DE3341233C2

DE3341233C2 -

Info

Publication number: DE3341233C2
Application number: DE19833341233
Authority: DE
Inventors: Horst 7016 Gerlingen De Magenau; Heinz 7016 Gerlingen De Moessner; Georg Dipl.-Chem. Dr. 7016 Gerlingen De Zimmermann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1983-11-15
Filing date: 1983-11-15
Publication date: 1993-08-05
Also published as: DE3341233A1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem galvanischen Bad nach der Gattung des Hauptanspruchs. Aus der DE-AS 23 63 462 ist ein Verfahren zum galvanischen Abscheiden von Weichgoldschichten bekannt, das im pH-Bereich von 4-14 arbeitet und das 0,02-2 ppm Blei enthält. Ein Bleigehalt in dieser Größe soll zu gleichmäßig hellgelben feinkristallinen Niederschlägen führen, und zwar sowohl in frisch hergestellten Bädern als auch in solchen, die über viele Goldumsätze im Bad in Verwendung sind. Es hat sich jedoch gezeigt, daß bereits nach relativ kurzem Gebrauch, das heißt nach weniger als einmaligen Austrag der eingesetzten Goldmenge bei Goldstrukturen, die aus diesem Bad abgeschieden werden, starke Randaufwachsungen entlang der Goldkante auftreten. Ein solches Bad ist natürlich zum Aufbau von Strukturen aus Weichgold mit Bahnbreiten bis herab zu etwa 10 Mikrometer nicht geeignet, da die Randaufwachungen die Gefahr in sich bergen, daß es zu Kurzschlüssen zwischen den einzelnen Bahnen kommt.

Aus der DE-AS 16 21 180 ist ein im alkalischen Bereich arbeitendes Sulfitbad zur Abscheidung von Gold und Goldlegierungen bekannt, dem als glanzverstärkender Zusatz unter mehreren Metallen auch Blei in einer Menge von 5-500 mg/l und/oder als Legierungselement unter verschiedenen Metallen auch Blei in einer Menge von 0,5-5 g/l zugesetzt werden kann. Hier geht es jedoch um ein alkalisches Bad, das für den Aufbau feiner Goldstrukturen nicht geeignet ist, da der zur Strukturierung verwendete positiv arbeitende Photolack von einem solchen Bad angegriffen wird. Zudem geht es hier nicht um die Erhöhung des Glanzes, sondern um die Unterdrückung von Randaufwachsungen sowie um die Verringerung der Streuung der Schichtdicke und um die Verlängerung der Lebensdauer eines solchen Bades.

Ferner ist aus der US-PS 38 93 896 ein saures galvanisches Bad bekannt, welches sechs Bestandteile aufweist und eine Abscheidung von Goldfilmen bei Raumtemperatur ermöglicht. Aufwendig ist der zusätzliche Einfluß von Lewissäure zum Einstellen des pH-Wertes nach dem dort beschrittenen Weg. Zusätzlich treten Probleme durch ein Metallsalz, auf, welches in Lösung gehalten werden muß, weil vorzugsweise mit Bleikanten als härtebildendes Mittel die unerwünschten Randaufwachsungen an Goldkanten nicht auftreten. Dies wird in der US-PS 38 93 896 durch Zusatz eines komplexbildenden Mittels, welches das Metallkation bindet, vermieden. Bei höherer Temperatur dissoziieren mit Komplexonen in Lösung gehaltene Metall-Ligand-Komplexe stärker als bei Raumtemperatur, wodurch ein Einbau unerwünschter Kationen in das Goldgitter zu befürchten ist.

Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, ein saures galvanisches Bad zur Abscheidung feiner, reinerer Strukturen auch Weichgold unter Vermeidung nachteiliger Randaufwachsungen der abgeschiedenen Goldschicht und sparsamen Stoffeinsatz zu schaffen. Weiterhin soll der pH-Wert des Bades so niedrig liegen, daß ein Angriff des zur Strukturierung verwendeten positiv arbeitenden Photolacks verhindert wird. Zum anderen soll die Streuung der Schichtdicke kleiner als ±10% bleiben, so daß auch bei längerem Einsatz des Bades keine Randaufwachsungen an den Goldkanten auftreten. Schließlich sollen die Schichten gute Bond- und Löteigenschaften besitzen und die Badführung sehr einfach sein.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen galvanischen Bades möglich. Besonders vorteilhaft ist es, ein Bad der Zusammensetzung, wie es im Anspruch 4 angegeben ist, zu verwenden. In den Verfahrensansprüchen sind noch die Parameter angegeben, unter denen das Bad gut arbeitet. Hier ist es besonders günstig, mit den Parametern gemäß dem Anspruch 6 zu arbeiten, um optimale Ergebnisse zu erzielen.

Figuren

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In diesem Zusammenhang zeigt

Fig. 1 den Einfluß der Bleikonzentration in einem citratgepufferten Goldbad auf die Schichtdickenstreuung von etwa 3 µm dicken Goldstrukturen, wenn dem Goldbad zwischen 0 und 15 ppm Blei zugesetzt werden, und

Fig. 2 die zeitliche Änderung des Potentials der Kathode bei der galvanostatischen Abscheidung von etwa 3 µm dicken Goldstrukturen, gemessen gegen eine 3,5 m Kalomelelektrode.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Ein elektrisch leitfähig gemachtes Substrat wird in bekannter Weise mit einem positiv arbeitenden Photolack beschichtet, mit einer negativen Maske abgedeckt und belichtet. Bei der nachfolgenden Behandlung werden all diejenigen Teile des Photolacks vom Substrat abgelöst, die belichtet sind. Zum Aufbau von Goldstrukturen an den nunmehr freiliegenden elektrisch leitenden Stellen bringt man das Substrat, als Kathode geschaltet, in ein galvanisches Bad, das 50 g/l Diammoniumhydrogencitrat, 50 g/l Ammoniumsulfat, 20 g/l Kaliumdicyanoaurat sowie 10 ppm Pb²⁺ als Bleiacetat enthält. Das Bad hat einen pH-Wert von 4,5-5 und wird bei einer Temperatur von 60°C betrieben. Bei einer Stromdichte von 6 mA/cm² erhält man in etwa 8 Minuten eine helle und feinkörnige Weichgoldschicht von etwa 3 µm Dicke, die sehr gut bond- und lötfähig ist. Auch zeigen die so erzeugten Goldschichten praktisch keine Randaufwachsungen und ihre Schichtdicke ist verhältnismäßig sehr gleichmäßig, so daß eine durchschnittliche Dicke von 3 µm vollkommen ausreicht, um durchgehend sehr gut elektrisch leitfähige Leiterbahnen zu erzeugen. Eine solch geringe Streuung der Schichtdicke und damit die Möglichkeit, die Leiterbahnen verhältnismäßig dünn auszulegen, hat natürlich den Vorteil, daß man sehr viel weniger Gold benötigt als in dem Fall, daß die Streuung der Schichtdicke größer ist und man aus diesem Grunde zu dickeren Leiterbahnen übergehen muß, um eine gleichmäßige elektrische Leitfähigkeit zu gewährleisten. In diesem Zusammenhang ist die Fig. 1 zu sehen, die den Einfluß zeigt, den die Bleikonzentration in einem citratgepufferten Goldbad auf die Schichtdickenstreuung von etwa 3 µm dicken Goldstrukturen hat. In dieser Figur ist auf der Ordinate die Streuung der Schichtdicke in % und auf der Abszisse die Zugabe an Blei in Form von Pb²⁺ in ppm aufgetragen. Die eingezeichnete Kurve zeigt, daß sich bei einer Bleikonzentration von 1 ppm ein sehr scharf ausgeprägtes Maximum der Streuung und ebenso der Randaufwachsungen ergibt, das bis zu etwa 25% Streuung reicht. Die Kurve fällt dann bei weitersteigenden Bleikonzentrationen wieder ab und erreicht bei etwa 5 ppm wieder den Wert der Streuung eines bleifreien Bades, der sich schließlich auf einem Wert von etwa 7% Streuung einpendelt. Dies ist der Grund dafür, daß es nicht genügt, lediglich bis zu 2 ppm Blei zuzusetzen, sondern daß es notwendig ist, mehr als 5 ppm zuzusetzen, wobei ein Wert von 10 ppm Pb²⁺ ein sehr günstiger Wert ist.

Die Wirkung des Bleizusatzes ist auch deutlich am Potentialverlauf an der Kathode zu erkennen. In Fig. 2 ist die zeitliche Änderung des Potentials bei Bädern mit unterschiedlicher Bleikonzentration dargestellt. Auf der Ordinate ist das Potential aufgetragen, auf der Abszisse die Galvanisierzeit in Minuten. Die Bleikonzentrationen sind als Parameter dargestellt, die zu entsprechend verschiedenen Kurven führen. Bei einer Stromdichte von 6 mA/cm² und einer Abscheidungstemperatur von 60°C wird durch einen Zusatz von 8 ppm Pb²⁺ das Abscheidungspotential um etwa 0,3 V in positiver Richtung verschoben. Bei noch höherer Bleikonzentration tritt keine weitere Verschiebung auf. Diejenigen Bleikonzentration, die eine starke Streuung der Schichtdicken und der Randaufwachungen bewirken, sind, wie die beiden Kurven 0,5 bzw. 1 ppm Pb²⁺ zeigen, durch eine Potentialänderung während der Galvanisierzeit charakterisiert. Diese Potentialänderung wird mit zunehmender Bleikonzentration schneller. Es bietet sich hier eine Möglichkeit, durch die Aufnahme einer Potential/Zeit-Kurve festzustellen, ob eine ausreichende Bleikonzentration in dem Bad vorliegt, welche die Streuungen und Aufwachsungen auf ein Minimum halten. Das Potential für eine durch Pb²⁺-Ionen katalysierte Goldabscheidung sollte spätestens nach 1 Minute auf - 550 mV angestiegen sein.

Claims

1. Saures, wäßriges galvanisches Bad zur Abscheidung feiner Strukturen aus Weichgold, das aus Dicyanoaurat als löslichem Goldsalz, Puffersalzen sowie Blei in gelöster Form in einer Menge zwischen 5 und 50 ppm, gerechnet als zweiwertige Bleikationen Pb(2+), besteht.

2. Galvanisches Bad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es als Puffersalze Diammoniumhydrogencitrat und Ammoniumsulfat enthält.

3. Galvanisches Bad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es einen pH-Wert zwischen 4 und 6 aufweist.

4. Galvanisches Bad nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung:
50 g/l Diammoniumhydrogencitrat
50 g/l Ammoniumsulfat
20 g/l Kaliumdicyanoaurat
10 ppm Pb²⁺ als Bleiacetat.

5. Verwendung eines sauren, wäßrigen galvanischen Bades nach Anspruch 1, zur Abscheidung feiner Strukturen aus Weichgold, dadurch gekennzeichnet, daß dem Bad Blei in einer Menge von 5 bis 50 ppm, gerechnet als zweiwertige Bleikationen Pb(2+), zugesetzt wird, daß es bei einem pH-Wert zwischen 4 und 6 und einer Temperatur zwischen 50 und 70°Celsius betrieben wird und daß die Goldabscheidung bei einer Stromdichte von 5 bis 20 mA/cm² erfolgt.

6. Verwendung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein galvanisches Bad folgender Zusammensetzung eingesetzt wird:
50 g/l Diammoniumhydrogencitrat
50 g/l Ammoniumsulfat
20 g/l Kaliumdicyanoaurat
10 ppm Pb²⁺ als Bleiacetat;
daß das Bad bei einem pH-Wert von 4,5 bis 5 und bei einer Temperatur von 60°C betrieben und daß die Stromdichte auf ca. 6 mA/cm² eingestellt wird.