DD221477A1

DD221477A1 - Verfahren zur elektrolytischen abscheidung von glatten und glaenzenden kupferschichten

Info

Publication number: DD221477A1
Application number: DD26056984A
Authority: DD
Inventors: Ulrich Vieweger; Heinz Liebscher; Wolfgang Rempt; Frank Taetzner; Andreas Zielonka
Original assignee: Leipzig Galvanotechnik
Priority date: 1984-03-05
Filing date: 1984-03-05
Publication date: 1985-04-24

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur elektrolytischen Abscheidung von Kupferschichten in kontinuierlich und diskontinuierlich arbeitenden Anlagen mit erzwungener Konvektion, insbesondere zur Verkupferung von Draehten und Baendern. Durch Zugabe von organischen Verbindungen wie Disulfide, aliphatische Polyether, organische Basen und polymere organische Basen einzeln oder in Gemischen werden bei Stromdichten bis 1 000 A/dm2 und Temperaturen von 20 C bis 80 C glatte und glaenzende Kupferschichten erzielt.

Description

Titel der Erfindung

Verfahren zur elektrolytischen Abscheidung von glatten und glänzenden Kupferschichten*

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur elektrolytischen Abscheidung von glatten und glänzenden Kupferschichten bei hohen Stromdichten in kontinuierlich und diskontinuierlich arbeitenden Anlagen mit erzwungener Konvektion insbesondere zur Verkupferung von Drähten und Bändern.

Charakteristik der bekannten technischen Lösung

Es ist bekannt, daß unter Voraussetzung bestimmter hydrodynamischer Bedingungen in geeigneten Anlagen hohe Stromdichten anwendbar sind. Diese Tatsache wird bei der Beschichtung von Bändern, Drähten und anderen Werkstücken bereits industriell genutzt. Dazu werden alkalische und saure Elektrolyte eingesetzt, die ohne Zusätze betrieben werden. Der Nachteil dieser Elektrolyte besteht darin, daß sie nur in einem engen Stromdichtebereich und bei geringen Schichtdicken Überzüge von ausreichender Qualität liefern. So ist allgemein bekannt, daß mit zunehmender Stromdichte und Schichtdicke die Rauheit der Schicht zunimmt und in den meisten Fällen exponentiell ansteigt.

Zur Erzielung glatter Schichten wurden bereits organische Zu-

aätze verwendet, die aber geringe Wirkungen aufweisen und nur niedrige Stromdichten zuließen.

Bei steigender Stromdichte nimmt die Wirkung von Glanzzusätzen systematisch ab, da durch die begrenzte Geschwindigkeit des Antransportes eine genügend große Nachlieferung der Zusätze an die Oberfläche der Katode nicht mehr möglich ist; ebenso nimmt die V/irkung der Zusätze mit steigender Temperatur ab.

Die Anwendung niedriger Stromdichten anstelle der theoretisch möglichen Grenzstromdichte führt aber zu einer erheblichen Senkung der maximal möglichen Produktivität.

Bereits vorgeschlagen wurde auch die Anwendung von Thioharnstoff zur Herstellung glatter Schichten im Bereich der Grenzstromdichte. Der Nachteil des Einsatzes von Thioharnstoff be-

steht in der Bildung von organischen Zersetzungsprodukten, z. B. Formamidindisulfid, die in kurzer Zeit zur Unbrauchbarkeit des Elektrolyten führen, indem sie rauhe Niederschläge verursachen.

Um glatte und glänzende Schichten zu erhalten, kann man auch nach dem elektrolytischen Verkupfern einen zusätzlichen Ziehprozeß oder ein zusätzliches elektrolytisches Polieren nachschalten. Der Nachteil dieser Technologien besteht nicht nur in einem aufwendigen zusätzlichen technologischen Schritt, sondern auch im dabei durch Abtrag auftretenden Materia!verlust.

Ziel der Erfindung

Die Erfindung hat das Ziel ein Verfahren zur elektrolytischen Abscheidung von glatten, insbesondere dicken, glatten und glänzenden Kupferschichten unter Anwendung erzwungener Konvektion bis zum Bereich der Diffusionsgrenzstromdichte und bei hohen Temperaturen unter Einsatz von organischen Zusatzstoffen zu schaffen, um damit eine wesentliche Erhöhung der Produktivität gegenüber den bisherigen Verfahren zu erzielen und dabei gleichzeitig Material und Energie einzusparen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Es ist Aufgabe der'Erfindung, durch die "Verwendung von speziellen organischen Zusätzen die auftretenden Rauhigkeiten von Kupferniederschlägen bei der Anwendung hoher Stromdichten und auch bei der Erzeugung dicker Schichten zu vermeiden. Gleichzeitig sollen die angewandten Zusatzstoffe keine störenden Abbauprodukte entwickeln, in geringen Konzentrationen anwendbar sein und eine kontinuierliche Regenerierung gestatten·

Erfindungsgemäß werden einem Grundelektrolyten der Zusammensetzung

CuSO₄ · 5 H₂O : 1SO bis 240 g/l

H₂SO₄ : 60 bis 120 g/l

Cl" : 30 bis 120 mg/1

einzeln oder in Gemischen folgende organische Verbindungen zugesetzt:

1· Ein Disulfid mit der Gruppierung ^c - s - s - σζ

das offenkettig oder cyclisch sein kann und mindestens eine oder mehrere wasserlöslich machende Gruppen wie sulfon- oder phosphonsaure Gruppen enthält, wie z.B.

HaO₃S - CH₂ - CH₂- S - S - CH₂ - CH₂ - SO₃ K, HO - CH₂ - CH₂ - 3 - 3 - CH - CH₃ - SO₃ K,

CH₃

UaO₃S - (CH₂ )₃ -S-S (CH₂ )₃ - SO₃ K

2. Ein wasserlöslicher aliphatischer Polyether mit 8 bis Ether-O-Atomen, wie z. B.

HO - CH₂ - CH₂ - 0 - (CH₂ - CH₂ - O)_n - CH₃ - CH₃ - OH,

HO - CH„ - CH - 0 - (CH₅ -CH-O) - GE₀ - CH - OH, _{( l} η ₍

CH₃ CH₃ CH₃

Nonyl-C₆H₄ - O - CH₃ - CH₂ - O - (CH₂ - CH₂ -

GH - CH₂- OH

3· Sine organische Base, die 2 bis 6 ΪΓ-Atome enthält, wie ζ. Β.

Ε_ηΉ - C - MH - CEL - CH₀ - HH - C - UH₀,

² Il 2 2 · Il ²

EH HH

^G6^H5

CH,

Cl"

4· Eine polymere organische Base, wie ζ. Β die polymere N,N-Dimethy 1-3,4-diinethylen-pyrrolidiniumverbindung der allgemeinen Pormel

- CH - CH - GH -

CH₉ φ CH

Hn

CH-

Dabei werden die genannten Verbindungen in Konzentrationen von 1 bis 100 mg/1 zugesetzt. Bei Temperaturen von 20 C bis 80 C und bei erzwungener Konvektion werden bei Stromdichten bis 1 000 A/dm glatte und hochglänzende Kupferschichten erzielt.

Claims

Erfindungsansprüche

1. Verfahren zur elektrolytischen Abscheidung von glatten und glänzenden Kupferschichten in kontinuierlich und diskontinuierlich arbeitenden Anlagen mit erzwungener Konvektion, insbesondere zur Verkupferung von Drähten und Bändern, gekennzeichnet dadurch, daß einem bekannten Kupferelektrolyten 0,1 bis 50 mg eines wasserlöslichen Disulfides mit der Gruppierung -C-S-S- C^ vorzugsweise 5 mg/1 KO₃S-(CH₂)- - 3 - S - (CH₂), - 3O₃ K, zugesetzt wird.

² Ii · ² I! ²

NH NH

zugesetzt wird.

2. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß neben dem Disulfid noch 1 bis 500 mg/1 eines aliphatischen wasserlöslichen Polyethers, vorzugsweise 4 mg/1 KO₃S - (CH₂)₂ - S - 3 - (CHg)₂ - SO₃ K 25 mg/1 OH - CH₂ -CHg-O- (CH₃ - CH₂-O)₇₂-CH₃ -CH₂- OH zugesetzt wird.

3· Verfahren nach Punkt 2, dadurch gekennzeichnet, daß neben dem Disulfid und dem Polyether noch 1 bis 20 mg/1 einer organischen Base, vorzugsweise

4· Verfahren nach Punkt 3, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der organischen Base 1 bis 10 mg/1 einer polymeren organischen Base der allgemeinen Formel

- GH - CH -

CH,

300 Cl"

300

vorzugsweise
3 mg/1 KO₃S - (CH₂)₃ - S - S - (CH₃)₃

15 mg/1 OH - CH₂ - CH₂ - 0 (CH₂-CH₂-O) 2 mg/1 polymere Base, zugesetzt wird.

SO₃ K

4 mg/1 KO 3 - (CH₂)₂ - S - S - (CH₃)g - SO K

20 mg/1 OH - CH₂ -CHg-O- (CH₃ - CH₂ -O)_72-

CH₂ - CH₂ - OH

6 mg/1 H₀U - C - NH - CH₀ - CH₀ - HH - C - NH₀

5. "Verfahren nach Punkt 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mit diesen Zusätzen oder Zusatzkombinationen bei Temperaturen von 20 bis 80° C und bei erzwungener Konvektion bis zu einer Stromdichte von 1 000 A/dm glatte und hochglänzende Kupferschichten abgeschieden werden.