一种适合多层膜电路制作的镍光刻腐蚀液配方及腐蚀方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种镍光刻腐蚀液配方。
【背景技术】
[0002] Ni层作为一种耐焊接金属膜层，在微波多层膜电路（如（Ta2N)-NiCr-Ni-Au)的 制作中主要起到阻挡层和耐SnPb焊料焊接的作用，其制作工艺包括镍膜层的物理汽相沉 积（磁控溅射）和镍层的图形腐蚀。在实际应用中，工艺技术人员确定了一套完整的磁控 溅射（Ta2N) -NiCr-Ni-Au膜层结构的制作方法，但要实现线条整齐、陡直的多层膜电路图形 制作时，需采用掩膜图形转移的方法在成膜基片上匀胶、曝光、显影、依次腐蚀Au、Ni、NiCr、 Ta2N。腐蚀体系中，Au、NiCr、Ta2N的腐蚀液较为成熟，适用于多层膜电路图形制作工艺中， 但是Ni腐蚀液在多层薄膜电路制作中很难寻找到合适的工艺配方。
[0003] 通过资料查询和调研，通常的Ni腐蚀液主要为硝酸与硝酸铈铵、硝酸与硝酸镐 铈、硝酸与过硫酸铵等混合水溶液，利用上述几种配方进行图形的腐蚀后发现腐蚀效果较 差，表现为腐蚀后线条边缘明显不整齐，呈锯齿状，不能满足产品检验标准和宇航产品高质 量的制作需求。主要原因是：一方面，腐蚀液在腐蚀Ni层过程中时常出现同一电路片上局 部图形腐蚀不彻底的现象，待最后一处腐蚀干净，其他位置已经过腐蚀；另一方面，常规腐 蚀液对Ni和NiCr的腐蚀过程选择性不强，腐蚀Ni层的同时，也会以较快的腐蚀速率腐蚀 NiCr层，造成Ni层还未完全腐蚀完成，底层的NiCr层已经发生明显侧蚀，造成产品图形的 线条制作质量较差。
【发明内容】
[0004] 本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种适合多层膜电路制 作的镍光刻腐蚀液配方及腐蚀方法。
[0005] 本发明的技术解决方案是：一种适合多层膜电路制作的镍光刻腐蚀液配方，包括 氢氟酸溶液、硝酸溶液和去离子水；各组成部分的体积比如下：
[0006] 氢氟酸溶液：硝酸溶液：去离子水=(0· 8-1. 2) : (2. 5-3. 5) :2。
[0007] 氢氟酸溶液、硝酸溶液和去离子水的最优体积比为1 :3 :2。
[0008] -种适合多层膜电路制作的镍光刻腐蚀方法，步骤如下：
[0009] (1)在通风条件下，按照上述的配方比例，首先将氢氟酸加入预先计量好的去离子 水中，然后加入硝酸，加入后搅拌，静置、冷却后得到腐蚀液；
[0010] (2)将经过光刻胶保护的待腐蚀镍层的多层膜电路整片浸入步骤⑴中的腐蚀液 中进行腐蚀，对于2000A-3000A厚度的Ni层，腐蚀时间3-7秒，腐蚀温度25°C-35°c，腐 蚀过程中保持电路与腐蚀液的相对运动。
[0011] Ni层腐蚀完成后立即使用去离子水将表面冲洗干净。
[0012] 本发明与现有技术相比有益效果为：
[0013] 利用本发明配方腐蚀的多层膜电路镍层在40X显微镜下观察，线条侧壁光滑、陡 直，无金属膜层内缩，无锯齿状凸起或内凹；腐蚀前后对比膜层附着力无明显变化，无膜层 起翘、脱落等现象；经上百次腐蚀验证，线条质量良好，腐蚀过程容易控制，腐蚀工艺性较为 稳定。
【附图说明】
[0014] 图1为腐蚀前示意图；
[0015] 图2、3为本发明腐蚀过程的剖面示意图。
【具体实施方式】
[0016] 本发明提出了一种新型的适合含镍多层膜电路的Ni膜层腐蚀液，对解决薄膜领 域常见的Ni溅射膜层的腐蚀问题非常有效。Ni膜层是通过磁控溅射方法得到的厚度约为 2000A~3000A的纤维结构的柱状晶粒薄膜，使用的靶材是99. 99%Ni靶材。
[0017]Ni的溅射参数确定后，在Ni膜层光刻腐蚀方面，进行了大量深入的研究工作。经 过查询各种金属元素的化学腐蚀液列表，可知该Ni膜层的最佳腐蚀方法是氧化腐蚀，采用 硝酸或氢氟酸等酸性溶液可以实现此种金属的腐蚀。不同的Ni腐蚀液试验如下表。
[0018]
[0019] 试验①中，常温腐蚀2000A-3000A厚度的Ni膜层，腐蚀40S-50S后，Ni层腐 蚀彻底，但是线条边缘侧向腐蚀严重；低于40s时线条边缘残留大量的Ni层（40X显微镜 下观察）。
[0020] 试验②中，常温腐蚀2000A-3000A厚度的Ni膜层腐蚀时间约90s，局部残留 Ni层，且长时间腐蚀光刻胶发生剥离，线条侧向腐蚀严重。
[0021] 试验③中，水浴加入腐蚀Ni层，其腐蚀时间约4-15s，腐蚀后微细线条侧向腐蚀严 重，40X显微镜下观察，其Ni层腐蚀完成后NiCr层也被腐蚀。
[0022] 试验④中，腐蚀时间约4min，腐蚀速率较慢，腐蚀后膜层呈黑色，经进一步腐蚀后 图形呈锯齿状。
[0023] 试验⑤中，腐蚀时间约4min，腐蚀速率较慢，腐蚀后膜层呈黑色，经进一步腐蚀后 局部图形仍有残留膜层。
[0024] 本发明通过与常规几种腐蚀配方进行了大量对比实验，主要对腐蚀的细节如线条 侧边的陡直程度、腐蚀后的附着力减弱程度、腐蚀工艺的稳定性进行比较研究；通过对配方 不断优化，针对严格的图形质量要求，对腐蚀液中几种成分的精细比例进行了大量调整，使 之达到了最佳的腐蚀效果。同时，在确定该Ni腐蚀也配方中，我们发现如果氢氟酸比例升 高，硝酸比例降低后，腐蚀过程中反应更为剧烈，过程控制性较差，腐蚀后线条侧向腐蚀严 重；如氢氟酸比例过低，硝酸比例升高后，过多的硝酸则会参与NiCr层的腐蚀，造成局部膜 层难以彻底腐蚀干净，且线条边缘存在毛刺现象。因此，适用于多层薄膜电路Ni层的具体 腐蚀液配方如下：
[0025] 氢氟酸：硝酸：去离子水（体积比）=(0· 8-1. 2) : (2. 5-3. 5) :2。
[0026] 最佳腐蚀配方为：氢氟酸、硝酸和去离子水（体积比）=1 :3 :2。
[0027] 其中，氢氟酸是40%含量（质量百分比），硝酸是70%含量（质量百分比）。
[0028]确定配方之后，通过大量的试验及研究确定利用该配方下的正确腐蚀方法步骤如 下：
[0029] (1)在通风条件下，按照上述的配方比例，首先将氢氟酸加入预先计量好的去离子 水中，同时由于硝酸溶于溶液后易产生放热，应最后加入硝酸，少量缓慢加入，加入后搅拌， 静置、冷却后方可使用。
[0030]利用该腐蚀液腐蚀完成后，必须将腐蚀放置于塑料容器内并密封保存，每腐蚀2-3 批次（每批次按15片计算）必须更换腐蚀液，Ni层腐蚀完成后必须立即使用大量的去离 子水将表面冲洗干净。
[0031] (2)将经过光刻胶保护的待腐蚀镍层的多层膜电路整片浸入步骤⑴中的腐蚀液 中进行腐蚀，对于2:0:00爲-3000A厚度的Ni层，腐蚀时间3-7秒，腐蚀温度25Γ-35Γ， 腐蚀过程中保持电路与腐蚀液的相对运动。
[0032] 如图1、2、3所示，对于多层膜电路在采用光刻胶保护后，逐层进行腐蚀，例如首先 利用现有的腐蚀液及腐蚀方法腐蚀最外层金，待腐蚀到镍层时，利用本发明腐蚀液及腐蚀 方法进行腐蚀。
[0033] 实施例1
[0034] 腐蚀液：氢氟酸：硝酸：去离子水（体积比）=0· 8 :3· 5 :2,腐蚀时间7s，腐蚀温度 25°C-35°C，腐蚀（Ta2N)-NiCr-Ni-Au多层膜电路中的镍层。
[0035] 40X显微镜观察腐蚀后局部线条边缘略有微量的黑色膜层颗粒残留，线条陡直， 膜层附着力良好，膜层无起翘、脱落现象，腐蚀后一次交验合格率达到88%。
[0036] 实施例2
[0037]腐蚀配方为：氢氟酸、硝酸和去离子水（体积比）=1 :3 :2,腐蚀时间4_5s，腐蚀 温度25°C-35°C。腐蚀（Ta2N)-NiCr-Ni-Au多层膜电路中的镍层。
[0038] 40X显微镜观察腐蚀后线条光滑、陡直，无锯齿状，无金属膜层内缩，无多余残留 金属颗粒，膜层附着力良好，膜层无起翘、脱落现象，腐蚀一次交验合格率达到95%。
[0039] 实施例3
[0040] 氢氟酸：硝酸：去离子水（体积比）=1. 2 :2. 5 :2时，腐蚀时间3s，腐蚀温度 25°C-35°C，腐蚀（Ta2N)-NiCr-Ni-Au多层膜电路中的镍层。
[0041] 试验发现，腐蚀速率较快，40X显微镜观察腐蚀后局部线条边缘略有侧向腐蚀现 象，无多余金属膜层残留，膜层附着力良好，无起翘、脱落现象，。腐蚀一次交验合格率达到 85%〇
[0042] 本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。
【主权项】
1. 一种适合多层膜电路制作的镍光刻腐蚀液配方，其特征在于：包括氢氟酸、硝酸和 去离子水；各组成部分的体积比如下： 氢氟酸：硝酸：去离子水=(〇· 8-1. 2) : (2. 5-3. 5) :2。2. 根据权利要求1所述的一种适合多层膜电路制作的镍光刻腐蚀液配方，其特征在 于：氢氟酸、硝酸和去离子水的最优体积比为1 :3 :2。3. -种适合多层膜电路制作的镍光刻腐蚀方法，其特征在于步骤如下： (1) 在通风条件下，按照权利要求1中所述的配方比例，首先将氢氟酸加入预先计量好 的去离子水中，然后加入硝酸，加入后搅拌，静置、冷却后得到腐蚀液； (2) 将经过光刻胶保护的待腐蚀镍层的多层膜电路整片浸入步骤（1)中的腐蚀液中进 行腐蚀，对于2000A-3000 A厚度的Ni层，腐蚀时间3-7秒，腐蚀温度25°C -35°c，腐蚀过 程中保持电路与腐蚀液的相对运动。4. 根据权利要求3所述的一种适合多层膜电路制作的镍光刻腐蚀方法，其特征在于： Ni层腐蚀完成后立即使用去离子水将表面冲洗干净。
【专利摘要】一种适合多层膜电路制作的镍光刻腐蚀液配方及腐蚀方法，配方包括氢氟酸、硝酸和去离子水；各组成部分的体积比如下：氢氟酸：硝酸：去离子水＝(0.8-1.2)：(2.5-3.5)：2。利用本发明配方腐蚀的多层膜电路镍层在40×显微镜下观察，线条侧壁光滑、陡直，无金属膜层内缩，无锯齿状凸起或内凹；腐蚀前后对比膜层附着力无明显变化，无膜层起翘、脱落等现象；经上百次腐蚀验证，线条质量良好，腐蚀过程容易控制，腐蚀工艺性较为稳定。
【IPC分类】C23F1/28
【公开号】CN105274530
【申请号】CN201510594064
【发明人】王峰, 王平, 白浩, 黄海涛
【申请人】西安空间无线电技术研究所
【公开日】2016年1月27日
【申请日】2015年9月17日