DE4241657C1 - Verfahren zur Erzeugung homogener Goldschichten aus stromlosen Goldbädern und Verwendung des Verfahrens - Google Patents

Verfahren zur Erzeugung homogener Goldschichten aus stromlosen Goldbädern und Verwendung des Verfahrens

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    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C18/00—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating
    • C23C18/16—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by reduction or substitution, e.g. electroless plating
    • C23C18/31—Coating with metals
    • C23C18/42—Coating with noble metals
    • C23C18/44—Coating with noble metals using reducing agents
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung homogener Goldschichten aus stromlosen Goldbädern und die Verwendung des Verfahrens.
Chemisch-reduktive Metallisierungsbäder für die Herstellung von Goldschichten und deren Verwendung sind allgemein bekannt (Goldie, Gold als Oberfläche, technisches und dekoratives Vergolden, 1983).
Weiterhin sind Goldbäder bekannt, bei denen auf Nickel- oder Nickellegierungsoberflächen keine Abscheidung stattfindet (US-PS 1,322,203), oder aus denen lediglich eine Zementa­ tionsabscheidung (US-PS 3,123,484) möglich ist, die nur eine Abscheidung dünner Goldschichten gestattet (DD-2 65 915), wo­ bei die Haftfestigkeit der Goldschicht auf der Unterlage bei größeren Schichtdicken geringer ist.
Die Herstellungsprozesse in der Halbleiter verarbeitenden Industrie stellen an die zu verwendenden Goldschichten beson­ dere Anforderungen. Für das Bonden werden Goldschichten von 0,2-0,3 µm mit einer möglichst homogenen Oberfläche benö­ tigt. Weiterhin werden für Beschichtungsverfahren häufig al­ kalisch lösliche Fotoresiste oder -lacke zur Abdeckung selek­ tiv zu beschichtender Flächen eingesetzt. Diesen Redingungen werden die Lösungen in DD-1 50 762, DD-2 40 915, DD-2 44 768, DD-2 73 651, US-PS 3,506,462 und US-PS 4,169,171 nicht ge­ recht.
In JP-62-228 485 wird ein Hochgeschwindigkeitsbad zur Ab­ scheidung von Gold offenbart, das neben Kaliumgoldcyanid, Kaliumcyanid und Natriumborhydrid auch Natriumhydroxid ent­ hält. Zusätzlich ist Gelatine enthalten. Durch den Gehalt an Natriumhydroxid ist die Abscheidungslösung alkalisch und kann daher nicht zur Goldabscheidung von mit alkalisch löslichen Resisten oder Lacken beschichteten Substraten eingesetzt wer­ den. Gelatine wird in diesem Bad in hoher Konzentration zur Vermeidung der nur in alkalischen Lösungen stattfindenden Disproportionierung der Gold(I)ionen zu Gold(0) und Gold(III)ionen verwendet, um die durch die Bildung der Gold(0)-Partikel verursachte Instabilität des Bades zu ver­ hindern.
Weitere Goldbäder mit hoher Abscheidungsrate werden in den Lösungen der Druckschriften DD-2 63 307 und DE-P 40 20 795 C aufgezeigt. Bäder der ersteren weisen den Nachteil auf, daß ein gleichzeitiger zementativer Abscheidungsprozeß stattfin­ det. In der zweiten Lösung, wie auch in allen anderen aufge­ führten Goldbädern, kann es in Abhängigkeit von Konzentra­ tionsschwankungen des Bades (z. B. bei der Ausarbeitung (Ver­ armung an Goldsalz in der Beschichtungslösung durch Goldab­ scheidung), unterschiedliche Reaktionsgeschwindigkeiten an verschiedenen Stellen der zu vergoldenden Oberfläche) und der Reaktionsmechanismen des Bades zur Bildung von kolloidalem Gold kommen. Dieses kolloidale Gold kann spontan und unkon­ trolliert auskristallisieren und führt zur Verringerung der Stabilität des Goldbades. Weiterhin kann das kolloidale Gold selektiv in feinsten Partikeln an aktiven Stellen der Ober­ flächen durch Oberflächenfehler und an Strukturkanten und Rändern mit polaren Gruppen ausflocken. Das auskristallisie­ rende Gold wird damit in die Goldschicht eingebaut, führt zu weiterwachsenden Pusteln, und es ergeben sich Schichtdicken­ schwankungen auf selektiven Oberflächen, die vor allem bei der Anwendung von Automatikbondern zum Ausfall von Bondstel­ len führen können. Lösungen, die zur Verringerung der Bildung von kolloidalem Gold im alkalischen Bereich betrieben werden (Dettke, Stromlose Beschichtung, Eugen G. Leuze Verlag, 1988, S. 74-78), können für Miniaturleiterplatten mit alkalisch löslichen Lack- und Resiststrukturen nicht eingesetzt werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt von daher das Problem zu­ grunde, die Homogenität von Goldschichten aus stromlosen Bä­ dern zu verbessern und Abscheidungslösungen bereit zustellen, aus denen Gold auch auf mit alkalisch löslichen Resisten oder Lacken beschichteten Substraten abgeschieden werden kann.
Gelöst wird das Problem durch die Ansprüche 1 und 3. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist im Unteranspruch beschrieben.
Ein mit der Erfindung erzielter Vorteil besteht zum einen darin, daß durch Verwendung einer sauren Abscheidungslösung auch mit alkalisch löslichen Resisten oder Lacken beschichte­ te Substrate mit Gold beschichtet werden können.
Ein weiterer mit der Erfindung erzielter Vorteil besteht da­ rin, daß auf inhomogenen Oberflächen infolge von verschieden aktiven Stellen der Oberfläche, z. B. in den Lackgrabenstruk­ turen mit polaren Gruppen in den Lacken und Resisten, die Auskristallisation des in der Elektrolytlösung vorhandenen kolloidalen Goldes verhindert wird. Deshalb wird ein Kolloid- Stabilisator in Form von Gelatine dem Bad mit dem Anion Di­ cyanoaurat als Goldsalz, Stabilisatoren und Reduktionsmittel zugegeben.
Dadurch steigt gleichzeitig die Stabilität des Bades, da auch in diesem kein kolloidales Gold auskristallisiert. Die feinen Goldkriställchen, die zu Goldpusteln in der Schicht weiter­ wachsen, werden vermieden, und dadurch wird die abgeschiedene Goldschicht homogener. Es treten keine selektiven Schicht­ dickenschwankungen auf. Durch die Vermeidung der Auskristal­ lisation von kolloidalem Gold werden Schichtdickenschwankun­ gen durch unterschiedliche Strömungsverhältnisse ebenfalls geringer.
Die Erfindung eignet sich besonders zur chemisch-reduktiven Vergoldung von selektiven chemisch-reduktiv vernickelten Kup­ ferkontaktschichtstrukturen auf Miniaturleiterplatten, die mit alkalisch löslichen Lötstopplacken oder -resisten abge­ deckt sind.
Die Vergoldung erfolgt zumindest mit der bekannten Gold-Elek­ trolyt-Kombination entsprechend der DE-P 40 20 795 C:
Gold-Vorbad-Elektrolyt, 15 Minuten Behandlungszeit, 60°C, pH 5,1 mit Citronensäure
Gold als Na3Au(SO3)2|0,6 g/l
Formaldehyd 0,1 g/l
Natriumcitrat 10,0 g/l
Na2SO3 5,0 g/l
Ethylendiamin 0,84 g/l
NH4Cl 15,0 g/l und
Gold-Haupt-Elektrolyt: 30 Minuten Behandlungszeit, 82 - 84°C mit
KAu (CN)2|4,0 g/l
Thioharnstoff 20,0 g/l
CoCl2·6 H2O 20,0 g/l
NiCl2·6 H2O 15,0 g/l
Ammoniumdihydrogencitrat 15,0 g/l
wobei dem Gold-Haupt-Elektrolyt der erfindungsgemäße Gold- Kolloid-Stabilisator folgendermaßen zugesetzt wird:
  • a) Auflösen von 1 g Speise-Gelatine p.A. in 50 ml entioni­ siertem Wasser unter Aufkochen
  • b) Zugabe der heißen Gelatine-Lösung zu 1 l Gold-Haupt- Elektrolyt bei der Arbeitstemperatur von 82-84°C
  • c) 60 Minuten Halten des Gold-Haupt-Elektrolyten auf der Arbeitstemperatur und anschließendes Filtrieren.
Die Vergoldung in 50-100 µm breiten Kanälen in Lackgraben­ strukturen auf einer Miniaturleiterplatte 30 × 20 mm2 mit 2 µm Goldschichtdicke zeigt Schichtdickenschwankungen, die kleiner als 5% sind.

Claims (3)

1. Verfahren zur Erzeugung homogener Goldschichten aus sauren stromlosen Goldbädern, die vorzugsweise das Anion Dicyanoaurat [Au(CN)2] als Gold­ salz, Stabilisatoren und Reduktionsmittel enthalten, wobei diesem Bad ein Gold-Kolloid-Stabilisator in Form von Gelatine zugesetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß dem Goldbad 0,3-7 g/l Gelatine zugesetzt wird.
3. Verwendung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 oder 2 zur stromlosen Abscheidung einer homogenen Goldschicht, bei dem das Anion Dicyanoau­ rat [Au(CN)2] als Goldsalz, Stabilisatoren, Reduktionsmittel und 0,3-7 g/l Gelatine eingesetzt wird, für die chemisch-reduktive Vergoldung von selekti­ ven chemisch-reduktiv vernickelten Kupferkontaktschichtstrukturen auf Miniaturleiterplatten, die mit alkalisch löslichen Lötstopplacken oder -resisten teilweise abgedeckt sind.
DE19924241657 1992-12-04 1992-12-04 Verfahren zur Erzeugung homogener Goldschichten aus stromlosen Goldbädern und Verwendung des Verfahrens Expired - Fee Related DE4241657C1 (de)

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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1322203A (en) * 1919-11-18 oe chicago
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JPS62228485A (ja) * 1986-03-31 1987-10-07 Toshiba Corp 無電解金めつき液
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