DE19540122A1

DE19540122A1 - Verfahren zur Verringerung der Initiationszeit in einem stromlosen Bad

Info

Publication number: DE19540122A1
Application number: DE19540122A
Authority: DE
Inventors: David R Richards; Yaroslaw A Magera; Vernon L Brown
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1994-10-28
Filing date: 1995-10-27
Publication date: 1996-05-02
Anticipated expiration: 2015-10-28
Also published as: GB2294476A; KR960014396A; FR2726205B1; TW293984B; GB9521107D0; DE19540122C2; GB2294476B; JPH08213738A; FR2726205A1

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen das Gebiet der Metallisierung von Substanzen und insbesondere ein Verfah ren zur Verringerung der Initiationszeit bzw. der Startzeit bei einem stromlosen Metallabscheiden aus wässerigen Lösungen.

Hintergrund der Erfindung

Ein Verfahren um selektiv eine Leiterplatte zu metallisieren ist in dem US-Patent 5,162,144 (vom gleichen Inhaber wie die vorliegende Erfindung) beschrieben und wird hier durch Bezug nahme aufgenommen. Das Verfahren wird in Verbindung mit einer dielektrischen beschichteten aufeinanderfolgenden bearbeiteten Leiterplatte verwendet, wie in dem US-Patent 5,260,170 (vom gleichen Inhaber wie die vorliegende Erfindung) beschrieben. Das Leiterplattenverfahren erfordert die aufeinanderfolgende Abscheidung und phototechnische Bildung von Öffnungen in zwei Photolacken (resins). Der erste Photolack, genannt Photolack A, wird mit einem Material gefüllt, welches im folgenden als Füll stoff bezeichnet wird, welcher, wenn er aktiviert wird, das stromlose Metallabscheiden aus wässerigen Lösungen mit einem Metall fördert, der zweite Photolack, genannt Photolack B, ent hält keinen Füllstoff. Wenn jeder Photolack, nacheinander, pho tochemisch strukturiert wird, der Photolack A über dem Photo lack B, definieren die Öffnungen, die in dem Photolack B er zeugt werden Bereiche, die als "Kanäle" bezeichnet werden; auf einanderliegende Öffnungen, die in dem Photolack A und in dem Photolack B erzeugt sind, definieren tiefere Bereiche, die als "Schächte (wells)" bezeichnet werden und sich zu einer unteren Metallschicht öffnen. Wenn diese Struktur einem Verfahren un terworfen wird, welches die in oder an der Oberfläche des Pho tolacks A enthaltenen Teilchen modifiziert oder aktiviert, kön nen die Kanäle und Schächte mit einem stromlos aufgebrachten Metall beschichtet werden, um metallische Strukturen, wie Kon taktflächen (pads), Durchführungen und Leiterbahnen zu bilden.

Unter heutigen Produktionsbedingungen ist die Verringerung der Durchsatzrate kritisch. Nachdein die Teilchen auf der Leiter platte aktiviert sind, erfolgt die stromlose Metallabscheidung. Das stromlose Metallabscheiden wird normalerweise durch eine Initiationzeit charakterisiert, welche der Zeit entspricht, die zwischen Eintauchen in das stromlose Bad und Beginn der Metal lisierung vergeht. Hochaktivierte stromlose Bäder weisen eine kurze Initiationzeit auf, können jedoch zu einem fehlerhaften Metallisieren führen. Eine stabilere Badchemie führt zu länge ren Initiationszeiten. Weiterhin fand man heraus, daß längere Initiationszeiten zu einer körnigeren Abscheidung mit weniger Initiations und adhäsiven Bereichen führen.

Daher besteht ein Bedürfnis nach einen Verfahren zur Verringe rung der Initiationszeit eines stabilen stromlosen Bades. Des weiteren besteht ein Bedürfnis nach ein Verfahren welches zu einer besseren Abscheidung führt.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Bei der Herstellung einer dielektrischen beschichteten aufein anderfolgend verarbeiteten Leiterplatte werden Leiterbahnen, Durchführungen und Kontaktflächen photochemisch in den Photo lacken definiert. Diese Verfahren legt den Photolack A frei bzw. belichtet diesen, wenn eine Leiter, Durchführung oder Kon taktfläche notwendig wird. Anschließend werden die kleinen Me talloxidteilchen in der Oberfläche des Photolacks a freigelegt. Die Leiterplatte wird anschließend in eine reduzierende Lösung eingetaucht oder mit dieser bespritzt, wodurch kleine katalyti sche Inseln um die Metalloxidteilchen herum erzeugt werden. Diese Inseln weisen eine dünne Schicht eines aktiven Metalls auf. Zum Beispiel handelt es sich in einer bevorzugten Ausfüh rungsform bei den Metalloxidteilchen um Cu₂. Nachdem sie der reduzierten Lösung ausgesetzt wurden, bilden sich dünne Insel schichten aus CuH, Cu° oder CuBH_x. Anschließend wird die Platte in ein stromloses Bad eingeführt und eine Bildung festen Kup fers findet an den Positionen, an denen katalytische Inseln in einer ausreichenden Menge vorhanden sind, statt.

Die Initiationszeit des stabilen stromlosen Bades kann 15 Minu ten dauern. Um die Initiationszeit weiter zu verringern, wird ein weiterer Schritt des Eintauchens oder Besprühens der Lei terplatte mit einer Edelmetallsalzlösung durchgeführt, bevor die Leiterplatte stromlos metallisiert wird. Dies führt zu ei ner Metallaustauschreaktion, bei welcher das Kupfer durch das Edelmetall ersetzt wird. Der Austausch tritt nur in einer dün nen Schicht auf der Oberfläche des Kupfers auf.

Diese Edelmetallschicht ist katalytisch und schützt die kataly tischen Inseln auf Basis von Kupfer vor Oxidation. Da keine Oxide entfernt werden müssen, kann das stromlose Bad fast so fort mit dem Metallisieren beginnen. Die Kupferoxide treten so gar auf, wenn die Platte unmittelbar in das stromlose Bad ein geführt wird, erhöhen sich jedoch mit jeder Verzögerung. Da die Edelmetallbehandlung die Aktivität der erzeugten katalytischen Filme aufrechterhält, ist die Steuerung des katalytischen Film wachstum entscheidend um das selektive Metallisieren beizube halten. Das Wachstum des katalytischen Films, kann durch Mani pulieren der Reduktionslösungskonzentration und der Reduktions dauer gesteuert werden.

Beispiele

1. Proben einer zweischichtigen dielektrischen aufeinanderfol gend bearbeiteten Leiterplatte, erzeugt gemäß US-Patent Nr. 5,260,170 wurden hergestellt. Die Proben wurden in einer 1,0 Mol Borohydrid, 0,25 Mol EDTA-Lösung fünf Minuten reduziert. Die Proben wurden anschließend mit entionisiertem Wasser ge spült. Eine Probe wurde anschließend in eine ionsische Paladi umlösung 10 Sekunden eingetaucht. Währenddessen wurde die zwei te Probe getrocknet und beiseite gelegt. Nachdem Eintauchen in Paladium wurde die erste Probe mit entionisierten Wasser abge spült. Beide Proben wurden anschließend in ein Shipley 4500 stromloses Kupferbad zwei Minuten eingetaucht. Die Proben wur den mit einen Rasterelektronenmikroskop betrachtet.

Die zweite Probe zeigte nur eine vereinzelte Metallisierung, während die erste Probe kontinuierlich metallisiert war.

2. Eine zweite Probe mit einer zweischichtigen dielektrischen, aufeinanderfolgend bearbeiteten Leiterplatte, hergestellt gemäß US-Patent 5,260,170, wurde hergestellt. Die Probe wurde der io nischen Palladiumlösung zehn Sekunden ausgesetzt. Anschließend wurde die Probe in entionisierten Wasser gespült und in ein Shipley 4500 stromlosen Kupferbad 2 Minuten eingetaucht. Die Probe wurde unter einem Rasterelektronenmikroskop beobachtet. Die Probe zeigte das keine Metallisierung auftrat. Erhöhte Me tallisierung liegt nicht an der Adsorption des ionischen Pala dium an dem Photolack der Probe.

Zusammenfassend stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Verringerung der Initiationszeit, zur Erhöhung der Dichte der adhäsiven Bereiche und der Verringerung der Teilchengröße der mit Kupfer metallisierten Leiterbahnen, Kontaktflächen und Durchführungen auf einer Leiterplatte zur Verfügung.

Claims

1. Verfahren zur Verringerung der Initiationzeit eines kataly tischen Films bzw. Schicht auf Basis von Kupfer, welche auf einer dielektrischen Leiterplatte angeordnet ist, die in ein stromloses Bad eingeführt ist, wobei das Verfahren durch die folgenden aufeinanderfolgenden Schritte gekenn zeichnet ist:

- Herstellen von katalytischen Inseln auf Basis von Kupfer aus diskreten Kupferoxidbereichen an oder in einer Ober flächen einer dieelektrischen Schicht der Leiterplatte;
- Abspülen der Karte mit deonisiertem Wasser;
- Behandeln der Oberfläche mit einer ionischen Edelmetallö sung; und
- Abspülen der nicht reagierten Edelmetallösung von der Oberfläche, bevor die Leiterplatte in das stromlose Bad eingeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Behandelns der Oberfläche mit einer ionischen Edelmetallösung den Unterschritt des selektiven Abscheidens einer dünnen Schicht eines Edelmetalls auf von den kataly tischen Inseln auf Basis von Kupfer bedeckte Bereiche, über eine elektrochemische Austauschung des reduzierten Kupfers auf der Oberfläche des katalytischen Inseln, umfaßt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Behandelns der Oberfläche mit einer ionischen Edelmetallösung den Unterschritt des Eintauchens der Ober fläche in eine ionische Edelmetallösung umfaßt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Behandelns der Oberfläche mit einer ionischen Edelmetallösung den Unterschritt des Eintauchens der Ober fläche in die ionische Edelmetallösung für vorzugsweise 2 Minuten umfaßt.

5. Verfahren nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Behandelns der Oberfläche mit einer ionischen Edelmetallösung den Unterschritt des Bespritzens der Ober fläche mit der ionischen Edelmetallösung umfaßt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt der Herstel lung der katalytischen Inseln auf Basis von Kupfer des wei teren durch folgende Unterschritte gekennzeichnet ist:

- Freilegen der diskreten Kupferoxidbereiche auf der Ober fläche; und
- Behandeln der Oberfläche mit einer reduzierenden Lösung, wodurch eine aktive Metallschicht erzeugt wird.

7. Leiterplatte mit selektiv, stromlos abgeschiedenem Kupfer, hergestellt gemäß einem der Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 6.