TWI690619B - 鈀之電鍍浴組合物及無電電鍍方法 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於一種水性電鍍浴組合物及藉由無電電鍍在基板上來沈積鈀層之方法。本發明之水性電鍍浴組合物包含鈀離子源、鈀離子還原劑及芳族化合物。該水性電鍍浴組合物具有增加之鈀沈積速率，同時維持浴液穩定性。該水性電鍍浴組合物亦具有延長之壽命。本發明之芳族化合物允許在該浴液壽命期間將該沈積速率調節至恆定範圍且允許在較低溫度下無電沈積鈀層。本發明之芳族化合物使沈積速率較低之無電鈀電鍍浴活化且使老化的無電鈀電鍍浴再活化。

Description

鈀之電鍍浴組合物及無電電鍍方法
本發明係關於鈀之水性電鍍浴組合物及無電電鍍方法，其用於製造印刷電路板、IC基板及半導體晶圓之金屬化。
在印刷電路板、IC基板及其類似物之製造以及半導體晶圓之金屬化中，鈀之無電沈積為已建立之技術。鈀層用作例如障壁層及/或線可接合及可焊接面層。
US 5,882,736中揭示無電鈀電鍍浴組合物，其包含鈀離子源、氮化錯合劑及選自甲酸及其衍生物之還原劑。該等無電鈀電鍍浴組合物適於沈積純鈀，相比之下，含有次磷酸鹽作為還原劑之電鍍浴組合物產生鈀-磷合金層。
專利申請案WO 2006/065221 A1揭示一種用於電鍍金屬(亦即鈀)之自催化無電電鍍浴，其包含界面活性劑(亦即壬基苯酚乙氧基化物)及還原劑(亦即肼或甲醛)。當在濁點以上操作時，含有界面活性劑之浴液可控制金屬之沈積，減少浴液之分解，且在極低金屬濃度下提供較高電鍍速度。
專利申請案DD 222 346 A1揭示一種自催化沈積鈀之溶液，其包含鈀化合物、還原劑、錯合劑、穩定劑及作為界面活性劑之壬基苯酚。添加亞硝基萘酚可改良溶液之穩定性。
美國專利4,424,241描述一種無電電鍍溶液，其包含鈀、有機配位體及還原劑(亦即甲醛及甲酸)。可添加某些添加劑(亦即酚酞)以改良電鍍鈀的外觀及特性。
儘管許多先前技術文獻教示鈀電鍍浴組合物，但用其獲得之電鍍速率無法滿足當前為達成經濟製造所需之不斷增加電鍍速率的需求。
另外，沈積速率在浴液壽命期間不斷減小，且沈積速率過低最終使無電鈀電鍍浴壽命終止。此歸因於已沈積之鈀之催化作用及自催化沈積機制。通常，改變無電鈀電鍍浴溫度係用於調節沈積速率及浴液壽命期。提高浴溫亦增加沈積速率。但在較高溫度下操作浴液同時增加浴液不穩定之風險。
此類電鍍浴之穩定性意謂電鍍浴穩定免於分解，亦即電鍍浴自身中的金屬鈀發生非所需的沈澱。因此，無電鈀電鍍浴不穩定又縮短浴液壽命。由於鈀價格較高，故出於經濟原因，較早丟棄無電鈀電鍍浴亦為非所需的。
本發明之目標
本發明之一目標為提供一種電鍍浴組合物及一種用於無電電鍍鈀之方法，其中沈積速率進一步增加。本發明之另一目標為提供一種電鍍浴組合物及一種用於無電電鍍鈀之方法，其允許將沈積速率調節至所需較高值。本發明之另一目標為提供一種電鍍浴組合物及一種用於無電電鍍鈀之方法，其中沈積速率進一步增加，同時浴液仍保持穩定。本發明之一具體目標為提供一種電鍍浴組合物及一種用於無電電鍍鈀之方法，其允許在電鍍浴壽命期間維持恆定較高沈積速率。本發明之另一目標為提供一種電鍍浴組合物及一種用於無電電鍍鈀之方法，其允許延長電鍍浴之壽命。
此等目標用一種用於鈀之無電沈積的水性電鍍浴組合物解決，該水性電鍍浴組合物包含(i)至少一種鈀離子源，(ii)至少一種鈀離子還原劑，及(iii)至少一種式(I)之芳族化合物
Figure 104142560-A0202-12-0003-1
 其中R1係選自由以下組成之群：-H、-CH3及-CH2-CH3；且其中R4係選自由以下組成之群：經取代之直鏈C1至C8烷基；未經取代或經取代之分支鏈C3至C8烷基；及未經取代或經取代之羰基；且其中R2、R3、R5及R6彼此獨立地選自由以下各者組成之群：-H；未經取代或經取代之直鏈C1至C20烷基；未經取代或經取代之分支鏈C3至C20烷基；-OH；-O-CH3；-O-CH2-CH3；-CH3及-CHO。
此等目標利用一種無電鈀電鍍方法進一步解決，該方法包含以下步驟：(a)提供基板，(b)使該基板與如上文所述之水性電鍍浴組合物接觸，且藉此將鈀層沈積至基板之至少一部分上。
本發明之水性電鍍浴組合物在本文中稱為組合物或本發明之組合物。術語「電鍍」與「沈積」在本文中可互換使用。
式(I)之芳族化合物提供鈀(尤其純鈀)沈積速率增加且壽命延長的本發明之水性電鍍浴組合物。儘管增加沈積速率，但式(I)之芳族化合物並不損害本發明之水性電鍍浴組合物免於不當分解的穩定性。將式 (I)之芳族化合物添加至無電鈀電鍍浴中允許在浴液壽命期間將沈積速率調節至恆定範圍。本發明之式(I)之芳族化合物使沈積速率較低(即使在新鮮製備時)之無電鈀電鍍浴活化且使老化的無電鈀電鍍浴再活化。本發明之式(I)之芳族化合物允許在較低溫度下無電沈積鈀層。
圖1展示含有濃度在1至10mg/l範圍內之4-異丙苯基苯酚之水性電鍍浴組合物之沈積速率。
圖2展示含有濃度在0.2至0.8mg/l範圍內之4-異丙苯基苯酚之水性電鍍浴組合物之沈積速率。
圖3展示含有雙酚A之水性電鍍浴組合物之沈積速率。
水性電鍍浴組合物包含(iii)至少一種式(I)之芳族化合物
Figure 104142560-A0202-12-0004-2
 其中R1係選自由以下組成之群：-H、-CH3及-CH2-CH3；且其中R4係選自由以下組成之群：經取代之直鏈C1至C8烷基；未經取代或經取代之分支鏈C3至C8烷基；及未經取代或經取代之羰基；且其中R2、R3、R5及R6彼此獨立地選自由以下各者組成之群：-H；未經取代或經取代之直鏈C1至C20烷基；未經取代或經取代之分支鏈C3至C20烷基；-OH；-O-CH3；-O-CH2-CH3；-CH3及-CHO。
在一個實施例中，R1較佳為-H。
在另一實施例中，R4之經取代之直鏈烷基較佳選自經取代之直鏈C1至C5烷基；甚至更佳選自經取代之正戊基、正丁基、正丙基、 乙基及甲基；最佳為經取代之正丙基、乙基及甲基。
在另一實施例中，R4之未經取代或經取代之分支鏈烷基較佳選自未經取代或經取代之分支鏈C3至C5烷基；甚至更佳選自2-戊基(第二戊基)、3-戊基、2-甲基丁基、3-甲基丁基(異戊基)、3-甲基丁-2-基、2-甲基丁-2-基、2,2-二甲基丙基(新戊基)、異丁基、第二丁基、第三丁基、異丙基、最佳選自2-戊基(第二戊基)、3-戊基、3-甲基丁-2-基、2-甲基丁-2-基、2,2-二甲基丙基、第二丁基、第三丁基及異丙基。
R4之未經取代或經取代之羰基較佳選自根據-(CR7R8)n-CO-(CR9R10)m-R11之部分；其中R7、R8、R9、R10彼此獨立地選自-H、-CH3、-CH2-CH3、-OH、-O-CH3、-O-CH2-CH3；更佳選自-H、-CH3、-OH、-O-CH3；甚至更佳選自-H；其中R11係選自包含以下各者之群：-H、-CH3、-CH2-CH3、-OH、-O-CH3、-O-CH2-CH3、未經取代或經取代之苯基及未經取代或經取代之萘基；更佳-CH3、-OH、-O-CH3、未經取代或經取代之苯基及未經取代或經取代之萘基；甚至更佳未經取代或經取代之苯基；且其中n、m為整數，其彼此獨立地選自0、1及2；更佳選自0及1；最佳選自0。
R11之苯基或萘基更佳經取代。取代基甚至更佳地彼此獨立地選自由以下各者組成之群：-OH、-O-CH3、-O-CH2-CH3、-CH3及-CHO；甚至更佳-OH、-O-CH3、-O-CH2-CH3及-CH3；最佳-OH。
在另一實施例中，R2、R3、R5及/或R6之未經取代或經取代之直鏈烷基較佳選自未經取代或經取代之直鏈C1至C8烷基；更佳選自未經取代或經取代之直鏈C1至C5烷基；甚至更佳選自正戊基、正丁基、正丙基、乙基及甲基；最佳正丙基、乙基及甲基。
在另一實施例中，R2、R3、R5及/或R6之未經取代或經取代之分 支鏈烷基較佳選自未經取代或經取代之分支鏈C3至C8烷基；更佳選自未經取代或經取代之分支鏈C3至C5烷基；甚至更佳選自2-戊基(第二戊基)、3-戊基、2-甲基丁基、3-甲基丁基(異戊基)、3-甲基丁-2-基、2-甲基丁-2-基、2,2-二甲基丙基(新戊基)、異丁基、第二丁基、第三丁基、異丙基；最佳選自2-戊基(第二戊基)、3-戊基、3-甲基丁-2-基、2-甲基丁-2-基、2,2-二甲基丙基、第二丁基、第三丁基及異丙基。
在另一實施例中，如上文提及之實施例中所定義之R2、R3、R5及/或R6之直鏈烷基或分支鏈烷基經取代。R4、R2、R3、R5及/或R6之直鏈烷基或分支鏈烷基之取代基較佳彼此獨立地選自包含以下各者之群：未經取代或經取代之苯基及未經取代或經取代之萘基；更佳未經取代或經取代之苯基。
在一較佳實施例中，R4、R2、R3、R5及/或R6之直鏈烷基或分支鏈烷基的取代基(亦即未經取代或經取代之苯基或未經取代或經取代之萘基)不與至少一種式(I)之芳族化合物的芳族環共軛。
在另一實施例中，R4、R2、R3、R5及/或R6之直鏈烷基或分支鏈烷基之取代基(亦即苯基或萘基)經取代。取代基較佳彼此獨立地選自由以下各者組成之群：-OH、-O-CH3、-O-CH2-CH3、-CH3及-CHO；更佳-OH、-O-CH3、-O-CH2-CH3及-CH3，最佳-OH。
在一較佳實施例中，至少一種芳族化合物係選自式(I)化合物，其中R4係選自由以下組成之群：-C(CH3)3(第三丁基)、
Figure 104142560-A0202-12-0006-3
Figure 104142560-A0202-12-0007-4
 更佳-C(CH3)3(第三丁基)、
Figure 104142560-A0202-12-0007-5
、
Figure 104142560-A0202-12-0007-7
；且其中R2、R3、R5及R6彼此獨立地選自由以下各者組成之群：-H、-OH；-O-CH3；-O-CH2-CH3；-CHO； -C(CH3)3(第三丁基)、
Figure 104142560-A0202-12-0007-8
、及
Figure 104142560-A0202-12-0007-9
；更佳-H、-OH；-O-CH3；-O-CH2-CH3；-C(CH3)3(第三丁基)、
Figure 104142560-A0202-12-0007-10
 甚至更佳-H、-OH；-C(CH3)3(第三丁基)、
Figure 104142560-A0202-12-0007-11
 且其中R1係選自由以下組成之群：-H、-CH3及-CH2-CH3，較佳-H。
在另一較佳實施例中，至少一種芳族化合物係選自式(I)化合物，其中芳族化合物除了基團-O-R1之外僅具有一個取代基，且唯一的一個取代基在基團-O-R1之對位鍵結至芳族環。因此，至少一種芳族化合物係選自式(I)化合物其中R2、R3、R5及R6為-H；且其中R1係選自由以下組成之群：-H、-CH3及-CH2-CH3，較佳-H；且其中R4係選自由以下組成之群：經取代之直鏈C1至C8烷基；及 未經取代或經取代之分支鏈C3至C8烷基；及未經取代或經取代之羰基；較佳 -C(CH3)3(第三丁基)、
Figure 104142560-A0202-12-0008-12
、
Figure 104142560-A0202-12-0008-13
、
Figure 104142560-A0202-12-0008-14
 更佳 -C(CH3)3(第三丁基)、
Figure 104142560-A0202-12-0008-15
、及
Figure 104142560-A0202-12-0008-16
。
在另一較佳實施例中，至少一種式(I)之芳族化合物係選自包含以下各者之群：4-(1,1-二甲基乙基)苯酚(4-第三丁基苯酚)；對羥基-2,2-二苯基丙烷(4-異丙苯基苯酚)；4-[2-(4-羥苯基)丙-2-基]苯酚(雙酚A)；1,1-雙(4-羥苯基)-1-苯乙烷(雙酚AP)；2,2-雙(4-羥基-苯基)丁烷(雙酚B)；雙(4-羥基苯基)二苯基甲烷(雙酚BP)；2,2-雙(3-甲基-4-羥苯基)丙烷(雙酚C)；1,1-雙(4-羥苯基)乙烷(雙酚E)；雙(4-羥苯基)甲烷(雙酚F)；(4-羥苯基)(苯基)甲酮及雙(4-羥苯基)-甲酮；更佳苯酚；4-(1,1-二甲基乙基)苯酚；對羥基-2,2-二苯基丙烷；4-[2-(4-羥苯基)丙-2-基]苯酚、(4-羥苯基)(苯基)甲酮及雙(4-羥苯基)-甲酮。
至於術語「烷基」用於本說明書及申請專利範圍，其係指具有化學通式CnH2n+1之烴基，n為1至20之整數。本發明之烷基殘基可為直鏈及/或分支鏈的，且其較佳為飽和的。舉例而言，直鏈C1至C20烷基意謂總C原子數目分別在1至20範圍內之直鏈烷基。分支鏈C3至C20烷基意謂其中主鏈中C原子加分支鏈中C原子之總和產生總C原子數目分別在3至20範圍內之分支鏈烷基。直鏈C1至C8烷基或分支鏈C3至C8烷基例如包括甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基或辛基。直 鏈C1至C5烷基或分支鏈C3至C5烷基例如包括甲基、乙基、丙基、丁基或戊基。烷基可藉由在各種情況下利用如上文針對R4、R2、R3、R5及/或R6概述之取代基置換H原子來經取代。
當術語「芳基」用於本說明書及申請專利範圍中時，其係指環形芳族烴基，例如苯基或萘基。此外，芳基可藉由在各種情況下利用如上文針對苯基及/或萘基概述之取代基置換H原子來經取代。
至少一種式(I)之芳族化合物在本發明之水性電鍍浴組合物中的濃度較佳在0.01至100mg/l範圍內；較佳在0.1至50mg/l範圍內；更佳在0.1至20mg/l範圍內；甚至更佳在0.1至10mg/l範圍內。
本發明之水性電鍍浴組合物包含至少一種鈀離子源。該至少一種鈀離子源較佳為水溶性鈀化合物。該至少一種鈀離子源更佳選自包含以下各者之群：氯化鈀、乙酸鈀、硫酸鈀及過氯酸鈀。視情況，可將包含鈀離子及鈀離子之錯合劑(較佳氮化錯合劑)之錯合化合物添加至電鍍浴中，代替藉由將鈀鹽及該鈀離子之錯合劑以各別成分添加至電鍍浴中來在電鍍浴中形成此類錯合物。作為鈀離子源之適合的錯合化合物為例如包含以下各者之錯合化合物：鈀離子及錯合劑；較佳氮化錯合劑；更佳乙烷-1,2-二胺及/或經烷基取代之乙烷-1,2-二胺。適合的錯合化合物可進一步包含鈀離子之反離子；較佳氯離子、乙酸根、硫酸根或過氯酸根。適合的氮化錯合劑及烷基取代之乙烷-1,2-二胺在下文中定義為錯合劑。較佳地，作為鈀離子源之適合的錯合化合物為例如二氯乙烷-1,2-二胺鈀、二乙酸基乙烷-1,2-二胺鈀；二氯N1-甲基乙烷-1,2-二胺鈀；二乙酸基N1-甲基乙烷-1,2-二胺；二氯N1,N2-二甲基乙烷-1,2-二胺；二乙酸基N1,N2-二甲基乙烷-1,2-二胺；二氯N1-乙基乙烷-1,2-二胺；二乙酸基N1-乙基乙烷-1,2-二胺、二氯N1,N2-二乙基乙烷-1,2-二胺；及二乙酸基N1,N2-二乙基乙烷-1,2-二胺。
組合物中鈀離子之濃度在0.5至500mmol/l範圍內，較佳在1至100 mmol/l範圍內。
本發明之水性電鍍浴組合物進一步包含至少一種鈀離子還原劑。還原劑使電鍍浴成為自催化(亦即無電極)電鍍浴。鈀離子在該還原劑存在下還原成金屬鈀。此電鍍機制將本發明之電鍍浴與1)不含有鈀離子還原劑之浸沒型鈀電鍍浴及2)需要外部電流以便沈積鈀層之用於鈀電鍍之電鍍浴區分開來。
至少一種還原劑較佳為化學還原劑。還原劑提供為將金屬離子還原成其金屬形式且藉此在基板上形成金屬沈積物所必需之電子。
至少一種還原劑更佳為用於沈積純鈀沈澱物之還原劑。純鈀沈澱物為鈀含量介於98.0至99.99重量%或99.99重量%以上、較佳99.0至99.99重量%或99.99重量%以上範圍內的沈澱物。
至少一種鈀離子還原劑甚至更佳選自由以下組成之群：肼、甲醛、甲酸、上述各者衍生物及甲酸鹽。
至少一種鈀離子還原劑甚至更佳選自由以下組成之群：甲酸、甲酸衍生物及上述各者之鹽。甲酸衍生物甚至更佳選自甲酸酯。甲酸酯甚至更佳選自由以下各者組成之群：甲酸甲酯、甲酸乙酯及甲酸丙酯。甲酸鹽之適合的反離子例如選自氫、鋰、鈉、鉀及銨。本發明之水性電鍍浴組合物尤其適用於在作為還原劑之甲酸、上述各者之衍生物及鹽存在下沈積鈀層。
至少一種還原劑在本發明之水性電鍍浴組合物中之濃度較佳在10至1000mmol/l範圍內。
本發明之水性電鍍浴組合物尤其適用於沈積純鈀層。純鈀層尤其適用於高溫應用，如在馬達控制單元中作為純鈀層，允許經接合或焊接之連接之足夠熱穩定性。
次磷酸根離子及/或胺硼烷化合物及/或硼氫化鈉不適合用作還原劑，因為鈀合金層自該等電鍍浴組合物沈積。
本發明之水性電鍍浴組合物可進一步包含至少一種鈀離子錯合劑。錯合劑(有時亦稱為螯合劑)使金屬離子保持溶解且防止其自溶液中不當沈澱。
至少一種錯合劑較佳為鈀離子之氮化錯合劑。至少一種氮化錯合劑更佳選自包含以下各者之群：一級胺、二級胺及三級胺。至少一種氮化錯合劑甚至更佳選自包含以下各者之群：二胺、三胺、四胺及其高碳同系物。
適合的胺為例如乙烷-1,2-二胺(NH2-CH2-CH2-NH2，乙二胺)；烷基取代之乙烷-1,2-二胺；1,3-二胺-丙烷；1,2-雙(3-胺基-丙基-胺基)-乙烷；二伸乙基-三胺；二伸乙基-三胺-五-乙酸；N-(2-羥基-乙基)-伸乙基-二胺；伸乙基-二胺-N,N-二乙酸；1,2-二胺-丙基-胺；1,3-二胺-丙基-胺；3-(甲基-胺基)-丙基-胺；3-(二甲基-胺基)-丙基-胺；3-(二乙基-胺基)-丙基-胺；雙-(3-胺基-丙基)-胺；1,2-雙(3-胺基-丙基)-烷基-胺；二伸乙基-三胺；三伸乙基-四胺；四-伸乙基-五胺；五-伸乙基-六胺及其混合物。
適合的烷基取代之乙烷-1,2-二胺為例如N1-甲基乙烷-1,2-二胺(CH3-NH-CH2-CH2-NH2)；N1,N2-二甲基乙烷-1,2-二胺(CH3-NH-CH2-CH2-NH-CH3)；N1,N1-二甲基乙烷-1,2-二胺((CH3)2-N-CH2-CH2-NH2)；N1,N1,N2-三甲基乙烷-1,2-二胺((CH3)2-N-CH2-CH2-NH-CH3)；N1,N1,N2,N2-四甲基乙烷-1,2-二胺((CH3)2-N-CH2-CH2-N-(CH3)2)；N1-乙基乙烷-1,2-二胺(C2H5-NH-CH2-CH2-NH2)；N1,N2-二乙基乙烷-1,2-二胺(C2H5-NH-CH2-CH2-NH-C2H5)；N1-乙基-N2-甲基乙烷-1,2-二胺(C2H5-NH-CH2-CH2-NH-CH3)；N1-乙基-N1-甲基乙烷-1,2-二胺((CH3)(C2H5)-N-CH2-CH2-NH2)；N1,N1-二乙基乙烷-1,2-二胺((C2H5)2-N-CH2-CH2-NH2)；N1-乙基-N1,N2-二甲基乙烷-1,2-二胺((CH3)(C2H5)-N-CH2-CH2-NH-CH3)；N1,N2-二乙基-N1-甲基乙烷-1,2-二胺 ((CH3)(C2H5)-N-CH2-CH2-NH-(C2H5))；N1,N1-二乙基-N2-甲基乙烷-1,2-二胺((C2H5)2-N-CH2-CH2-NH-CH3)；N1,N1,N2-三乙基乙烷-1,2-二胺((C2H5)2-N-CH2-CH2-NH-C2H5)；N1-乙基-N1,N2,N2-三甲基乙烷-1,2-二胺((CH3)(C2H5)-N-CH2-CH2-N-(CH3)2)；N1,N2-二乙基-N1,N2-二甲基乙烷-1,2-二胺((CH3)(C2H5)-N-CH2-CH2-N-(CH3)(C2H5))；N1,N1-二乙基-N2,N2-二甲基乙烷-1,2-二胺((C2H5)2-N-CH2-CH2-N-(CH3)2)；N1,N1,N2-三乙基-N2-甲基乙烷-1,2-二胺((C2H5)2-N-CH2-CH2-N-(CH3)(C2H5))；N1,N1,N2,N2-四乙基乙烷-1,2-二胺((C2H5)2-N-CH2-CH2-N-(C2H5)2)及其混合物。
本發明之組合物中的鈀離子錯合劑與鈀離子之莫耳比較佳在1：1至50：1範圍內。
本發明之水性電鍍浴組合物可進一步包含至少一種穩定劑。穩定劑(stabilizing agent)(亦稱為穩定劑(stabilizer))為使無電金屬電鍍液穩定免於本體溶液中之不當外鍍(outplating)及自發性分解的化合物。術語「外鍍」意謂金屬在除基板表面以外之表面上之不當及/或不受控制的沈積。
至少一種穩定劑可選自包含以下各者之群：元素硒、碲、銅、鎳及鐵之化合物及/或巰基-苯并噻唑、硒基-氰酸酯、硫脲、糖精、鐵-氰酸酯；4-硝基苯甲酸；3,5-二硝基苯甲酸；2,4-二硝基苯甲酸；2-羥基-3,5-二硝基苯甲酸；2-乙醯基苯甲酸；4-硝基苯酚及其相應銨鹽、鈉鹽及鉀鹽。
該等其他穩定劑在本發明之組合物中之濃度較佳在0.01至500mg/l範圍內，更佳在0.1至200mg/l範圍內，甚至更佳在1至200mg/l範圍內，且最佳在10至100mg/l範圍內。
本發明之水性電鍍浴組合物較佳為酸性電鍍浴。水性電鍍浴組合物之pH值更佳在4至7範圍內，因為組合物在低於4之pH值下不穩 定。組合物之pH值甚至更佳在5至6範圍內。在高於7之pH值下，組合物易於藉由浸沒型電鍍將鈀沈積至基板上，引起鈀層與底下的基板之間的較弱黏著性。此外，pH值高於7之電鍍浴組合物將侵蝕有機抗蝕劑材料(諸如阻焊劑材料，其亦可為基板之一部分)。
本發明進一步關於一種無電鈀電鍍方法，其包含以下步驟：a)提供基板，b)使該基板與本發明之水性電鍍浴組合物接觸，且藉此將鈀層沈積至基板之至少一部分上。
該等方法步驟較佳按上文所述之順序進行。基板較佳具有金屬表面。
鈀電鍍或鈀沈積較佳藉由以下方式進行：使具有金屬表面之基板與本發明之組合物接觸，且藉此將鈀層沈積至基板之金屬表面之至少一部分上。待經鈀塗佈之金屬表面或其部分較佳選自包含以下各者之群：銅、銅合金、鎳、鎳合金、鈷、鈷合金、鉑、鉑合金、金、金合金及砷化鎵。待塗佈之金屬表面或其部分為例如印刷電路板、IC基板或半導電晶圓之一部分。鈀層例如在半導電晶圓上用作半導體晶片、發光二極體(LED)或太陽能電池之貴金屬、導線可接合且可焊的整理劑。
適用於使基板與水性電鍍浴組合物接觸之方法為例如將基板浸漬至組合物中或將組合物噴霧至基板上。
基板較佳根據步驟b)在30至95℃、更佳30至85℃、甚至更佳50至85℃、甚至更佳30至65℃之溫度下與水性電鍍浴組合物接觸。基板較佳與組合物接觸1至60分鐘，更佳10至20分鐘。基板較佳與水性電鍍浴組合物接觸，得到厚度在0.01至5.0μm、更佳0.02至2.0μm且甚至更佳0.05至0.5μm範圍內之鈀電鍍層。
鈀層厚度係利用熟習此項技術者熟知的x射線螢光(XRF)量測。 XRF量測利用自經x射線激發之樣品(基板、沈積物)發出的特徵性螢光輻射。藉由評估波長及強度且假設樣品之層狀結構，可計算層厚度。
在本發明之一個實施例中，鈀之薄活化層首先沈積至基板(較佳具有金屬表面之基板)上，藉由浸沒型電鍍法(交換反應)，接著自本發明之水性電鍍浴組合物沈積鈀來進行。
在無電鈀沈積之前活化金屬表面之方法為此項技術中已知且可應用於本發明中之工作中。適合的水性活化浴可包含鈀鹽(諸如乙酸鈀、硫酸鈀及硝酸鈀)、鈀離子錯合劑(諸如一級胺、二級胺、三級胺及乙醇胺)及酸(諸如硝酸、硫酸及甲磺酸)。視情況，此類活化浴進一步含有氧化劑，諸如硝酸根離子、過氯酸根離子、氯酸根離子、過硼酸根離子、過碘酸根離子、過硫酸根離子及過氧化物離子。
鈀鹽在水性活化浴中之濃度在0.005至20g/l範圍內，較佳在0.05至2.0g/l範圍內。鈀離子錯合劑之濃度在0.01至80g/l範圍內，較佳在0.1至8g/l範圍內。
水性活化浴之pH值較佳在0至5範圍內，較佳在1至4範圍內。
基板通常在25至30℃下在水性活化浴中浸沒一至四分鐘。在將基板浸沒在水性活化浴中之前，基板之金屬表面經清潔。為此目的，蝕刻清潔通常在氧化酸性溶液(例如硫酸及過氧化氫之溶液)中進行。此後較佳為在酸性溶液(諸如硫酸溶液)中的另一清潔。
本發明之式(I)之芳族化合物增加水性電鍍浴組合物用於鈀無電沈積、尤其純鈀無電沈積之沈積速率。因此，水性電鍍浴組合物經活化，且沈積製程經加速。此有助於製造製程之加速。
已知的無電鈀沈積浴之沈積速率通常在浴液壽命期間不斷減小。因此，與新鮮製備的鈀沈積浴相比，當用老化的鈀沈積浴電鍍時，需要較長電鍍時間來獲得相同厚度及品質之鈀層。將式(I)之芳族化合物添加至無電鈀電鍍浴中允許在浴液壽命期間將沈積速率調節至 恆定範圍，尤其在浴液壽命期間調節至恆定較高沈積速率範圍。此確保在整個無電鈀電鍍浴壽命中沈積恆定厚度之鈀層，且有助於製造製程之製程控制。
若已知的無電鈀沈積浴之沈積速率變得過低，則該沈積浴不再適合於沈積鈀且必須丟棄。在浴液壽命期間將沈積速率調節至恆定範圍(尤其恆定較高範圍)亦延長無電鈀電鍍浴之壽命。
另外，本發明之式(I)之芳族化合物使沈積速率較低(即使在新鮮製備時)之無電鈀電鍍浴活化。另外，本發明之式(I)之芳族化合物使老化的無電鈀電鍍浴再活化。老化的無電鈀電鍍浴在本文中意謂已用於電鍍且沈積速率在該使用期間已下降之無電鈀電鍍浴。再活化在本文中意謂式(I)之芳族化合物亦增加老化的無電鈀電鍍浴之沈積速率。
對於已知的無電鈀電鍍浴及沈積法，調節沈積速率及浴液壽命之持續時間藉由使浴溫在沈積期間升高至介於55至95℃之間來達成。但無電鈀電鍍浴之溫度升高具有數種缺點。在較高溫度下操作浴液增加浴液不穩定之風險。其需要較高能量消耗。其具有一些金屬層亦存在於待電鍍之基板上的缺點。舉例而言，鋁或銅層當存在於基板上時經歷腐蝕，該基板在較高溫度下用來自沈積浴之鈀電鍍。本發明之式(I)之芳族化合物允許在介於30至65℃範圍內之較低溫度下無電沈積鈀層。因此，本發明之水性電鍍浴組合物之穩定性得以維持，且防止在來自組合物之鈀之沈積期間亦存在於基板上之金屬層的腐蝕。
本發明進一步關於一種在任何水性無電鈀沈積浴之壽命期間將沈積速率調節至恆定範圍的方法，該方法包含以下步驟：c)提供任何水性無電鈀沈積浴，及d)將如上文所定義之至少一種式(I)之芳族化合物添加至無電鈀沈積浴中。
無電鈀沈積浴可為任何水性無電鈀沈積浴。在一個實施例中， 無電鈀沈積浴為本發明之水性電鍍浴組合物。
在本發明之一個實施例中，無電鈀沈積浴可為新鮮製備的無電鈀沈積浴。
在另一實施例中，無電鈀沈積浴可已經用於電鍍持續一些時間。
另外，在一較佳實施例中，無電鈀沈積浴為用於無電沈積純鈀之浴液。
可在電鍍或儲存期間測定沈積速率或至少一種式(I)之芳族化合物之濃度。若沈積速率或至少一種式(I)之芳族化合物之濃度低於臨限值，則補充該至少一種式(I)之芳族化合物。補給藉由將至少一種式(I)之芳族化合物添加至無電鈀沈積浴中來進行。
至少一種式(I)之芳族化合物可以固體或粉末形式添加，或可溶解於溶劑中，隨後將其添加至無電鈀沈積浴中。適合的溶劑之實例為水；酸，如硫酸、鹽酸、磷酸；鹼性溶液，如氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液；及有機溶劑，如丙醇、乙醇、甲醇。
在另一較佳實施例中，無電鈀沈積浴可已經用於電鍍持續一些時間，且沈積速率相對於初始沈積速率已下降。在此實施例中，本發明係關於一種用於使水性無電鈀沈積浴再活化之方法，該方法包含步驟：e)提供已用過的水性無電鈀沈積浴，其中其沈積速率相對於其初始沈積速率已下降，且f)添加如上文所定義之至少一種式(I)之芳族化合物，且藉此增加其沈積速率。
本發明進一步關於如上定義之式(I)之芳族化合物之用途，其用於加速鈀自任何水性無電鈀沈積浴沈積，及/或 在任何水性無電鈀沈積浴之壽命期間將沈積速率調節至恆定範圍，及/或使已用於電鍍之水性無電鈀沈積浴再活化，其中沈積速率相對於初始沈積速率已下降。
實例
利用以下非限制性實例進一步闡述本發明。
通用程序
基板及預處理：
使用由經SiO2層覆蓋之矽製成且各自具有四個晶粒之測試晶片作為基板。各晶粒之表面上具有數個經分離之鋁-銅合金襯墊。該等襯墊具有直徑介於10μm至1000μm範圍內的不同大小及介於20μm至1000μm範圍內的襯墊間距離。
測試晶片已藉由雙重浸鋅進行預處理。隨後，測試晶片使用含有鎳(II)鹽、鎳離子還原劑、鎳離子錯合劑及穩定劑之無電鍍鎳電鍍浴(Xenolyte Ni MP，Atotech Deutschland GmbH之產品)進行鎳電鍍。鎳電鍍浴具有4.5之pH值且在電鍍期間保持87℃。將測試晶片在鎳電鍍浴中浸沒10分鐘，且在測試晶片上電鍍3μm厚度之鎳層。隨後，測試晶片在去離子水中沖洗且經歷鈀電鍍浴。
鈀電鍍浴基質及鈀電鍍：
在所有實例中，使用pH值為5.5且包含水、鈀離子、甲酸鈉作為鈀離子還原劑及乙二胺作為鈀離子錯合劑之電鍍浴基質(Xenolyte Pd LL，Atotech Deutschland GmbH之產品)。實例中使用不同製造批次之具有不同純度之甲酸鈉。
在實例1至4中，將不同量之本發明式(I)之芳族化合物添加至2 l的個別鈀電鍍浴基質中。水性電鍍浴組合物在電鍍期間保持55℃。將基板在水性電鍍浴組合物中浸沒6分鐘。隨後，基板用去離子水沖洗1 分鐘，且用氣壓乾燥。
測定沈積速率：
在所測試之各種水性電鍍浴組合物中所沈積之鈀層厚度用X射線螢光方法(XRF；Fischer，Fischerscope® X射線XDV®-11)測定。量測各基板上之四個鈀襯墊厚度。各水性電鍍浴組合物之沈積速率藉由使所量測之鈀層沈積厚度除以6分鐘電鍍時間來計算。各基板之沈積速率之平均值呈現在以下實例1至4中。
實例1：本發明
將0至10mg/l之4-異丙苯基苯酚添加至電鍍浴基質中。電鍍浴基質含有具有最高純度之製造批次1之甲酸鈉。水性電鍍浴組合物及電鍍結果概述在表1中且展示在圖1中。
Figure 104142560-A0202-12-0018-17
實例2：本發明
將0至0.8mg/l之4-異丙苯基苯酚添加至電鍍浴基質中。電鍍浴基質含有具有較低純度之製造批次3之甲酸鈉。水性電鍍浴組合物及電鍍結果概述在表2中且展示在圖2中。
Figure 104142560-A0202-12-0018-18
實例3：本發明
將0至10mg/l雙酚A添加至電鍍浴基質中。電鍍浴基質含有具有較低純度之製造批次3之甲酸鈉。水性電鍍浴組合物及電鍍結果概述 在表3中且展示在圖3中。
Figure 104142560-A0202-12-0019-19
結果概述
實例1至3展示出與缺乏式(I)之芳族化合物之組合物相比，含有該等芳族化合物之水性電鍍浴組合物之沈積速率較高。沈積速率隨著芳族化合物濃度增加而增加。其中不含有芳族化合物之組合物(實例1至3之比較組合物)之沈積速率彼此不同，歸因於其中使用之不同批次的甲酸鈉。
自具有或不具有式(I)之芳族化合物之水性電鍍浴組合物獲得的沈澱物之純度為98至99.99重量%，有延性，顏色為灰色至白色，且極好地黏著至該等基板。

Claims (18)

  1. 一種用於鈀之無電沈積的水性電鍍浴組合物，其包含水以及(i)至少一種鈀離子源，(ii)至少一種鈀離子還原劑，及(iii)至少一種式(I)之芳族化合物
    Figure 104142560-A0305-02-0023-2
     其中R1係選自由以下各者組成之群：-H、-CH3及-CH2-CH3；且其中R4係選自由以下各者組成之群：經取代之直鏈C1至C8烷基；未經取代或經取代之分支鏈C3至C8烷基；及未經取代或經取代之含羰基基團；且其中R2、R3、R5及R6彼此獨立地選自由以下各者組成之群：-H；未經取代或經取代之直鏈C1至C20烷基；未經取代或經取代之分支鏈C3至C20烷基；-OH；-O-CH3；-O-CH2-CH3；及-CHO。
  2. 如請求項1之水性電鍍浴組合物，其中R4之該未經取代或經取代之含羰基基團係選自根據-(CR7R8)n-CO-(CR9R10)m-R11之部分；其中R7、R8、R9、R10彼此獨立地選自-H、-CH3、-CH2-CH3、-OH、-O-CH3、-O-CH2-CH3；其中R11係選自包含以下各者之群：-H、-CH3、-CH2-CH3、-OH、-O-CH3、-O-CH2-CH3、未經取代或經取代之苯基及未經取代或經取代之萘基；且其中n、m為彼此獨立地選自0、1及2之整數。
  3. 如請求項1之水性電鍍浴組合物，其中該等直鏈C1至C8烷基、直鏈C1至C20烷基、分支鏈C3至C8烷基或分支鏈C3至C20烷基係經取代，且該等取代基彼此獨立地選自包含以下各者之群：未經取代或經取代之苯基及未經取代或經取代之萘基。
  4. 如請求項2或3之水性電鍍浴組合物，其中該苯基或該萘基係經取代，且該等取代基彼此獨立地選自由以下各者組成之群：-OH、-O-CH3、-O-CH2-CH3、-CH3及-CHO。
  5. 如請求項1至3中任一項之水性電鍍浴組合物，其中R4係選自由以下組成之群： -C(CH3)3、
    Figure 104142560-A0305-02-0024-10
    Figure 104142560-A0305-02-0024-5
    、及
    Figure 104142560-A0305-02-0024-9
    ；且其中R2、R3、R5及R6彼此獨立地選自由以下各者組成之群： -H、-C(CH3)3、
    Figure 104142560-A0305-02-0024-7
    -OH；-O-CH3；-O-CH2-CH3；及-CHO。
  6. 如請求項1至3中任一項之水性電鍍浴組合物，其中該至少一種式(I)之芳族化合物之濃度係在0.01至100mg/l範圍內。
  7. 如請求項1至3中任一項之水性電鍍浴組合物，其中該pH值係在4至7範圍內。
  8. 如請求項1至3中任一項之水性電鍍浴組合物，其中該至少一種鈀離子源係選自包含以下各者之群：氯化鈀、乙酸鈀、硫酸鈀、過氯酸鈀、二氯乙烷-1,2-二胺鈀、二乙酸根乙烷-1,2-二胺鈀；二氯N1-甲基乙烷-1,2-二胺鈀；二乙酸根N1-甲基乙烷-1,2-二 胺鈀；二氯N1,N2-二甲基乙烷-1,2-二胺鈀；二乙酸根N1,N2-二甲基乙烷-1,2-二胺鈀；二氯N1-乙基乙烷-1,2-二胺鈀；二乙酸根N1-乙基乙烷-1,2-二胺鈀、二氯N1,N2-二乙基乙烷-1,2-二胺鈀；及二乙酸根N1,N2-二乙基乙烷-1,2-二胺鈀。
  9. 如請求項1至3中任一項之水性電鍍浴組合物，其進一步包含至少一種選自由以下各者組成之群的鈀離子錯合劑：一級胺、二級胺及三級胺。
  10. 如請求項9之水性電鍍浴組合物，其中該無電電鍍浴中之該鈀離子錯合劑與鈀離子之莫耳比係在1：1至50：1範圍內。
  11. 如請求項1至3中任一項之水性電鍍浴組合物，其中該至少一種鈀離子還原劑係選自由以下各者組成之群：肼、甲醛、甲酸、上述各者之衍生物及甲酸鹽。
  12. 如請求項11之水性電鍍浴組合物，其中該等甲酸衍生物係選自甲酸酯。
  13. 如請求項1至3中任一項之水性電鍍浴組合物，其中該至少一種還原劑之濃度係在10至1000mmol/l範圍內。
  14. 一種無電鈀電鍍方法，其包含以下步驟：(a)提供基板，(b)使該基板與如請求項1至13中任一項之水性電鍍浴組合物接觸，且藉此在該基板之至少一部分上沈積鈀層。
  15. 如請求項14之無電鈀電鍍方法，其中在步驟(b)中，使該基板與該水性電鍍浴組合物在30至65℃之溫度下接觸。
  16. 一種用於在任何水性無電鈀沈積浴之壽命期間將沈積速率調節至恆定範圍之方法，該方法包含以下步驟：c)提供任何水性無電鈀沈積浴，及d)將至少一種如請求項1所定義之式(I)之芳族化合物添加至 該無電鈀沈積浴中。
  17. 一種用於使水性無電鈀沈積浴再活化之方法，該方法包含以下步驟：e)提供已用過的水性無電鈀沈積浴，其中其沈積速率已相對於其初始沈積速率下降，及f)添加至少一種如請求項1所定義之式(I)之芳族化合物，且藉此增加其沈積速率。
  18. 一種如請求項1所定義之式(I)之芳族化合物之用途，其用於加速任何水性無電鈀沈積浴中的鈀沈積，及/或在任何水性無電鈀沈積浴之壽命期間將該沈積速率調節至恆定範圍，及/或使已用於電鍍之水性無電鈀沈積浴再活化，其中該沈積速率已相對於該初始沈積速率下降。
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