[發明專利]一種用于硅表面直接電鍍光滑致密銀薄膜的溶液及電鍍方法

有效

• 申請號: 201410025551.3
• 申請日: 2014-01-20
• 公開（公告）號: CN103741178B
• 公開（公告）日: 2017-06-16
• 發明（設計）人: 任斌;黃騰翔;楊麗坤;楊防祖;吳德印;田中群
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: C25D3/46
• 分類號: C25D3/46;C25D5/00;C25D7/12
• 代理公司: 廈門市首創君合專利事務所有限公司35204
• 代理人: 張松亭

技術領域

本發明涉及一種硅表面直接電鍍光滑致密銀薄膜的方法。特別涉及一種以表面潔凈并除去表面SiO₂氧化層的硅作為電鍍基底，在合適的電鍍銀溶液中，采用控制電位法獲得光滑銀薄層的方法。

背景技術

硅表面的金屬化已被廣泛應用于半導體微電子工業，如超大規模集成電路（ULSI），歐姆接觸，電路板圖型化和表面修飾等。隨著半導體微電子硅器件的小型化，對硅表面金屬化的導線和防護層的機械性能和電子性能的要求逐漸提高，如電導率，楊氏模量，抗氧化性和粘附性等。為迎合器件的小型化和納米科學的發展，納米級的金屬鍍膜層已經逐步取代了原本微米級的鍍層。由于納米級金屬鍍膜層的電學性質和光學性質不僅受本身尺寸效應的影響，同時還受其表面質量的影響。因此，提高金屬鍍膜層表面的光滑性，減少表面缺陷，減小電導率，降低光學散射等，成為了研究人員共同的目標。

在硅表面金屬化的研究中，銀已經被越來越多的人關注。銀的抗氧化性強于銅，且和硅結合力較強，在硅中不易擴散，避免了使用連接層和阻擋層；同時銀是金屬中電導率最小的金屬，對于金屬導線和連接層因尺寸減小而導致電阻增大的效應，這個優勢更為明顯。另外，硅基體和原子力顯微鏡（AFM）硅針尖上光滑銀薄層的制備也是制約小型波導^[1]和針尖增強拉曼光譜（TERS）^[2]研究的一個重要難點。

目前，常用于在硅上制備納米級銀膜層的方法有兩類：物理沉積法和化學沉積法。物理沉積法主要是真空蒸鍍^[3]。在真空蒸鍍技術中，真空度、沉積速率、沉積角度和溫度等眾多因素都會影響沉積金屬層的形貌和質量，很難較好地控制每一個因素。特別是在三維硅基體上，所獲得的銀薄層表面粗糙且重現性差，而且價格昂貴。化學沉積法主要有原電池反應^[4]和化學鍍法^[5]。原電池反應主要是采用氫氟酸結合硝酸銀的原電池反應，該法雖然可以較快地獲得銀鍍層，但由于原電池反應本身的特征，無法在所有硅表面都沉積上銀，故獲得的銀膜層十分粗糙。而化學鍍的方法往往需要先在硅上沉積一層晶核后再繼續進行化學沉積。該法中晶核往往較大且密度低，使得最終鍍層較厚且粗糙。此外，額外沉積晶核增加銀薄膜制備周期和成本。因此，快速、高重現地獲得光滑致密的納米級銀薄層，需要從源頭創新，發明新方法。

采用電鍍方法制備的銀膜層，具有快速、制備成本低、膜層光滑、樣品重現性高和對環境友好等特點。采用控制電位法，通過準確控制電位和電鍍時間，可以獲得不同的膜層厚度。因此，采用電鍍的方法對硅表面進行銀的沉積，并通過控制電位和時間，可以高重現地獲得光滑銀薄層，且制備快速，成本低廉。

T.P.Moffat等報道了硅表面金屬的電鍍銅^[6]。但是，銅易被氧化，形成的Cu⁺會在硅的間隙中擴散，導致器件漏電；另外，銅和基底硅的粘附性較差，且較易和硅反應形成銅和硅的化合物，影響產品的使用壽命。因此在硅表面電鍍銅的過程中，常常需要使用緩沖層作為阻擋層和連接層，但是額外的緩沖層增加了制備周期和成本。

R.M.Stiger等報道了在硅表面電鍍銀^[7]。該方法受限于所選的電化學方法和簡單的電鍍銀液，所得的銀膜均以島狀顆粒為主，表面粗糙。

而本發明電鍍的銀由于其本身所具有的優勢，不僅完全可以取代銅，而且由于銀和硅的結合力較強，可以直接在硅表面進行銀的沉積，避免了緩沖層的使用，減小了成本，提高了制備效率。本發明一種硅表面直接電鍍光滑致密銀薄膜的方法采用控制電位法和配制穩定的光亮電鍍銀液，可以獲得納米級的光滑致密銀膜。

參考文獻

1.L.Chen,J.Shakya and M.Lipson,Subwavelength confinement in an integrated metal slot waveguide on silicon.Opt.Lett.2006,31,2133-2135.

2.R.M.Stockle,Y.D.Suh,V.Deckert and R.Zenobi,Nanoscale chemical analysis by tip-enhanced Raman spectroscopy.Chem Phys Lett2000,318,131-136.