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单晶硅表面金属化可进一步扩大其应用领域,在电子计算机、电动控制、通信工程以及电气配件等方面具有重要的作用。对单晶硅表面进行金属化,能使其在保持半导体光电特性的同时,兼具金属导电性、导磁性等优点。单晶硅表面的前处理是施镀成功与否的关键因素之一,但传统的表面处理工艺不仅操作复杂,还会不同程度地损坏材料表面。因此,寻找一种不损坏材料表面,且能使得化学镀铜和电镀铜顺利进行的前处理工艺势在必行。本文以单晶硅为基底,通过电晕放电以及亲水剂处理的方法,对单晶硅基底进行前处理,然后在前处理后的基底表面制备3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)自组装薄膜,最后进行化学镀铜和电镀铜的研究。利用接触角测量仪、X射线能谱仪(EDX)、扫描电子显微镜(SEM)和循环伏安法(CV)对铜膜形貌进行表征,从而得到以下结论:(1)单晶硅表面自组装APTES薄膜的最佳工艺条件为:APTES浓度为3 mmol/L,醇/水=90/10,35℃下水解24 h,进行自组装30 min,100℃固化50 min,在该条件下获得了粗糙度和亲水性良好的单晶硅基底,为后续的镀铜工艺奠定了基础。(2)在组装了APTES薄膜的单晶硅基底表面进行化学镀铜,通过正交试验确定化学镀铜的最佳工艺参数为镀铜液pH=12.6,化学镀30 min,化学镀温度55℃,SEM结果证明该条件下得到的铜镀层完全覆盖基底,铜层均匀致密并呈现出金属光泽,与基底粘结性能良好,为后续的电镀铜工艺研究奠定了基础。(3)在具有良好化学镀铜层的单晶硅基底表面进行电镀铜研究,电镀液配方为133g/L CuSO4·5H2O,6.6 mL/L H2SO4,53.3 mg/L NaCl,以单因素试验为基础结合循环伏安分析确定了最佳电镀参数为电流密度1.56 A/dm2,电镀时间600 s,此时得到的铜颗粒与基底通过配位键连接,粘结力强,铜膜具有金属光泽且均一致密,导电能力最强。由于APTES自组装薄膜中的N原子与镀层金属原子之间存在强化学配位作用,本研究既获得了与单晶硅基底结合牢靠的铜层,又避免了对材料表面的损害,降低了镀铜工艺的成本,是一种新型且有效的镀铜工艺方法。