑制的方法，其特征在于，该反应溶液包含超纯水、去离子水及含有酸碱药剂的水溶液其中之一。
14.根据权利要求1所述的金属腐蚀抑制的方法，其特征在于，该反应溶液包含蚀刻液及光阻剂剥膜液其中之一。
15.根据权利要求1所述的金属腐蚀抑制的方法，其特征在于，该含金属的基材浸泡于该反应溶液。
16.根据权利要求1所述的金属腐蚀抑制的方法，其特征在于，该反应溶液喷洒于该含金属的基材。
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|---|---|---|---|---|
| CN110291046A (zh) * | 2017-03-30 | 2019-09-27 | 栗田工业株式会社 | pH、氧化还原电位调节水的制造装置 |
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2006
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| US11339065B2 (en) | 2017-03-30 | 2022-05-24 | Kurita Water Industries Ltd. | Apparatus for producing aqueous pH- and redox potential-adjusting solution |
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