[发明专利]自催化无电工艺的稳定和性能

说明书

技术领域

本发明涉及在各种基底上自催化无电沉积金属的改进方法和应用。特别地，本发明涉及自催化无电沉积金属，例如银和铜的方法的新型稳定方法，从而导致具有有利的电性能的均匀层。典型的应用是在微波组件上的传导和环境保护层，在PWB和晶片上的可焊接和可粘结表面，太阳能电池的电镀，催化床和多晶片层叠件内多层三维硅结构的互连。

发明背景

存在关于镀覆金属的数种公知的技术，例如电镀、浸渍镀覆和自催化无电镀覆。以下列出的三种方法对于浴的组成和基底的类型具有不同的要求，且产生具有各种性能的涂层。

电镀牵涉形成电解池，其中镀覆金属为阳极和基底是阴极，和外部电荷供应到电解池上，以便涂布该基底。

浸渍(取代)镀覆是在基础金属上由含有涂料金属的溶液沉积金属涂层。第一种金属离子被第二种金属离子取代，所述第二种金属离子的氧化势低于被取代的第一种金属离子。在浸渍镀覆中，不要求还原剂将金属离子还原成金属，因为基础金属充当还原剂。通过浸渍镀覆获得的沉积物的厚度有限，这是因为当基础金属的全部表面被涂布时，沉积终止。US2842561和US2002/0064676是移动(displacement)镀覆工艺的实例，其中在没有使用还原剂的情况下，金属镀覆在基底上。

自催化无电镀覆是指自催化或者化学还原镀覆到基础基底上的金属离子。该方法不同于浸渍镀覆在于金属的沉积是自催化或者连续的。自催化无电镀覆与电镀相比一个吸引人的优势是，能在具有不规则形状的基底上镀覆基本上均匀的金属涂层。无电涂层也基本上是无孔的，这提供比电镀基底更大的抗腐蚀性。一般地，无电镀覆浴由金属盐、配位剂、还原剂和增加亮度、稳定性和沉积速度的不同添加剂组成。在自催化无电镀覆下，金属盐通过还原剂就地还原，且如此形成的金属涂布基底。

本发明涉及自催化无电镀覆。基于不同的银盐、配位剂、还原剂和添加剂，存在用于自催化无电沉积银的数个已知的配方。

例如，使用还原剂，如葡糖胺(EP0292087A2)和硼氢化钾(JP55044540)。氰化物是常见的配位剂；较少毒性的替代物是氨。然而，含有硝酸银和氨的溶液(US6387542B1)当干燥时可能具有爆炸性。

在无电金浴内使用稳定剂是已知的。例如，US5803957公开了一种无电金浴，它包括聚(乙烯基吡咯烷酮)、PVPP作为稳定剂，而US5364460公开了一种含有非离子表面活性剂的金浴。US4293591公开了催化的无电镀覆的体系，它使用金属胶体作为活性物种。

然而，无电金方法对操作相当敏感，且预处理基底是关键的。另外，具有与在金和镍之间形成“黑垫(black pad)”有关的许多问题。此外，金极其昂贵。

希望能在基底上产生金属涂层，所述金属涂层具有高的光反射率和导电率的优点，但不具有与金有关的缺点。

无电镀银方法的基本问题是浴的稳定性和所沉积的层的性能。不稳定的浴可快速分解-即所有的银在数分钟内从浴中镀覆出来。若存在添加剂的共沉积，则所沉积的层的电性能受到影响。例如，若表面传导率因作为光亮剂和稳定剂的添加剂的共沉积导致不是足够高，则对于微波应用来说，非常光亮的表面可能完全无用。另一方面，若降低添加剂的含量，则浴的稳定性会降低，和表面粗糙宽度增加。还已知银是最易于形成枝状物的金属。在PWB应用中，作为电化学迁移的结果导致形成枝状体是非常关键的且常常是选择银的替代物的主要原因。

发明概述

本发明提供使用自催化的无电镀覆浴，用金属镀覆基底的方法，所述浴包括表面活性剂，优选取代的烯化氧化合物，所述方法包括使基底与浴接触，其中在其浊点温度以上操作该浴，以便至少两相存在于该浴内。

本发明进一步提供自催化的无电镀银浴，它包括：(i)银盐的水溶液；(ii)取代的烯化氧化合物；和(iii)硼酸。

此处还公开了在不需要金属中间层的情况下，直接在硅表面上镀银金属的方法，该方法包括：蚀刻硅表面，在上述浴内浸渍硅表面；用银金属涂布硅表面；和从该浴中取出银涂布的硅表面。

优选实施方案的说明

本发明一般地提供稳定自催化无电方法和尤其镀银方法的新型技术。银的沉积物是均匀的非多孔的且具有优良的电性能。此外，特别是当表面化学钝化时，沉积物显示出优良的抗电化学迁移和枝状体形成。该技术可应用于不同的工艺和浴配方，即不同的金属、配位剂和还原剂上。