CN104498950A

CN104498950A - 一种高选择性钛层腐蚀液组合物

Info

Publication number: CN104498950A
Application number: CN201410721460.3A
Authority: CN
Inventors: 戈士勇
Original assignee: JIANGYIN RUNMA ELECTRONIC MATERIAL CO Ltd
Current assignee: JIANGYIN RUNMA ELECTRONIC MATERIAL CO Ltd
Priority date: 2014-12-02
Filing date: 2014-12-02
Publication date: 2015-04-08
Anticipated expiration: 2034-12-02
Also published as: CN104498950B

Abstract

本发明公开了一种高选择性钛层腐蚀液组合物，其特征在于，所述组合物的组分及重量百分比分别为：浓度为30%的过氧化氢10～30%、过氧化氢稳定剂0.01～0.1%、金属络合剂0.01～0.1%、表面活性剂0.01～0.1%和余量水。该钛层腐蚀液组合物选择性优异，钛层腐蚀均匀，腐蚀过程稳定且速率适中，腐蚀液寿命达到预期。

Description

一种高选择性钛层腐蚀液组合物

技术领域

本发明涉及钛层腐蚀领域，具体涉及一种高选择性钛层腐蚀液组合物。

背景技术

半导体金属芯片需要通过引脚将其和元件连接起来才能发挥作用。芯片底层材料一般为金属铝，引脚多采用电阻低的铜或者以铜为主要成分的金属材料。然而，铜金属铝和铜结合力较差，会导致芯片底层材料与引脚之间密合性不充分的技术缺陷。由于金属钛和两者的结合力都很强，因此改进的技术方案多采用钛作为铝层和铜层的间隔层。因此，在半导体金属芯片引脚单独完成后需要对钛层金属薄膜进行腐蚀。

现有技术中，钛层金属或钛合金的腐蚀采用氢氟酸/硝酸混合液、过氧化氢/氢氟酸混合液或在上述组合物中加入有机酸如醋酸等进行处理。但是氢氟酸系腐蚀液会侵蚀芯片底层材料和引脚材料。为了克服钛层氟化氢腐蚀液的技术缺陷，改进的技术方案有采用过氧化氢/氨/乙二胺四乙酸混合液以及过氧化氢、磷酸盐混合液。中国专利CN100226507C中公开了一种蚀刻液，其组成为10～40wt%的过氧化氢、0.05～5 wt%的磷酸、0.001～0.1 wt%的膦酸系化合物和氨的水溶液。该蚀刻液可用于在有选自铜、锡、锡合金和铝中的至少一种金属的存在下选择性的蚀刻钛或钛合金。

但是，改进后的过氧化氢系蚀刻液在使用于半导体金属芯片时存在技术缺陷：第一、微观下钛金属表面并非平整的，现有过氧化氢系腐蚀液表面张力过大，腐蚀液无法渗透进钛层表面细微的缝隙，导致出现腐蚀不均匀的现象；第二、钛层蚀刻速率小，但过氧化氢分解较快，而且过氧化氢对铜有轻微腐蚀后产生铜离子，铜离子对过氧化氢的分解有催化作用，会进一步加速过氧化氢的分解，因此钛层腐蚀过程不稳定，同时缩短腐蚀液寿命。因此，有必要对现有技术中的高选择性钛层腐蚀液组合物进行配方改进。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种对钛层腐蚀均匀、腐蚀速率适中且使用寿命长的高选择性钛层腐蚀液组合物。

为实现上述技术效果，本发明的技术方案为：一种高选择性钛层腐蚀液组合物，其特征在于，所述组合物的组分及重量百分比分别为：过氧化氢10～30%、过氧化氢稳定剂0.01～0.1%、金属络合剂0.01～0.1%、表面活性剂0.01～0.1%和余量水。

优选的技术方案为，所述组合物的组分及重量百分比分别为：过氧化氢20～30%、过氧化氢稳定剂0.01～0.1%、金属络合剂0.05～0.1%、表面活性剂0.01～0.05%和余量水。

优选的技术方案还可以为，所述过氧化氢稳定剂为碱性无机盐类稳定剂。

优选的技术方案还可以为，所述过氧化氢稳定剂为选自可溶性锡酸盐稳定剂、硫醇锡、马来酸锡中的至少一种。

优选的技术方案还可以为，所述金属络合剂为氨基羧酸盐类金属络合剂。

优选的技术方案还可以为，所述金属络合剂为选自氨三乙酸盐、乙二胺四乙酸盐和二乙烯五乙酸盐中的至少一种。

优选的技术方案还可以为，所述表面活性剂为非离子表面活性剂。

优选的技术方案还可以为，所述表面活性剂为脂肪酸甘油酯、脂肪酸山梨坦和聚山梨酯中的至少一种。

本发明还在于提供一种利用高选择性钛层腐蚀液组合物的钛层腐蚀方法，其特征在于，采用上述钛层腐蚀液组合物对半导体的钛层进行腐蚀。

优选的技术方案为，所述钛层腐蚀液组合物的腐蚀温度为60～70℃。

本发明的优点和有益效果在于：

该钛层腐蚀液组合物在对含芯片底层材料铝和引脚铜的半导体金属芯片蚀刻时，对金属钛层的选择性优异；表面活性剂的加入使张力从原先的70N/m降低到30N/m，确保腐蚀液渗透进钛层表面细微的缝隙，避免局部腐蚀不均匀或未腐蚀的现象；金属络合剂的加入可以络合腐蚀液轻微腐蚀铜而产生的铜离子，避免因双氧水加速分解而缩短腐蚀液寿命；

与现有技术中的氢氟酸体系腐蚀液相比，制造和使用过程的安全系数均明显提高；

使用本发明中的钛层腐蚀方法对含芯片底层材料铝和引脚铜的半导体金属芯片蚀刻时，钛层腐蚀速率适中，腐蚀过程稳定。

说明书附图

图1为本发明高选择钛层腐蚀液组合物腐蚀前扫描电镜图片；

图2为图1中半导体局部放大的扫描电镜图片；

图3为图1中半导体局部放大的另一扫描电镜图片；

图4为本发明高选择钛层腐蚀液组合物腐蚀后扫描电镜图片；

图5为图4中半导体局部放大的扫描电镜图片；

图6为图4中半导体局部放大的另一扫描电镜图片。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例1

实施例1高选择性钛层腐蚀液组合物的组分及重量百分比分别为：过氧化氢10%、过氧化氢稳定剂0.01%、金属络合剂0.01%、表面活性剂0.01%和余量水。过氧化氢稳定剂为锡酸钠，金属络合剂为氨三乙酸盐，表面活性剂为脂肪酸甘油酯。

实施例2

实施例2高选择性钛层腐蚀液组合物的组分及重量百分比分别为：过氧化氢10%、过氧化氢稳定剂0.05%、金属络合剂0.05%、表面活性剂0.05%和余量水。过氧化氢稳定剂为硫醇锡，金属络合剂为乙二胺四乙酸盐，表面活性剂为脂肪酸甘油酯。

实施例3

实施例3高选择性钛层腐蚀液组合物的组分及重量百分比分别为：过氧化氢10%、过氧化氢稳定剂0.1%、金属络合剂0.1%、表面活性剂0.1%和余量水。过氧化氢稳定剂为锡酸钠，金属络合剂为二乙烯五乙酸盐，表面活性剂为脂肪酸甘油酯。

实施例4

实施例4高选择性钛层腐蚀液组合物的组分及重量百分比分别为：过氧化氢20%、过氧化氢稳定剂0.01%、金属络合剂0.05%、表面活性剂0.1%和余量水。过氧化氢稳定剂为硫醇锡，金属络合剂为二乙烯五乙酸盐，表面活性剂为脂肪酸山梨坦。

实施例5

实施例5高选择性钛层腐蚀液组合物的组分及重量百分比分别为：过氧化氢20%、过氧化氢稳定剂0.05%、金属络合剂0.1%、表面活性剂0.01%和余量水。过氧化氢稳定剂为锡酸钠，金属络合剂为二乙烯五乙酸盐，表面活性剂为聚山梨酯。

实施例6

实施例6高选择性钛层腐蚀液组合物的组分及重量百分比分别为：过氧化氢20%、过氧化氢稳定剂0.1%、金属络合剂0.01%、表面活性剂0.05%和余量水。过氧化氢稳定剂为锡酸钾，金属络合剂为二乙烯五乙酸盐，表面活性剂为聚山梨酯。

实施例7

实施例7高选择性钛层腐蚀液组合物的组分及重量百分比分别为：过氧化氢30%、过氧化氢稳定剂0.01%、金属络合剂0.1%、表面活性剂0.05%和余量水。过氧化氢稳定剂为锡酸钾，金属络合剂为乙二胺四乙酸盐，表面活性剂为聚山梨酯。

实施例8

实施例8高选择性钛层腐蚀液组合物的组分及重量百分比分别为：过氧化氢30%、过氧化氢稳定剂0.05%、金属络合剂0.01%、表面活性剂0.1%和余量水。过氧化氢稳定剂为马来酸锡，金属络合剂为氨三乙酸盐，表面活性剂为聚山梨酯。

实施例9

实施例9高选择性钛层腐蚀液组合物的组分及重量百分比分别为：过氧化氢10%、过氧化氢稳定剂0.1%、金属络合剂0.05%、表面活性剂0.01%和余量水。过氧化氢稳定剂为锡酸钾，金属络合剂为氨三乙酸盐和乙二胺四乙酸盐，上述两种金属络合剂的质量比为1：1，表面活性剂为聚山梨酯。

实施例10

实施例10高选择性钛层腐蚀液组合物的组分及重量百分比分别为：过氧化氢25%、过氧化氢稳定剂0.05%、金属络合剂0.1%、表面活性剂0.01%和余量水。过氧化氢稳定剂为马来酸锡，金属络合剂为二乙烯五乙酸盐和乙二胺四乙酸盐，上述两种金属络合剂的质量比为1：1，表面活性剂为聚山梨酯和脂肪酸山梨坦，上述两种表面活性剂的比例为2:1。

实施例11

实施例11高选择性钛层腐蚀液组合物的组分及重量百分比分别为：过氧化氢25%、过氧化氢稳定剂0.05%、金属络合剂0.075%、表面活性剂0.01%和余量水。过氧化氢稳定剂为锡酸钠，金属络合剂为二乙烯五乙酸盐和乙二胺四乙酸盐，上述两种金属络合剂的质量比为2：1，表面活性剂为聚山梨酯和脂肪酸山梨坦，上述两种表面活性剂的比例为1:2。

实施例12

实施例12高选择性钛层腐蚀液组合物的组分及重量百分比分别为：过氧化氢25%、过氧化氢稳定剂0.05%、金属络合剂0.075%、表面活性剂0.03%和余量水。过氧化氢稳定剂为硫醇锡，金属络合剂为二乙烯五乙酸盐和乙二胺四乙酸盐，上述两种金属络合剂的质量比为1：2，表面活性剂为脂肪酸甘油酯和脂肪酸山梨坦，上述两种表面活性剂的比例为1:1。

腐蚀实验

采用湿式蚀刻设备和清洗设备，腐蚀方法如下：采用产品为半导体8寸，将待腐蚀半导体产品置于料盒中，产品在tank槽经过纯水清洗，再经过甩干机甩干；将钛腐蚀液体置于腐蚀槽体内，将药液加热到60～70℃，待药液温度达到后，将装有待腐蚀半导体产品的料盒设置到药液槽中的抖臂上，使待腐蚀半导体产品浸入药液槽中，抖动频率为60次/分钟，抖动时间为100～120秒，腐蚀时间结束后将产品从药液槽取出, 在纯水槽经过纯水清洗，再经过甩干机甩干。

实验结果观察对比：通过在扫描电子显微镜下观察钛层腐蚀情况，经上述实施例的钛层腐蚀液组合物腐蚀的半导体金属芯片表面腐蚀干净，在高倍显微镜下检测无细微金属钛颗粒残留；产品腐蚀后底部不会出现侧蚀；产品在探针测试台上测试电流时，电流值小于30nA。

浓度为30%的双氧水的百分比低于10%，钛层腐蚀速率明显较低；当浓度为30%的双氧水的百分比高于40%时可以更改为钛层腐蚀速率太快，腐蚀均匀性较差，不易控制。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种高选择性钛层腐蚀液组合物，其特征在于，所述组合物的组分及重量百分比分别为：过氧化氢10～30%、过氧化氢稳定剂0.01～0.1%、金属络合剂0.01～0.1%、表面活性剂0.01～0.1%和余量水。

2.根据权利要求1所述的高选择性钛层腐蚀液组合物，其特征在于，所述组合物的组分及重量百分比分别为：过氧化氢20～30%、过氧化氢稳定剂0.01～0.1%、金属络合剂0.05～0.1%、表面活性剂0.01～0.05%和余量水。

3.根据权利要求2所述的高选择性钛层腐蚀液组合物，其特征在于，所述过氧化氢稳定剂为碱性无机盐类稳定剂。

4.根据权利要求3所述的高选择性钛层腐蚀液组合物，其特征在于，所述过氧化氢稳定剂为选自可溶性锡酸盐稳定剂、硫醇锡、马来酸锡中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的高选择性钛层腐蚀液组合物，其特征在于，所述金属络合剂为氨基羧酸盐类金属络合剂。

6.根据权利要求5所述的高选择性钛层腐蚀液组合物，其特征在于，所述金属络合剂为选自氨三乙酸盐、乙二胺四乙酸盐和二乙烯五乙酸盐中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的高选择性钛层腐蚀液组合物，其特征在于，所述表面活性剂为非离子表面活性剂。

8.根据权利要求7所述的高选择性钛层腐蚀液组合物，其特征在于，所述表面活性剂为脂肪酸甘油酯、脂肪酸山梨坦和聚山梨酯中的至少一种。

9.一种高选择性钛层腐蚀液组合物的钛层腐蚀方法，其特征在于，采用权利要求1至8中任意一项所述的钛层腐蚀液组合物对半导体的钛层进行腐蚀。

10.根据权利要求9所述的利用高选择性钛层腐蚀液组合物的钛层腐蚀方法，其特征在于，所述钛层腐蚀液组合物的腐蚀温度为60～70℃。