Для меднения применяют как кислые так и щелочные электролиты.
В кислых электролитах медь находится в виде двухвалентных ионов. Используемые в промышленности кислые электролиты – сульфатные и фторборатные характеризуются высоким (95 – 100%) выходом по току и значительной скоростью осаждения. Недостаток кислых электролитов – получение из них покрытий с низкой рассеивающей способностью. Повышение рассеивающей способности достигается уменьшением в сульфатных электролитах концентрации CuSO4 и увеличением концентрации H2SO4. Такие электролиты, содержащие также органические добавки, применяют, например, для меднения печатных плат.
Щелочные электролиты дают возможность осаждать медь на сталь, цинковые и другие сплавы с менее электроположительным, чем у меди, стандартным потенциалом, т.к. образующиеся в растворах комплексные соли меди сдвигают ее потенциал к более отрицательных значением. Покрытия, осаждаемых из цианидных растворов, отличаются мелкозернистой структурой, они более равномерным слоем покрывают поверхность изделия.
Никелирование
Никелевые покрытия применяют в промышленности для защиты от коррозии изделий из стали и цветных металлов, для повышения износостойкости трущихся поверхностей. Никелевые
покрытия по отношению к железу являются катодными и могут служить защитными только при условии отсутствия в них пор. Поэтому сталь покрывают сначала слоем меди (25 –35 мкм), а затем никелем (10 – 15мкм). Наиболее широко применяют сульфатно-хлоридные электролиты. Из электролитов с добавками производных бутиндиола осаждаются мелкозернистые, эластичные, ровные блестящие покрытия. Основной недостаток покрытия малая коррозионная стойкость, обусловленная включениями серы. Избежать этого можно нанесением двух- или трехслойных покрытий.
Повышенной стойкостью отличаются композиционные никелевые покрытия, содержащие мелкодисперсные диэлектрические частицы – каолин, карбиды и др.
Оловянирование.
Оловянирование применяют для защитыизделий от коррозии в органических кислотах, содержащихся в пищевых продуктах. Покрытия улучшают электрическую проводимость и облегчают пайку контактов. Оловянирование производят в кислых (сульфатных, фтороборатных), а также щелочных (станнатных, пирофосфатных и др.) электролитах. Наиболее распространены сульфатные электролиты.
Серебрение.
Серебрение широко применяется в радиопромышленности, радиоэлектронике, производстве средств связи и ЭВМ для обеспечения высокой электрической проводимости контактов, покрытия внутренней поверхности волноводов, монтажной проволоки.
Для серебрения используют цианистые электролиты, отличающиеся хорошей рассеивающей способностью и высоким качеством осадков.
Оборудование для нанесения гальванических покрытий.
Для подготовки изделий к покрытию применяют в основном стационарные ванны.
Обезжиривают изделия в сварных прямоугольных ваннах, изготовленных из листовой стали. Ванны для обезжиривания в большинстве случаев снабжены подогревом и имеют специальные вентиляционные устройства. В ваннах предусмотрены специальные устройства «карманы» для удаления с поверхности раствора пены и масла.
Для травления меди и ее сплавов применяют керамиковые ванны, оборудованные вентиляционными устройствами.
Ванны для нанесения гальванических покрытий делают в основном из стали и в случае необходимости выкладывают внутри различными изоляционными материалами. Для кислых электролитов для внутренней обкладки применяется винипласт. Их используют для кислого цинкования, лужения, кадмирования, лужения, меднения, никелирования, осаждения сплава олово-свинец.
Для серебрения и золочения изготавливают фарфоровые, керамиковые или эмалированные ванны небольших размеров.
При интенсифицированном режиме большинство электролитов требуют подогрева, перемешивания и непрерывной фильтрации для чего ванны оборудуют соответствующими специальными устройствами: бортовым вентиляционным отсосом и электроподогревателями. Для перемешивания электролитов применяют сжатый воздух или механические мешалки, или движущиеся штанги. Для фильтрации применяют различные устройства периодического или непрерывного действия. При фильтрации электролит откачивается со дна ванны и пропускается через фильтр, затем снова попадает в ванну. Для
периодической фильтрации применяются передвижные фильтры, состоящие из насоса, фильтра, подающей и отводящей труб.
Для механизации процессов подготовки и наведения гальванических покрытий применяются полуавтоматические и автоматические ванны, также автоматизированные установки с программным обеспечением.
Все гальванические процессы протекают в основном под действием постоянного тока низкого напряжения. Для этого широко применяются выпрямители, создающие индивидуальное питание для каждой ванны (в соответствии с потребляемой силой тока).
Применение гальванотехники в микроэлектронике.
Удаление загрязнений с поверхности подложек.
Электрические характеристики интегральных микросхем (ИМС) и их надежность во многом обуславливаются степенью совершенства кристаллической решетки и чистотой обрабатываемой поверхности пластин и подложек. Поэтому обязательным условием получения бездефектных полупроводниковых и пленочных структур является отсутствие на поверхности пластин и подложек нарушенного слоя или каких-либо загрязнений.
В условиях производства ИМС пластины и подложки соприкасаются с различными средами, и полностью защитить их от адсорбции различного рода примесей невозможно. В тоже время получить идеально чистую поверхность (без посторонних примесей) тоже невозможно.
Для удаления загрязнений на поверхности и приповерхностном слое, в том числе тех, которые находятся в химической связи с материалом пластины или подложки, используют химические методы удаления. Они основаны на переводе путем химической реакции загрязнений в новые соединения, которые затем легко удаляются. Одним из таких методов является электрохимическое травление полупроводников.
Процесс травления пластин и подложек состоит в растворении их поверхности при взаимодействии с соответствующими химическими реагентами (щелочами, кислотами, их смесями и солями).
В соответствии с электрохимической теорией взаимодействие между полупроводником и травителем обусловлено тем, что на поверхности пластины при погружении ее в травитель существуют анодные и катодные микроучастки, между которыми возникают локальные токи. На анодных участках происходит окисление кремния с последующим растворением оксида и образованием кремний-фтористоводородной кислоты, на катодах – восстановление окислителя (азотной кислоты). В процессе травления микроаноды и микрокатоды непрерывно меняются местами. Результирующее уравнение реакции при этом имеет вид:
3Si + 4HNO3 + 18HF = 3H2SiF6 + 4NO + 8H2O
Для ряда травителей энергия активации химической реакции DЕа на порядок и более превышает энергию активации, определюящую скорость диффузии реагента. В этом случае скорость травления определяется скоростью химической реакции vр:
Vтр = vр¥ (NA)a (NB)b exp(- DЕа/(RT),
Поскольку энергия активации химической реакции зависит от неоднородности поверхности, скорость травления чувствительна к состоянию поверхности. Так как различные кристаллографические поверхности структуры кремния имеют различно значение DЕа, то скорость травления зависит от ориентации пластин, а также от температуры.
В качестве селективных травителей (травители, для которых
контролирующей стадией является химическая реакция) пластин кремния используют водные растворы щелочей (например, NaOH, KOH) и гидразин гибрат (NH2)2H2O.
Для селективных травителей характерная разница скоростей травления в различных кристаллографических
направлениях достигает одного порядка и более. Так, для щелочных травителей изменение скорости травления соответствует схеме (100) > (110) > (111).
Селективное травление используют для локальной обработки полупроводниковых пластин, в том числе для создания изолирующих областей при изготовлении ИМС.
Электрохимическое травление основано на химических превращениях, которые происходят при электролизе. Для этого полупроводниковую пластину (анод) и металлических электрод (катод) помещают в электролит, через который пропускают электрический ток. Процесс является окислительно-восстановительной реакцией, состоящей из анодного окисления (растворения) и катодного восстановления. Кинетика анодного растворения определяется концентрацией дырок, генерируемых на поверхности полупроводниковой пластины.
Электрохимическое травление кремниевых пластин производят в растворах, содержащих плавиковую кислоту, при возрастающей плотности тока. При этом вначале происходит образование на поверхности пластины слоя оксида кремния, в состав которого
входит фтористокремниевый комплекс SiF2, окисляющийся в водных растворах с выделением водорода согласно реакции:
NSi + 2nHF ® (SiF2)n + 2nH+ + 2ne-