專利名稱：用于形成嵌入式電阻器的刻蝕溶液的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于刻蝕電阻薄片上的電阻層的刻蝕溶液，具體涉及一種含有硫脲的刻蝕溶液，它尤其適合于刻蝕由鎳鉻合金組成的電阻層。
背景技術(shù)：
隨著電子部件變得更小、更輕，相關(guān)的印刷電路板(PCB)需要變得更小、更薄。為了縮小PCB的尺寸，跡線作得更細(xì)，同時還要縮小PCB上電互連的間隔。在縮小PCB尺寸方面，將無源的離散元件(例如嵌入式電阻器)集成到PCB中也很有用的。將無源離散元件的功能集成到PCB的層疊基板中可以釋放出用于離散元件的PCB表面面積。由此，利用嵌入式無源元件允許在不使用較多PCB表面面積的情況下通過結(jié)合更多有源元件得到增強(qiáng)的部件功能。此外，將無源元件嵌入到PCB中不僅可以讓電子部件進(jìn)一步小型化，而且也改善了可靠性以及電性能。
制造嵌入式電阻器的一種現(xiàn)有技術(shù)方法已經(jīng)使用了電阻薄片，電阻薄片是通過在銅薄片上淀積一層電阻性材料薄膜形成的。在形成嵌入式電阻器中，具有鎳(Ni)和鉻(Cr)為主要成分的金屬合金(此后稱為“鎳鉻”或“Ni/Cr”合金)一般用作形成嵌入式電阻器。這樣的一種金屬合金是Ni/Cr/Si/Al。形成嵌入式電阻器的過程包括(a)將電阻薄片層疊到介電層上，(b)順序地刻蝕電阻薄片，以形成電阻器，以及(c)將形成的電阻器埋置在多層印刷電路板內(nèi)。
在上述的順序刻蝕過程中，使用第一選擇性刻蝕溶液在不侵蝕Ni/Cr合金的情況下去除不想要的銅。然后利用第二選擇性刻蝕溶液在不侵蝕銅的情況下去除不想要的Ni/Cr合金。在刻蝕Ni/Cr合金時，酸性鉻刻蝕溶液是優(yōu)選的。
已有多個對于酸性鉻刻蝕溶液的專利。例如，美國專利No.2230156描述了一種含鹽酸和乙二醇的鉻刻蝕溶液，其中乙二醇的碳原子比羥基多，以及美國專利No.2687345描述了一種含氯化鈣和乙烯醇的鉻刻蝕溶液。此外，美國專利No.4160691描述了一種含鹽酸和丙三醇的鉻刻蝕溶液。所有這些提到的方案都是酸性鉻刻蝕溶液，它們在很少侵蝕銅或不侵蝕銅的情況下有效地去除鉻。因此，現(xiàn)有技術(shù)的刻蝕劑可用于刻蝕Ni/Cr合金層。
人們發(fā)現(xiàn)，前面描述的這類溶液的刻蝕速率隨著下面比率的增加而顯著降低 該比例(此后稱為“CSA/RSA比率”)能達(dá)到一個抑制Ni/Cr合金刻蝕的值。此外，人們發(fā)現(xiàn)某些Ni/Cr合金溶液會溶解掉處理劑(包括但不限于粘合促進(jìn)處理劑(例如結(jié)核狀處理劑)、阻熱層處理劑、防污處理劑、以及樹脂防腐涂層處理劑)。這些處理劑淀積在銅表面上，用以增強(qiáng)電阻薄片的剝離強(qiáng)度和貯藏壽命。
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中的這些和其它缺陷，并提供了一種含硫脲的刻蝕溶液，用于刻蝕由鎳-鉻合金構(gòu)成的電阻層。

發(fā)明內(nèi)容
依照本發(fā)明，提供一種用于刻蝕包括鎳-鉻合金的電阻材料的電阻刻蝕溶液，該溶液包括鹽酸和硫脲。
依照本發(fā)明的另一方面，提供一種由具有銅層和電阻層的電阻薄片形成嵌入式電阻器的方法，其中電阻薄片結(jié)合到介電層上，該方法包括利用銅刻蝕劑，選擇性地去除該銅層的若干部分，以形成跡線；以及利用由鹽酸和硫脲組成的刻蝕劑，選擇性地刻蝕電阻層。
本發(fā)明的一個目的是提供一種用于刻蝕Ni/Cr合金的刻蝕劑。
本發(fā)明的另一目的是提供一種提高Ni/Cr合金之刻蝕速率的刻蝕劑。
本發(fā)明的又一目的是提供一種如上述的刻蝕劑，它適合刻蝕CSA/RSA比率較大的Ni/Cr合金。
通過下面結(jié)合附圖優(yōu)選實施例的描述以及所附的權(quán)利要求，將使這些和其它目的變得明顯。
附圖的簡要說明在某些部件和部件布置上，本發(fā)明可采用物理形式，其優(yōu)選實施例將在說明書中給出詳細(xì)描述，以及在構(gòu)成說明書一部分的附圖中示出，其中

圖1是包含結(jié)合到介電層上的電阻薄片的層疊組件的剖視圖；圖2是圖1所示的層疊組件在經(jīng)過刻蝕過程刻蝕掉電阻薄片的部分銅層之后的剖視圖；圖3是圖2所示的層疊組件在經(jīng)過刻蝕過程刻蝕掉電阻薄片的部分電阻層之后的剖視圖。
優(yōu)選實施例的詳細(xì)描述現(xiàn)在參照附圖，其所示內(nèi)容僅為了說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例，而并非對本發(fā)明形成限制，圖1表示通常包含結(jié)合到介電層60上的電阻薄片40的層疊組件10的剖視圖。電阻薄片40包括銅層20和電阻層30。電阻薄片40通過將電阻層30淀積到銅層20上來形成。作為舉例而并非限定，可利用濺射過程淀積電阻層30。電阻層30可采用多種合適的形式，包括但不局限于鎳-鉻合金，優(yōu)選地，鎳-鉻合金包含鎳、鉻、鋁和硅(Ni/Cr/Al/Si)。在優(yōu)選實施例中，Ni/Cr/Al/Si合金由56wt％的鎳/38wt％的鉻/4wt％的鋁/2wt％的硅組成。作為舉例而并非限定，介電層60是含有玻璃絲織物的固化環(huán)氧樹脂(傳統(tǒng)稱為“聚酯膠片”)。
采用順序刻蝕過程形成電阻器。順序刻蝕過程包括用于刻蝕銅層20的第一選擇性刻蝕過程和用于刻蝕電阻層30的第二選擇性刻蝕過程。
現(xiàn)有技術(shù)中的慣例是，在準(zhǔn)備刻蝕銅的過程中，將光致抗蝕層50施加到銅層20上，在光致抗蝕層50上施加掩膜(未示出)，以及根據(jù)掩膜固化光致抗蝕層50的選定部分。然后除掉掩膜，接著再除掉未固化的光致抗蝕劑。在將要通過刻蝕形成跡線的銅層20上保留固化的光致抗蝕劑。圖2表示第一選擇性刻蝕過程之后的層疊組件10，其中形成了跡線。在此，除掉銅層20的選定部分，以形成跡線22、24和26。
圖3表示第二刻蝕過程之后的層疊組件10，其中除掉了電阻層30的選定部分。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解的是，沒有通過第二選擇性刻蝕過程刻蝕的暴露的電阻層30的任何面積都必須用合適的光致抗蝕劑來覆蓋。
按照上面所討論的，可以發(fā)現(xiàn)銅的存在、以及更具體地，要被刻蝕掉的暴露的銅表面面積之?dāng)?shù)量看起來會影響用于去除電阻材料的刻蝕溶液的性能。一個方面，電阻材料(一般是Ni/Cr合金)的刻蝕速率將隨著CSA/RSA比例的增加而明顯減小。已發(fā)現(xiàn)該比值可達(dá)到一個完全禁止電阻層刻蝕的值。作為例子，在圖2示出的實施例中，暴露的銅側(cè)壁22a和24a的表面面積明顯大于暴露的電阻材料30a的表面面積。同樣，還可發(fā)現(xiàn)暴露的銅側(cè)壁24b和26b的表面面積明顯大于暴露的電阻材料30b的表面面積。
還發(fā)現(xiàn)使用刻蝕溶液的電阻材料的刻蝕速率也隨著暴露的銅對將要刻蝕的電阻材料的逐漸靠近而減小。這樣，在圖2所示的例子中，隨著跡線22、24和26之間的間隔減小，暴露的面積30a、30b相對暴露的銅側(cè)壁22a、24a、24b和26b的尺寸及其相對側(cè)壁22a、24a、24b、和26b的接近度也減小。結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)刻蝕溶液的刻蝕速率減小。此外，還發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的電阻刻蝕溶液會溶解銅層20上淀積的處理劑。
可以理解的是，通過在利用銅刻蝕劑去掉了不想要的銅之后不從銅層20上去除固化的光致抗蝕劑，可以減小CSA/RSA比值。因而，光致抗蝕劑覆蓋著銅層20，同時利用Ni/Cr刻蝕溶液刻蝕掉電阻層30(例如Ni/Cr合金)之不想要的部分。銅層20上的固化光致抗蝕劑減小了暴露的銅的表面面積。
在高密度互聯(lián)PCB情況中(其中PCB上需要更細(xì)的線和更小的間隔用于電互聯(lián))，線和其間間隔的尺寸變得更小。但是，人們發(fā)現(xiàn)在將要刻蝕小于大約2-6密耳的間隔時，由于銅相對電阻材料的量很大，因此很難采用傳統(tǒng)的電阻刻蝕溶液對電阻材料進(jìn)行合適的刻蝕。
依照本發(fā)明的優(yōu)選實施例，提供了一種電阻刻蝕溶液，它能在高CSA/RSA比率的情況下，以及在刻蝕間隔很小、例如寬度小于約2-6密耳的情況下提高刻蝕速率。優(yōu)選的刻蝕溶液尤其適合于刻蝕由鎳-鉻合金如Ni/Cr/Al/Si合金(舉例而非限制)構(gòu)成的電阻材料。
依照本發(fā)明的優(yōu)選實施例，提供了一種由HCl和硫脲構(gòu)成的刻蝕溶液。在優(yōu)選實施例中，電阻刻蝕溶液是由HCl、丙三醇和硫脲組成的溶液?？捎^察到硫脲能明顯地提高鎳-鉻合金的刻蝕速率，尤其在高CSA/RSA比率的情況下更是如此。即便在電阻刻蝕過程中銅上沒有光致抗蝕劑的情況下，在電阻刻蝕溶液中加入硫脲也可以實施合適的細(xì)微特征刻蝕(例如，在暴露面積30a、30b＜6密耳的情況下刻蝕鎳-鉻合金電阻材料)。
優(yōu)選的電阻刻蝕溶液包括范圍為5體積％到95體積％(優(yōu)選約43體積％)的鹽酸(按重量計37％的HCl)，范圍為5體積％到95體積％(優(yōu)選約46體積％)的丙三醇，范圍在0.1ppm到100克/升(更優(yōu)選是1ppm到2ppm)的硫脲，以及足以補足100％(總體積％)的水。優(yōu)選電阻刻蝕溶液的溫度范圍為室溫(約68°F到約77°F)到大約刻蝕溶液的沸點溫度(220°F附近)，優(yōu)選在120°F到180°F范圍內(nèi)，更優(yōu)選在140°F到150°F范圍內(nèi)。優(yōu)選地，通過噴射施加電阻刻蝕溶液。
現(xiàn)在通過以下例子進(jìn)一步描述本發(fā)明，其中利用兩份類似的刻蝕溶液(一份有硫脲，一份沒有硫脲)刻蝕相同的電阻材料?，F(xiàn)在參照例1和2，示出有硫脲和沒有硫脲的刻蝕時間比較。
例1刻蝕溶液HCl(43體積％)丙三醇(46體積％)硫脲(2ppm)水(11體積％)刻蝕溶液溫度150°F銅薄片(每單位面積的重量)1oz./ft2電阻材料Ni(56wt％)/Cr(38wt％)/Al(4wt％)/Si(2wt％)電阻材料厚度0.1μm相鄰跡線之間的間隔2-4密耳刻蝕時間

例2刻蝕溶液HCl(43體積％)丙三醇(46體積％)硫脲(2ppm)水(11體積％)刻蝕溶液溫度150°F銅薄片(每單位面積的重量)1oz./ft2電阻材料Ni(56wt％)/Cr(38wt％)/Al(4wt％)/Si(2wt％)電阻材料厚度0.03μm相鄰跡線之間的間隔2-4密耳刻蝕時間

從例1和2示出的刻蝕時間可以看出，在電阻刻蝕過程中存在光致抗蝕劑時，含硫脲的電阻刻蝕溶液具有明顯較高的刻蝕速率。在此，刻蝕時間縮短了大約50％。在去除光致抗蝕劑的情況下，有硫脲的電阻刻蝕溶液促進(jìn)了電阻刻蝕，而這在不含硫脲的電阻刻蝕溶液情況下是不可能的。
其它人在閱讀并理解本說明書的基礎(chǔ)上，可以作出其它改進(jìn)和替換。目的在于，所有這些改進(jìn)和替換都落在要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍或其等效范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于刻蝕包括鎳-鉻合金的電阻材料的刻蝕溶液，包括鹽酸；以及硫脲。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的刻蝕溶液，其中，所述鹽酸在5體積％到95體積％的范圍內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的刻蝕溶液，其中，所述鹽酸約為43體積％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的刻蝕溶液，其中，所述硫脲在0.1ppm到100克/升的范圍內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的刻蝕溶液，其中，所述硫脲在1ppm到20ppm的范圍內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的刻蝕溶液，其中，所述硫脲在1ppm到2ppm的范圍內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的刻蝕溶液，其中，所述溶液還包括丙三醇。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的刻蝕溶液，其中，所述丙三醇在5體積％到95體積％的范圍內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的刻蝕溶液，其中，所述丙三醇為大約46體積％。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的刻蝕溶液，其中，所述溶液還包括水。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的刻蝕溶液，其中，所述水的量足以補足100％的總體積％。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的刻蝕溶液，其中，所述溶液的溫度范圍在室溫到大約所述溶液的沸點溫度。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的刻蝕溶液，其中，所述溶液的溫度范圍為120°F到180°F。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的刻蝕溶液，其中，所述溶液的溫度范圍是140°F到150°F。
15.一種用于由具有銅層和電阻層的電阻薄片形成嵌入式電阻器的方法，其中所述電阻薄片結(jié)合到介電層上，該方法包括利用銅刻蝕劑，選擇性地去除該銅層的若干部分，以形成跡線；以及利用由鹽酸和硫脲組成的刻蝕劑，選擇性地刻蝕該電阻層。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，將光致抗蝕劑施加到該銅層上，以限定所述跡線。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，在選擇性地刻蝕電阻層之前不除去所述光致抗蝕劑。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，在選擇性地刻蝕掉電阻層之前，除去所述光致抗蝕劑。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述鹽酸的范圍是5體積％到95體積％。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述鹽酸為大約43體積％。
21.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述硫脲的范圍為大約0.1ppm到100克/升。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中，所述硫脲的范圍為大約1ppm到20ppm。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中，所述硫脲的范圍為大約1ppm到2ppm。
24.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述溶液還包括丙三醇。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中，所述丙三醇的范圍為5體積％到95體積％。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中，所述丙三醇為大約46體積％。
27.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述溶液還包括水。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中，所述水的量足以補足100％的總體積％。
29.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述溶液的溫度范圍為室溫到大約所述溶液的沸點溫度。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其中，所述溶液的溫度范圍為120°F到180°F。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其中，所述溶液的溫度范圍為140°F到150°F。
全文摘要
一種含有硫脲的電阻刻蝕溶液，它尤其適合于刻蝕由鎳－鉻合金組成的電阻材料。在(a)銅表面面積與(b)鎳/鉻表面面積的比值較大、并且期望精細(xì)特征刻蝕的情況下，電阻刻蝕溶液允許對鎳鉻合金進(jìn)行快速而有效地刻蝕。
文檔編號C23G1/02GK1630917SQ03803597
公開日2005年6月22日 申請日期2003年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月11日
發(fā)明者丹·利利, 王江濤 申請人:尼科原料美國公司