聚合物表面微图案的构筑及金属铜的选择性沉积

摘要

材料表面性质的微调控在当今科学和技术发展中扮演着越来越重要的角色,许多现代技术的发展都来源于新型微观结构的构筑和微型化。在微电子工业中,随着微电路特征尺寸的不断减小以及片外频率的不断增加,导致金属与聚合物界面的性能要求随之改变。例如,在传统的微电子生产中,增加聚合物材料的表面粗糙度可以增加金属镀层与聚合物基材之间的机械铆钉作用,从而增加金属镀层在聚合物材料表面的附着力,然而,在亚微米级特征尺寸微电路和高频微电子系统中,增加表面粗糙度就不再适用。高表面粗糙度会导致微电路的制备非常困难,因为当微电路的特征尺寸与基材表面粗糙度在同一个数量级时,会导致高频信号更高的信号分散和信号丢失。因此,随着电子器件特征尺寸的减小和电子信号频率的增加,金属和聚合物材料的表界面必须保持一定的光滑度。与此同时,为了避免金属与基材间剥离,保证封装可靠性,金属和聚合物材料间的附着力必须得以保证。
　　 本文首先选取常用的聚合物材料PET,一方面采用172 nm紫外光刻技术和单分子膜自组装技术,对PET基材表面进行官能化改性和表面拓扑结构微加工,另一方面采用无电解镀铜技术,在PET表面进行选择性无电解镀铜,构筑了亚微米级的金属铜微图案。具体内容如下:
　　 1.采用172 nm紫外光,对PET表面进行官能化改性,然后采用气相沉积法,在其表面自组装一层三氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)单分子膜,水接触角测试、茚三酮显色和x射线光电子能谱测试结果表明PET基材表面的改性是成功的。水接触角的检测结果表明,紫外光照射后,材料表面水接触角降低,亲水性增加;且在一定照射时间范围内,基材表面的水接触角随光照时间延长不断降低,当光照时间大于6 min后,基材表面亲水性不再随光照时间延长而增加;紫外光照后的基材表面生成了亲水性基团,为氨基硅氧烷分子的自组装成膜提供了基础。水接触角、茚三酮显色、X射线光电子能谱测试结果表明:APTES自组装单分子膜成功接枝在了紫外光照处理的基材表面。
　　 2.采用正交实验法,对无电解镀液配方进行了优化。实验结果表明,镀液各组分及施镀工艺条件,对镀铜层效果有着直接影响,优化后镀液配方及其施镀工艺为:A液:硫酸铜30g/L,酒石酸钾钠140g/L,氢氧化钠40g/L,2,2-联吡啶10 mg/L,亚铁氰化钾5 mg/L,聚乙二醇2.5 g/L。B液:甲醛(质量分数37.2％)。使用时按A∶B=10∶1体积比混合使用,镀液温度为60℃,施镀时间60 s。
　　 3.采用172 nm真空紫外光刻蚀技术,对自组装APTES单分子膜进行了拓扑结构微加工,随后进行选择性镀铜,制备出金属铜微图案。光学显微镜、SEM及AFM测试,都能够在PET表面观察到保证性好、分辨率高、镀层均匀的金属铜微图案。
　　 本课题采用172 nm紫外光照技术和自组装单分子膜技术,对基材表面进行了官能化改性及单分子膜拓扑微结构的加工;优化了镀液配方及其施镀工艺,采用无电解镀铜技术,制备出具有高保真性的金属铜微图案,这为亚微米级微电路的表面设计、加工提供了可能性。