CN104911595A - 一种TiW膜层腐蚀液及腐蚀方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种TiW膜层腐蚀液及腐蚀方法，针对传统双氧水对TiW膜层腐蚀过程中的缺陷，对腐蚀液组份和配比进行了创新设计，在双氧水中增加了催化剂-氨水和稳定剂-磷酸，同时通过大量试验对三者的比例进行了优化设计，同时对腐蚀工艺条件进行了优化，显著提升了腐蚀液的稳定性、腐蚀速度和腐蚀能力，保障了高质量的腐蚀效果；大量试验表明采用本发明腐蚀液及腐蚀方法，腐蚀成功率达到100％，腐蚀液使用寿命延长3倍以上，方便了生产操作，保证了腐蚀质量。

Description

一种TiW膜层腐蚀液及腐蚀方法

技术领域

本发明涉及一种TiW膜层腐蚀液及腐蚀方法，属于腐蚀加工制造工艺技术领域。

背景技术

TiW作为一种高熔点和耐高温材料，在微波多层膜电路的制作中主要起阻挡-金属扩散和提高电路耐温性及层间结合力或附着力的作用，其制作工艺包括膜层的溅射和腐蚀。

(TaN)-TiW-Ni-Au膜系是采用连续溅射成膜方法按顺序生成TaN、TiW、Ni、Au，形成多层薄膜，然后采用掩膜光刻的方法在成膜基片上匀胶、曝光、显影、依次腐蚀Au、Ni、TiW、TaN，进而获得需要的电路图形，在该膜系的研究过程中，对TiW膜层的腐蚀试验发现，传统腐蚀液(双氧水)的腐蚀效果较差，难以满足小批量多品种生产模式的要求。

在腐蚀TiW过程中传统腐蚀液存在如下问题：

腐蚀液(双氧水)稳定性较差，新配制溶液腐蚀效果相对较好，但几次腐蚀后即出现腐蚀速率慢、腐蚀不匀等现象，新旧腐蚀液腐蚀时间差距很大；

腐蚀液在腐蚀TiW膜层过程中时常发生局部图形腐蚀不干净的情况；

传统双氧水(H2O2)腐蚀液在使用中的问题影响到TiW膜层的腐蚀效果，也影响到多层膜产品的制作成品率与生产效率。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述缺陷，提供一种TiW膜层腐蚀液，该腐蚀液稳定性好，腐蚀能力强、腐蚀速度快，腐蚀成功率达到100％，腐蚀液使用寿命延长3倍以上，方便了生产操作，保证了腐蚀质量。

本发明的另外一个目的在于提供一种TiW膜层腐蚀液的腐蚀方法。

本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：

一种TiW膜层腐蚀液，包括双氧水、氨水和磷酸，其中三种组份的体积比为：双氧水：氨水：磷酸＝60～80：20～35：4～10。

在上述TiW膜层腐蚀液中，双氧水、氨水和磷酸的体积比为：双氧水：氨水：磷酸＝60～70：25～30：5～8。

在上述TiW膜层腐蚀液中，双氧水的质量浓度为40％，氨水的质量浓度为25％，磷酸的质量浓度为98％。

在上述TiW膜层腐蚀液中，TiW膜层采用溅射工艺制备在基片上，溅射TiW膜层时靶材中Ti的质量百分比含量为10％，W的质量百分比含量为90％，膜层厚度为400埃～1000埃。

在上述TiW膜层腐蚀液中，TiW膜层腐蚀液适用于基片上采用连续溅射成膜方法形成的多层薄膜结构，其中一层为TiW膜层。

在上述TiW膜层腐蚀液中，多层薄膜结构依次为TaN、TiW、Ni、Au膜层。

采用上述TiW膜层腐蚀液的腐蚀方法，对TiW膜层的腐蚀时间为20-55秒，腐蚀温度为30℃-35℃。

在上述TiW膜层腐蚀液的腐蚀方法中，当TiW膜层的厚度为400埃～600埃时，腐蚀时间为20-25秒；当TiW膜层的厚度为600埃～900埃时，腐蚀时间为40-45秒；当TiW膜层的厚度为900埃～1000埃时，腐蚀时间为50-55秒。

在上述TiW膜层腐蚀液的腐蚀方法中，腐蚀方法适用于基片上采用连续溅射成膜方法形成的多层薄膜结构，其中一层为TiW膜层。

在上述TiW膜层腐蚀液的腐蚀方法中，多层薄膜结构依次为TaN、TiW、Ni、Au膜层。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

(1)、本发明针对传统双氧水对TiW膜层腐蚀过程中的缺陷，对腐蚀液组份和配比进行了创新设计，在双氧水中增加了催化剂-氨水和稳定剂-磷酸，同时通过大量试验对三者的比例进行了优化设计，显著提升了腐蚀液的稳定性、腐蚀速度和腐蚀能力；

(2)、本发明通过反复试验确定了采用双氧水组合腐蚀液的腐蚀工艺条件，保障了高质量的腐蚀效果；

(3)、大量试验表明采用本发明腐蚀液及腐蚀方法，腐蚀成功率达到100％，腐蚀液使用寿命延长3倍以上，方便了生产操作，保证了腐蚀质量。

附图说明

图1为本发明针对TaN-TiW-Ni-Au多层膜结构的腐蚀过程图，其中图1a为腐蚀金，图1b为腐蚀Ni，图1c为腐蚀TiW；

图2为本发明实施例1中腐蚀效果图，其中图2a为采用传统腐蚀液的腐蚀效果图；图2b为采用本发明腐蚀液的腐蚀效果图；

图3为本发明实施例2中腐蚀效果图；其中图3a为采用传统腐蚀液的腐蚀效果图；图3b为采用本发明腐蚀液的腐蚀效果图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：

TiW膜层采用溅射工艺制备在基片上，溅射TiW膜层时靶材质量比例为Ti：W＝10：90，膜层厚度为400埃～1000埃。

本发明腐蚀液包括双氧水、催化剂和稳定剂，并经过反复试验双氧水、催化剂、稳定剂的配比情况和腐蚀效果后，确定了最终的腐蚀液配方：

主成分：双氧水

催化剂：氨水

稳定剂：磷酸

其中三种组份的体积比为：双氧水：氨水：磷酸＝60～80：20～35：4～10；优选体积比为：双氧水：氨水：磷酸＝60～70：25～30：5～8。

其中，双氧水的质量浓度为40％，氨水的质量浓度为25％，磷酸的质量浓度为98％。

采用上述腐蚀液对TiW膜层(400埃～1000埃)进行腐蚀的参数为：

(1)、腐蚀时间：20-55秒

(2)、腐蚀温度：30℃-35℃，

当TiW膜层的厚度为400埃～600埃时，腐蚀时间为20-25秒；当TiW膜层的厚度为600埃～900埃(不包含600埃)时，腐蚀时间为40-45秒；当TiW膜层的厚度为900埃～1000埃(不包含900埃)时，腐蚀时间为50-55秒。

腐蚀液配置需要注意：磷酸溶于溶液后易产生放热，应最后加入磷酸，少量缓慢加入，加入后搅拌，静置、冷却后方可使用。

使用该腐蚀液后，TiW膜层的腐蚀问题得到圆满解决。该腐蚀液在(TaN)-TiW-Ni-Au多层膜结构产品和小批量、多品种单片腐蚀的模式中得到良好应用，腐蚀成功率达到100％，腐蚀液使用寿命延长3倍以上，方便了生产操作，保证了腐蚀质量。

对比例1

TiW膜层通过磁控溅射方法得到，靶材为TiW合金靶材，其中有10％的Ti和90％W均匀混合而成。由于溅射工艺的优势是可以较好地保持合金元素的相对比例，因此溅射的TiW膜层中主要成分还是W、Ti，保持稳定。

为了分析双氧水用来腐蚀TiW膜层的特性变化，采用双氧水浓度(40％)进行相关的TiW腐蚀试验：

试验①中，常温腐蚀厚度的TiW膜层，发现腐蚀速率较慢，到达3分钟的时候，基片边角部位的膜层已经腐蚀掉了，而整个版面还有大量TiW膜层残余。

试验②、③较试验①增加了腐蚀时间，其中试验②中基片表面还有部分TiW膜层残留，而试验③中TiW膜层基本干净，仅是基片表面基本干净，但是光刻胶无法阻挡9分钟左右的腐蚀浸泡，导致线条膜层侧向腐蚀严重，表现在线条边缘整齐度不好(40X显微镜下观察)。

试验④通过对双氧水加温，以提高腐蚀速度，大约3分钟左右，TiW膜层已经腐蚀干净，但是由于双氧水易挥发，腐蚀3-5片后，腐蚀液的腐蚀能力就明显下降。

试验⑤中，对于较厚的TiW膜层进行双氧水腐蚀，发现腐蚀了很长时间后，TiW膜层才开始慢慢被腐蚀掉，局部露处基底颜色。

上述试验结果表明双氧水可以腐蚀TiW，但是腐蚀能力和速度有限，且双氧水的稳定性不够好。

实施例1

采用连续溅射成膜方法，按顺序生成TaN、TiW、Ni、Au，形成多层薄膜的(TaN)-TiW-Ni-Au膜系，然后采用掩膜光刻的方法在成膜基片上匀胶、曝光、显影，按照常规工艺依次腐蚀Au层、Ni层，之后腐蚀TiW层，最后按照常规工艺腐蚀TaN层，进而获得需要的电路图形，如图1所示为本发明针对TaN-TiW-Ni-Au多层膜结构的腐蚀过程图。

其中TiW膜层通过磁控溅射方法得到，靶材为TiW合金靶材，其中有10％的Ti和90％的W均匀混合而成，膜层厚度为500埃。

双氧水、氨水、磷酸的体积比为：双氧水：氨水：磷酸＝65ml：28ml：6ml。

双氧水的质量浓度为40％，氨水的质量浓度为25％，磷酸的质量浓度为98％。

采用上述腐蚀液对TiW膜层进行腐蚀的参数为：腐蚀时间：22秒；腐蚀温度：34℃。

如图2所示为本发明实施例1中腐蚀效果图，其中图2a为采用传统腐蚀液的腐蚀效果图；图2b为采用本发明腐蚀液的腐蚀效果图；由图2b可知采用本发明腐蚀液腐蚀能力强，腐蚀效果好，产品一致性好，质量较高。而采用传统双氧水对TiW膜层进行腐蚀的效果图见图2a，由图可见产生局部腐蚀不干净的情况(TiW残留)。

实施例2

采用连续溅射成膜方法，按顺序生成TaN、TiW、Ni、Au，形成多层薄膜的(TaN)-TiW-Ni-Au膜系，然后采用掩膜光刻的方法在成膜基片上匀胶、曝光、显影，按照常规工艺依次腐蚀Au层、Ni层，之后腐蚀TiW层，最后按照常规工艺腐蚀TaN层，进而获得需要的电路图形，如图1所示为本发明针对TaN-TiW-Ni-Au多层膜结构的腐蚀过程图。

其中TiW膜层通过磁控溅射方法得到，靶材为TiW合金靶材，其中有10％的Ti和90％的W(质量百分比含量)均匀混合而成，膜层厚度为500埃。

双氧水、氨水、磷酸的体积比为：双氧水：氨水：磷酸＝65ml：25ml：5ml。

双氧水的质量浓度为40％，氨水的质量浓度为25％，磷酸的质量浓度为98％。

采用上述腐蚀液对TiW膜层进行腐蚀的参数为：腐蚀时间：24秒；腐蚀温度：30℃。对10片产品进行腐蚀，每次腐蚀完成后等待5分钟左右，再进行下一片的腐蚀。

如图3所示为本发明实施例2中腐蚀效果图，其中图3b为本实施例中第10片的腐蚀效果图，由图可知本发明腐蚀液在腐蚀第10片的时候，仍能表现出良好的腐蚀能力，显微镜下观察，腐蚀面干净，质量好。

如图3a所示为采用传统双氧水腐蚀到第10片的效果图，由图可知显微镜下可以看到板面有局部未腐蚀干净的情况。

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种TiW膜层腐蚀液，其特征在于：包括双氧水、氨水和磷酸，其中三种组份的体积比为：双氧水：氨水：磷酸＝60～80：20～35：4～10。

2.根据权利要求1所述的一种TiW膜层腐蚀液，其特征在于：所述双氧水、氨水和磷酸的体积比为：双氧水：氨水：磷酸＝60～70：25～30：5～8。

3.根据权利要求1或2所述的一种TiW膜层腐蚀液，其特征在于：所述双氧水的质量浓度为40％，氨水的质量浓度为25％，磷酸的质量浓度为98％。

4.根据权利要求1或2所述的一种TiW膜层腐蚀液，其特征在于：所述TiW膜层采用溅射工艺制备在基片上，溅射TiW膜层时靶材中Ti的质量百分比含量为10％，W的质量百分比含量为90％，膜层厚度为400埃～1000埃。

5.采用权利要求1或2所述的TiW膜层腐蚀液的腐蚀方法，其特征在于：对TiW膜层的腐蚀时间为20-55秒，腐蚀温度为30℃-35℃。

6.根据权利要求5所述的TiW膜层腐蚀液的腐蚀方法，其特征在于：当TiW膜层的厚度为400埃～600埃时，腐蚀时间为20-25秒；当TiW膜层的厚度为600埃～900埃时，腐蚀时间为40-45秒；当TiW膜层的厚度为900埃～1000埃时，腐蚀时间为50-55秒。

7.根据权利要求1或2所述的一种TiW膜层腐蚀液，其特征在于：所述TiW膜层腐蚀液适用于基片上采用连续溅射成膜方法形成的多层薄膜结构，其中一层为TiW膜层。

8.根据权利要求7所述的一种TiW膜层腐蚀液，其特征在于：所述多层薄膜结构依次为TaN、TiW、Ni、Au膜层。

9.根据权利要求5所述的TiW膜层腐蚀液的腐蚀方法，其特征在于：所述腐蚀方法适用于基片上采用连续溅射成膜方法形成的多层薄膜结构，其中一层为TiW膜层。

10.根据权利要求9所述的TiW膜层腐蚀液的腐蚀方法，其特征在于：所述多层薄膜结构依次为TaN、TiW、Ni、Au膜层。