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半导体硅表面化学沉积Ni-P金属化层的研究

作　者: 刘鹤
导　师: 贺岩峰
学　校: 长春工业大学
专　业: 化学工程
关键词: 碱性化学镀低温低磷硅结合力
分类号: TQ153.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

化学镀镍,其本质是在基材表面的自催化作用下,镀液中的Ni2+获得还原剂提供的电子,沉积到基材上的一种氧化还原反应。碱性化学镀镍,可以实现低温下操作,并获得低磷含量的镀层。硅,作为太阳能电池、微电子器件和集成电路的主要材料,在其进行表面改性时,多经过氢氟酸和硝酸的预处理,操作环境受到很大影响。本文的研究是,中低温下,经过不含氟化物溶液的简单预处理,通过碱性化学镀镍工艺,半导体硅表面获得导电性和结合力良好的Ni-P合金镀层。选择适合碱性化学镀的络合体系。对于络合剂的选择,本文先后试验了柠檬酸、焦磷酸钠、辅助络合剂、硼砂等试剂。或单独使用,例如,单独使用柠檬酸作为络合剂,研究其最小用量；或进行组合使用,例如,柠檬酸+辅助络合剂、柠檬酸+硼砂、柠檬酸+焦磷酸钠组成不同的络合体系,进行相关实验。根据镀液的稳定性、镀速、镀层质量来判断这些络合体系,最终确定柠檬酸+辅助络合剂的络合体系较适合碱性化学镀液。通过一系列实验,研究了温度的变化对镀液的稳定性、镀速、镀层质量的影响,进而调整柠檬酸与辅助络合剂的配比,及相关操作条件,得到30-90℃各温度下的适宜络合体系。低温化学镀工艺的研究。在40℃左右的低温下,根据GB/T 17359-98.GB/T 13913标准,通过EDX和ICP的方法,对镀层中磷的质量含量进行了定性和定量分析。本文先后研究了柠檬酸、辅助络合剂、次亚磷酸钠的用量和温度、pH对镀层磷含量的影响,得到一系列的相关曲线,进而对镀液组成和操作条件进行调整,以得到低磷镀层。综合考虑镀速、镀液稳定性和镀层的磷含量,本文得到了一种新的低温低磷碱性化学镀镍液配方,并证明低温高pH的条件下易获得低磷镀层。以中低温碱性化学镀镍液的配方为基础,在P111、N111、N100单晶硅上直接进行镍的化学沉积,并研究了柠檬酸、辅助络合剂的用量和温度、pH对镀速和镀层结合力的影响。通过调整这些工艺参数,使得镀层结合力增强,从而降低镀层与硅之间的接触电阻,因为结合力的好坏对接触电阻有直接的影响。此外,在碱性的化学镀溶液中,阴离子性的表面活性剂有利于镍在基材表面的均匀沉积,使得镀层与基材之间的结合更充分、紧密。因此,本文在硅的碱性化学镀镍溶液中添加了十二烷基硫酸钠,探索了该表面活性剂的用量对镀层结合力的影响,并得到其最佳用量。最终,本文得到一种新的适用于多种型号半导体硅,可得到结合力良好镀层的中温碱性化学镀镍液配方。

全文目录

摘要  2-3
Abstract  3-7
第一章绪论  7-21
  1.1 化学镀  7-15
    1.1.1 化学镀及其机理  7-9
    1.1.2 化学镀镍的工艺参数  9-11
    1.1.3 化学镀镍的分类及功能  11-15
  1.2 硅与化学镀  15-19
    1.2.1 硅的性质  15-17
    1.2.2 化学镀在硅上的应用  17-19
  1.3 本课题的研究内容、国内外现状  19-21
    1.3.1 研究内容  19-20
    1.3.2 研究现状  20-21
第二章碱性化学镀的络合体系  21-37
  2.1 前言  21-22
  2.2 实验仪器与材料  22
  2.3 实验步骤及方法  22-24
    2.3.1 预处理  23
    2.3.2 化学镀液配制  23-24
    2.3.3 表征方法  24
  2.4 结果与讨论  24-36
    2.4.1 络合体系的选择  24-28
    2.4.2 各温度下的柠檬酸+辅助络合剂络合体系  28-36
  2.5 本章小结  36-37
第三章低温低磷化学镀  37-47
  3.1 前言  37-38
  3.2 实验仪器和材料  38
  3.3 实验步骤及方法  38-40
    3.3.1 预处理  38-39
    3.3.2 化学镀液配制  39
    3.3.3 表征方法  39-40
  3.4 结果与讨论  40-46
    3.4.1 柠檬酸的影响  40-42
    3.4.3 次亚磷酸钠的影响  42
    3.4.4 温度的影响  42-43
    3.4.5 pH的影响  43
    3.4.6 镀液稳定性及镀层结合力  43-44
    3.4.7 超低温(20-30℃)化学镀镍的研究  44-45
    3.4.8 低温低磷化学镀镍的原理分析  45-46
  3.5 本章小结  46-47
第四章硅上化学镀镍  47-56
  4.1 前言  47-48
  4.2 实验仪器和材料  48
  4.3 实验步骤及方法  48-50
    4.3.1 预处理  48
    4.3.2 化学镀液配制  48-49
    4.3.3 表征方法  49-50
  4.4 结果与讨论  50-55
    4.4.1 柠檬酸的影响  50-51
    4.4.2 辅助络合剂的影响  51-52
    4.4.3 温度的影响  52-53
    4.4.4 pH的影响  53
    4.4.5 十二烷基硫酸钠的影响  53-55
    4.4.6 硅上直接化学镀镍的原理分析  55
  4.5 本章小结  55-56
结论  56-58
致谢  58-59
参考文献  59-62
作者简介  62
攻读硕士学位期间研究成果  62-63

半导体硅表面化学沉积Ni-P金属化层的研究

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