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Publication number: BE636654A
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Description


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   La présente invention   est   relative   à   un procédé de placage de métaux et, en particulier,   à   un procédé   perfec-   tionné pour déposer un métal noble sur une surface métallique. 



   Dans la fabrication des semi-conducteurs, on utilise des surfaces plaquées d'or sur une grande échelle, principa- lement pour assurer un contact ohmique aveo une matière semi- conductrice, telle que le silicium ou le germanium. Cependant, la surface plaquée d'or sert également à constituer une base de diffusion contrôlée pour l'or métallique, de façon à pro- téger certaines surfaces contre les attaques chimiques, au court) d'un traitement de décapage à l'acide, pour protéger certaines surfaces contre l'oxydation et la corrosion et pour permettre à d'autres métaux d'y être aisément soudés. 



  Selon le type de dispositif semi-conducteur   utilité,   l'or peut être plaqué   directement   sur la matière semi-conductrice, sur la pièce fabriquée ou sur les deux. 



   Divers procédés, tels que le dépôt sous vide, le dépôt   électrolytique,   l'immersion et le dépôt sans électrodes , constituent des procédés communément utilisés pour le placage d'or. Cependant, une difficulté importante qui se présente lorsqu'on applique ces procédés est celle de la limitation de   l'épaisseur   des dépôts. Une autre difficulté réside dans le fait qu'il est difficile d'obtenir une   adhérenoe   appropriée de la couche d'or à la matière de base.

   D'autres   inconvé-     nients   qui se présentent, de manière générale, réside dans des vitesses de dépôt lentes,une porosité non uniforme      

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 du dépôt 4*or et l'inaptitude à utiliser tout   l'or   dans le bain de placage, ce qui augmente le coût de l'opératio 
La présente invention a pour objet un   procède   per   fectionné   pour revêtir des surfaces métalliques d'or. 



   L'invention a encore pour objet un procédé d'appli- cation de couches d'or par immersion, ce procédé permettant d'obtenir un dépôt de grande épaisseur sur la matière de   bas:. ,     L'invention   a encore pour objet un procédé   d'appli-   cation de couches d'or par immersion sur des surfaces de matières senti-conductrices, de manière à améliorer l'adhérence de la couche d'or à la matière de base.

   les nouvelles particularités de la présente inven- tion, ainsi que d'autres avantages et objets de celle-ci res- sortiront de la description suivante, dans laquelle l'inven- tion est illustrée à titre   d'exemple*     L'expression   "placage par immersion", telle qu'elle est utilisée dana le présent mémoire, désigne la réduction dos ions or contenus dans la solution de placage jusqu'à l'état métallique, par   l'intermédiaire   de l'énergie   électri-   que produite par la   différence   de potentiel existant entre le métal de la matière de base   à   plaquer et ces ions or. Il est spécialement à noter qu'aucune source extérieure d'éledctré cité n'est employée et que, par conséquent, auoune électrode (anode) n'est nécessaire. 



   Jusqu'à présent, une composition de placage par im- mersion communément utilisée était celle constituée d'un bain de cyanure de potassium et d'or, auquel on avait ajouté de l'hydroxyde de potassium pour obtenir un pH 6levé ou des carbonates pour obtenir un pH alcalin modéré comme  décret   dan-   @   le brevet des Etats-Unis   d'Amérique   n* 2 976 181.

   La   d@   

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   deresse   a cependant constaté que l'emploi d'un bain de oya- nure de potassium et   d'.or   possédant un pH acide compris entre 
2,0 et 3,5 donne non seulement une adhérence plus grande de   la   couche d'or à la matière de base, maie permet aussi d'ob- tenir une épaisseur plus grande du   dépota   la quasi totalité de l'or   contenu   dans le bain étant appliquée sur la matière de base. 



   De manière générale, la solution ou le bain de placage ou de revêtement de la matière de base contient du cyanure de potassium et d'or présentant une teneur   d'environ   
67 % en or (12,5   9/litre)   dans environ 1000 ml d'eau distil- lée ou d'eau désionisée. Un acide soluble ou un sel   d'acide   soluble constituant un des constituants basiques de l'électro- lyte est ajouté au bain, cet agent acide étant soit   un acide   fort, un acide faible ou une combinaison d'acides et de sels acides.

   Parmi ces agents, on peut citer l'acide fluorhydrique. l'acide   ohlorhydrique,   l'acide nitrique,   l'acide   sulfurique, le fluorure d'ammonium et   l'acide     acétique.   le pH de la solu- tion a une valeur comprise entre 2,0 et 3,5 et il est   féglé   à une valeur déterminée par addition d'hydroxyde   ammonique.   



   La température de la solution est maintenue à une valeur com- prise entre 70 C et   100 0   et le temps nécessaire pour   former .   une couche d'or sur la plupart des matières de base Tarie entre environ 10 et 30 minutes. La vitesse de dépôt varie selon l'agent   aoido   utilisé, selon le pH et selon la tempéra* ture;ainsi, la vitesse de dépôt peut être augmentée en   éle-   vant la température ou en ajoutant un acide particulier pour abaisser le pH. Cependant, une telle augmentation de la vites- se de dépôt   peut   affecter l'adhérence de celui-ci. 



   Comme exemple de matières semi-conductrices de base, de métaux et d'alliages qui ont été enrobés ou plaqués au 

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 moyen d'or par la procédé suivant la présente invention, on peut citer le   silicium,   le germanium, le kovar, le cuivre, le niokel, le nickel non éleotrolytique, la soudure, l'ar- gent, le titane, le chrome, le laiton, l'acier   inoxydable,   le tantale et l'or. 



   Il est évident que les valeurs   indiquée$   dans les limites données plus haut de la composition générale varie- ront selon le type particulier de matière de   base   à plaquer, étant donné que des conditions différentes sont   imposées '   aux matières de base plaquées. Ainsi, dans la technique des semi-conducteurs il est nécessaire qu'un contact électrique soit établi avec la matière de base plaquée, le type de con- tact utilisé variant fortement et nécessitant, par conséquent, l'emploi d'une surface plaquée de type différent.

   On donnera ci-après quelques exemples   illustratifs   de compositions de bains de placage pour   certaines   matières de base, les oondi- tions et proportions étant   conformée   à celles de la   présen-   te invention, tandis que les quantités sont exprimées en   grammes   par litre. 



   EXEMPLE I. 



   Placage de germanium avec de l'or. 



  Cyanure de potassium et d'or - 12,5   grammes/litre   (teneur en or:   67 %)   Eau déaionisée - jusqu'à volume voulu Acide sulfurique - pH 2,5 - 3,0 Température . - 80 - 85 C. 

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   Placage de silicium avec de l'or. 



  Cyanure de potassium et   d'or -   12,5   grammes/litre   (teneur en 
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 or : J 67'" jeau ds.onisbe - à volonté Acide  sulfurique - PH 500 - 3?5 Acide fluorhydrique - pH 205 - 3,0 Température   au début ?4"t, puis augmentation juuqu'à 80-85'0 après formation du dépôt   initiait   
On suppose que l'acide   sulfuriquo   stabilise le bain, tandis que   l'acide     fluorhydriquo   utilisa dans l'exemple II active la surface du   silicium.   



   On suppose par ailleurs que,dans chaque composition, l'or est déposé   à   partir de la molécule de cyanure de   potassium   et d'or et non   à   partir d'un sel acide d'or, tel que le sul- fate   d'or,   le fluorure d'or ou le chlorure d'or, comme le révèle le fait que ce sel acide se décompose dans l'eau chaude et ne peut, par conséquent, pax exister dans le bain de pla- cage   chauffé   selon la présente invention. 



   Il a été découvert que les compositions de placage 
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 susdécritee peraottent le dépôt d'environ 100% de l'or conte- nu dans le bain. Un essai a été effectué pour déterminer   la'   quantité précise d'or qui a pu être appliquée au départ d'un bain acide particulier, tout en produisant des dépota d'or fins. Ainsi, un bain d'or de 50 ml contenant 418,7 mg d'or a été acidifié avec de l'acide sulfurique jusqu'à un pH de 
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 2*5 et utilisé à une température de 80 à 8500.

   Les résultats ont contré qu'une surface de 274 om2 de germanium portait une couche de 204,8 g d'or, l'épaisseur moyenne de l'or $tant de 38 x .cT" cm, A l'aide du mime bain, une surface de z om2 de kovar a été plaquée d'or, de manière à porter 193  2 mg 

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 d'or sous forme d'une couche ayant une épaisseur moyenne de 53 x   le -6   cm. Ainsi, 398 mg d'or ont été appliquas avec suçons   à   partir d'un bain contenant   418,7   mg d'or, 20,7 mg d'or restant dans le bain. Cependant, il est spécialement   à   noter que le restant de 20,7 mg d'or représentait des pertes 
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 d'écoulement et qu'une analyse speotrograph1que de la solu- tion épuisée a révélé qu'il ne restait que 0,02 mg d'or dans le bain.

   Il est écalanent a noter qu'un dépôt uniforme et adné- rent a été obtenu sur chacune des matières de base utilisées et qu'une expérimentation ultérieure a permis d'obtenir une Manipulation en vrac. 



   La pureté de l'or déposé est très importante, pour 
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 auaurcr un contact ohmique satisfaisant avec la pastille en silicium ou germanium recouverte d'or d'un e$ni-aonduateur. 



  Dans certains   cas,   de l'antimoine doit être présent dans   l'or    pour produire un contact dégénéré sur une matière semi-con-   ductrioe   du type N. Ainsi, la composition et les conditions 
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 opératoires suivantes se sont révélées effioaoest 
EXEMPLE   III.   



   Placage de germanium avec de l'or Cyanure de potassium et d'or - 12,5 grammes/litre (teneur en or: 67 %) Eau   désionisée   - jusqu'à volume voulu Acide   sulfurique   - pH 2,5 - 3,0 
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 Sartrate de potassium et ' d'ammonium - 2,25   gramme/litre   
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 Température - 80 - 8,'t Ce Lorsqu'un placage d'or et drantimoine est utilisé pour créer un contact chimique dégénéré, il est souhaitable de Xritter ou d ' agglomérer l'antimoine et l'or dans la watioi-'- de base en germanium, non pas pour obtenir une adhérence con- 
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 vennble, mais pour obtenir des caractéristiques de contact 

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   optimales*   La durée du bain à on pH de 2,5 varie fortement selon l'acide utilisé pour abaisser le pH.

   La durée du bain peut être comprise entre 10-15 minutes et plusieurs heures, selon les acides utilisés, Cependant, il est à noter que la durée du bain n'indique pas la durée utile de celui-ci, car le précipité peut être   redissous,   en relevant le pH et le bain peut être utilisé jusqu'à épuisement de la solution   d'or.   



   Il est évident que l'invention n'est pas limitée aux détails décrits plus haut et que de nombreuses   modifioa-   tions peuvent être apportées   à   ces   détails,   cane sortir Au cadre de l'invention, tel qu'il est défini dans   le      revendi-'   cations suivantes. 



   REVENDICATIONS. 



   1.- Procédé pour appliquer une couche d'or sur la surface d'un corps, caractérisé en ce qu'on trempe le corps dans une solution contenant du cyanure de potassium et d'or, cette solution présentant une teneur en or   d'au   moine 67 % et étant acidifiée jusqu'à un pH de   2,0 à   3,5.

Claims

2.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la solution est acidifiée jusqu'à une valeur do pH comprise entre 2,5 et 3,5 et est chauffée à une température , comprise entre 75 et 100 0.

3.- Procédé suivant,la revendication 1, dans lequel le corps susdit est un corps en germanium, caractérisé en ce que la solution èst acidifiée jusqu'à une valeur de pH comprise entre 2,5 et 3.0 et est chauffée à une température comprise en- tre 80 et 85 C. <Desc/Clms Page number 8>

4.- Procède suivant la revendication 1, dans lequel le corps est un corps en silicium, caractérise en ce que la solution est acidifiée au moyen d'acide sulfurique jusqu'à une valeur de pH de 3,0 à 3, 5 et au moyen d'acide fluorhydrique juoqu'à une valeur de pH de 2,5 à 3,0.

5.- Procédé suivant la revendication 3, caractérisa en ce que la solution contient environ 0,25 g par litre de tartrato de potassium et d'antimoine.

6.- Procédé suivant l'une ou l'autre des revendica- tions 4 et 5, caractérisé en ce que la température de la solu- tion est maint enu&4 70 C jusqu'à ce que la couche initiale se soit formée, après quoi elle est élevée jusqu'à une valeur comprise entre 80 et 85 C.