CN103924243A - 一种蚀刻液组合物 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蚀刻液组合物，属于蚀刻领域。所述蚀刻液组合物包括0.5-10%的过硫酸盐、0.5-30%的铵盐及60-99%的水，以上均为重量百分比。本发明通过以过硫酸盐为氧化剂，由于过硫酸盐与铵盐的合理搭配，使蚀刻液能够长期储存，而且在使用过程中蚀刻速率不会由于时间的变化而存在较大差异，因此蚀刻液的生产和使用效率高，适合大规模生产和使用，利于蚀刻液的工业化生产；由于体系中不含有强酸，在蚀刻液蚀刻铜或铜合金时，基本不腐蚀铜或铜合金以外的其他金属，实现有选择性的蚀刻；在酸性和碱性条件下都能使用，适用范围广。

Description

一种蚀刻液组合物

技术领域

本发明涉及蚀刻领域，特别涉及一种用于蚀刻铜或铜合金的蚀刻液组合物。

背景技术

半导体装置、印制电路板、IC卡等产品都具有金属元件。这些金属元件通常通过将绝缘基板上的金属薄膜形成需要的图案的方法制得。近年来，随着人们对产品性能要求的提高，对金属薄膜上所刻图案的精细化程度的要求也越来越高。因此用于形成图案的金属不但需要具备电阻值低等特点，还需要具有易于加工形成精细图案的性能。铜或铜合金由于具备上述特点，被越来越多的应用于金属元件的制备中。

湿蚀刻法是利用合适的化学溶液，即蚀刻液，腐蚀去除材质上未被光阻覆盖的部分，达到一定的雕刻深度的工艺。湿蚀刻法具有成本低廉、生产效率高、适用范围广等特点，非常适用于蚀刻金属薄膜图案。

目前，常用的蚀刻铜或铜合金薄膜的蚀刻液主要有：以胺或氨水为主要成分的碱性蚀刻液；含有如盐酸、硫酸等强酸的酸性蚀刻液，如专利ZL200710030904.9公布了一种氯化铵、盐酸体系的铜蚀刻液；含有双氧水的酸性蚀刻液，专利JP2009191357A公布的一种双氧水的酸性体系的铜蚀刻液等。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

碱性蚀刻液无法在酸性环境下使用；在铜或铜合金与其他金属共存体系中，含有强酸的酸性蚀刻液在蚀刻铜或铜合金时也会将其他金属一同蚀刻，蚀刻选择性低；含有双氧水的蚀刻液，由于过氧化氢分解较快，蚀刻液蚀刻速率不稳定。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种蚀刻液组合物。所述技术方案如下：

一种蚀刻液组合物，包括0.5-10%的过硫酸盐、0.5-30%的铵盐及60-99%的水，以上均为重量百分比。

优选，包括3-8%的过硫酸盐、3-15%的铵盐及77-94%的水，以上均为重量百分比。优选，所述过硫酸盐为过硫酸氢钾、过硫酸铵、过硫酸钾或过硫酸钠中的一种或一种以上组合。

优选，所述铵盐为氯化铵、硫酸铵、碳酸铵、碳酸氢铵、乙酸铵及硝酸铵中的一种或一种以上组合。

更优选，所述铵盐为硫酸铵、碳酸铵、乙酸铵及硝酸铵中的一种或一种以上组合。

进一步地，还包括pH调节剂，所述蚀刻液组合物的pH值为5-11。

优选，所述蚀刻液组合物的pH值为5.5-9。

过硫酸盐：作为氧化剂，主要作用是蚀刻铜。过硫酸盐稳定性较好不易分解。使用过硫酸盐作为氧化剂的蚀刻液适合长期储存，而且在使用过程中蚀刻速率不会由于时间的变化而存在较大差异，蚀刻液的生产和使用效率高，适合大规模生产和使用，利于工业化生产。

铵盐：在适当pH值下合适的铵盐与过硫酸盐配合不但可以有效的防止锡、银腐蚀，并且在碱性条件下能与铜离子形成络合物，有效防止碱性条件下由于产生氢氧化铜沉淀而影响蚀刻液使用的现象发生。

水：用于溶解其他各组分。

随着过硫酸盐用量的提高，铜蚀刻速率也会不断提高，而铵盐加入量过大时蚀刻速率明显偏慢。为了保证蚀刻液中的过硫酸盐完全溶解在水中，同时，蚀刻液具有较好的蚀刻速率且保护锡、银不被腐蚀，本发明包括0.5-10%的过硫酸盐、0.5-30%的铵盐及60-99%的水，以上均为重量百分比。综合考虑生产成本，本发明提供的蚀刻液优选包括3-8%的过硫酸盐、3-15%的铵盐及77-94%的水，以上均为重量百分比，该过硫酸盐及铵盐的用量即可满足生产需要。

pH调节剂：用于调整蚀刻液组合物的pH值。由于蚀刻液组合物的pH值在5-11之间时，可以有效的防止铝腐蚀，本发明提供的蚀刻液组合物的pH值为5-11，优选pH值为5.5-9。

其他添加剂：为了调整蚀刻液的表面张力等性能，本发明还包括表面活性剂等添加剂。表面活性剂的用量一般为蚀刻液总重量的0.01~5%。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

在适当pH值下合适的铵盐与过硫酸盐配合稳定性好，使蚀刻液能够长期储存，而且在使用过程中蚀刻速率不会由于时间的变化而存在较大差异，因此蚀刻液的生产和使用效率高，适合大规模生产和使用，利于蚀刻液的工业化生产；由于体系中不含有强酸，并且在适当pH值下合适的铵盐与过硫酸盐配合可以有效的防止锡、银腐蚀，在蚀刻液蚀刻铜或铜合金时，基本不腐蚀铜或铜合金以外的其他金属，实现有选择性的蚀刻；在酸性和碱性条件下都能使用，适用范围广。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明实施例所使用的化学试剂均为市购产品。

实施例1-11见表1。

表1  本发明实施例1-11提供的蚀刻液各组分及其含量

比较例1：由30%双氧水20kg、浓盐酸10kg及水70kg组成，pH值为2.5。

比较例2：由30%双氧水10kg、乙酸5kg、氨水10kg及水75kg组成，pH值为13。

按下述方法测试本发明实施例1-11及比较例1、2的蚀刻效果，试验结果参见表2。

蚀刻对象：分别将厚度为0.3mm的铜、铝、锡及锡银合金（锡/银为96.5%重量/3.5%重量）板剪切成长4cm×宽2cm的小块，作为金属蚀刻速度测试用试验片。

测试方法：

（1）测试蚀刻液长期稳定性：将准备好的铜试验片，完全浸没入蚀刻液中，半小时后取出，按重量减少量计算试验片蚀刻速率，并记作0h时铜蚀刻速率；同时将溶液敞口静置，按上面方法分别测溶液24h、48h、72h、120h后的铜蚀刻速率。

（2）测试金属保护情况：将准备好的铝、锡、锡/银合金试验片完全浸没入蚀刻液中，半小时后取出，按重量减少量计算试验片腐蚀速率，记为0h金属腐蚀情况。按照相同的方法测试48h、120h后的金属腐蚀情况。按以下评价标准评价。

金属腐蚀情况评价标准：

计算铝、锡及锡银合金在溶液中的蚀刻速率

○代表严重腐蚀

△代表轻微腐蚀但

●代表不腐蚀

表2  各蚀刻液不同时间铜蚀刻速率

表3  各蚀刻液不同时间金属腐蚀情况

由表2可知，本发明实施例提供的蚀刻液经过120h后蚀刻速率随时间变化不大甚至几乎没有变化，具有较好的稳定性。

由表3可知，本发明实施例提供的蚀刻液几乎不腐蚀铝、锡及锡银合金，具有较好的金属选择性，在蚀刻铜时能保护其他金属不受腐蚀。

本发明实施例提供的蚀刻液组合物在pH值为5-11的范围内，均具有良好的蚀刻速率及较好的金属选择性；随着时间的变化，本发明实施例提供的蚀刻液的蚀刻速率变化不大，蚀刻速率稳定，工作效率高，可以大规模生产和使用；在酸性和碱性条件下都能使用，适用范围广。

其中，本发明实施例提供的酸性体系蚀刻速率快，但对锡和银稍有腐蚀，当pH在5.5-9时，对锡和银没有腐蚀，且蚀刻速率满足生产需要。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种蚀刻液组合物，包括0.5-10%的过硫酸盐、0.5-30%的铵盐及60-99%的水，以上均为重量百分比。

2.如权利要求1所述的蚀刻液组合物，其特征在于，包括3-8%的过硫酸盐、3-15%的铵盐及77-94%的水，以上均为重量百分比。

3.如权利要求1或2所述的蚀刻液组合物，其特征在于，所述过硫酸盐为过硫酸氢钾、过硫酸铵、过硫酸钾或过硫酸钠中的一种或一种以上组合。

4.如权利要求1-3任一项权利要求所述的蚀刻液组合物，其特征在于，所述铵盐为氯化铵、硫酸铵、碳酸铵、碳酸氢铵、乙酸铵及硝酸铵中的一种或一种以上组合。

5.如权利要求4所述的蚀刻液组合物，其特征在于，所述铵盐为硫酸铵、碳酸铵、乙酸铵及硝酸铵中的一种或一种以上组合。

6.如权利要求1所述的蚀刻液组合物，其特征在于，还包括pH调节剂，所述蚀刻液组合物的pH值为5-11。

7.如权利要求6所述的蚀刻液组合物，其特征在于，所述蚀刻液组合物的pH值为5.5-9。