CN106637209A

CN106637209A - 一种蚀刻液组合物及该组合物的金属膜刻蚀方法

Info

Publication number: CN106637209A
Application number: CN201611243212.8A
Authority: CN
Inventors: 李嘉
Original assignee: Shenzhen China Star Optoelectronics Technology Co Ltd
Current assignee: TCL China Star Optoelectronics Technology Co Ltd
Priority date: 2016-12-29
Filing date: 2016-12-29
Publication date: 2017-05-10

Abstract

本发明涉及一种蚀刻液组合物，以组合物的总重量为100％计，包含下述组分：4‑25重量％的过氧化氢，0.01‑10重量％的蚀刻抑制剂，0.01‑10重量％的螯合剂，0.01‑3重量％的蚀刻添加剂，0.01‑10重量％的过氧化氢稳定剂，余量为水；以及一种导电性金属膜的刻蚀方法，包括将蚀刻液组合物与所述导电性金属膜接触，导电性金属膜以选自铝、铝合金、铜和铜合金中的至少一种构成上层金属膜，以钼和/或钛构成下层金属膜。

Description

一种蚀刻液组合物及该组合物的金属膜刻蚀方法

技术领域

本发明涉及蚀刻液领域，具体涉及一种蚀刻液组合物及使用该组合物的刻蚀方法。

背景技术

液晶显示装置(LCD，Liquuid Crystal Display)包括液晶显示面板及背光模组。通常液晶显示面板包括CF(Color Filter)基板、TFT(Thin Film Transistor)阵列基板、及设于CF基板与TFT阵列基板之间的液晶(Liquid Crystal)。通过给TFT阵列基板供电与否来控制液晶分子改变反向，将背光模组的光线投射到CF基板产生画面。

TFT-LCD等微电路在制造时，通过在TFT阵列基板上形成铝、铝合金、铜和铜合金等导电性金属膜或二氧化硅、氮化硅等绝缘膜上，均匀的涂抹光刻胶，然后通过刻有图案的薄膜，进行光照射成像，再用蚀刻液(湿式蚀刻法)或腐蚀性的气体(干式蚀刻)对未被光刻胶掩盖的金属层或绝缘膜上进行蚀刻，待其形成预期形状后，剥离去除不需要的光刻胶等一系列的光刻工程而完成的。

大型显示器的栅极及数据金属配线所使用的铜合金，与使用铝铬配线相比，具有阻抗低且没有环境问题等优点，然而铜与玻璃基板及绝缘膜的粘附性较差且易扩散为氧化硅膜，所以通常使用钛、钼等作为下层薄膜金属。

由于钼不容易被一般的蚀刻液蚀刻，或者蚀刻速度较慢，因此常会出现蚀刻完成时仍有钼的残留，为了避免钼残而延长蚀刻时间，又会导致较大的关键尺寸损失(CD-Loss，critical dimension-loss，即PR光阻胶边界与金属膜边界的差值)的问题。现有技术中，常使用含氟的刻蚀液来提高对金属钼的刻蚀效果，但含氟的刻蚀剂会增加废液处理成本，还对环境造成污染。另外，现有的蚀刻液还容易产生不适宜角度的锥角，即造成不良蚀刻，锥角过大会造成下一层膜沉积时断裂，锥角过小时锥角热胀冷缩容易变形。

发明内容

针对上述存在的问题，在本领域希望寻求一种环境友好且性能佳的蚀刻液组合物，该蚀刻液组合物可以有效解决钼残渣完全刻蚀时存在较大的CD-Loss，该蚀刻液还可以解决对铜/钼金属膜蚀刻时形成的较大角度锥角的不良蚀刻。

本发明的通过在蚀刻液组合物中含有特定含量的待定组分，可适宜地调节铜/钼金属膜的蚀刻速度，使其成为具有适当锥角的蚀刻轮廓，并在控制相应的CD Loss下保证没有钼残留。

本申请一方面提供一种蚀刻液组合物，以组合物的总重量为100％计，包含下述组分：

4-25重量％的过氧化氢，

0.01-10重量％的蚀刻抑制剂，

0.01-10重量％的螯合剂，

0.01-3重量％的蚀刻添加剂，

0.01-10重量％的过氧化氢稳定剂，

余量为水，所述水为去离子水。

本申请的发明人经研究发现，以特定含量的过氧化氢作为蚀刻液的主要成分，能够实现对铜和钼的有效刻蚀，同时辅以特定含量的蚀刻添加剂，能够进一步改善对钼的刻蚀能力，在控制相应的CD Loss的条件下保证没有钼残留；另一方面，特定种类和含量的蚀刻抑制剂能够一定程度上抑制横向刻蚀反应的进行，从而保证被刻蚀的金属膜具有适当锥角的蚀刻轮廓。进一步的，所述蚀刻液含有特定含量的螯合剂和稳定剂，有利于提高蚀刻液的稳定性和蚀刻效果的均匀性。此外，由于所述蚀刻液中不含氟，降低了废液处理成本，对环境友好。

在本发明的一个优选的实施方式中，所述蚀刻抑制剂选自杂环芳香族化合物、杂环脂肪族化合物、芳香族多元醇、喹啉和直链结构多元醇中的至少一种。

根据本发明，所述杂环芳香族化合物选自呋喃、噻吩、吡咯、恶唑、噻唑、吡唑、三唑、四唑、苯亚呋喃、吲哚、苯亚咪唑、苯亚吡唑和氨基四唑中的至少一种；所述杂环脂肪族化合物选自呱嗪、甲基呱嗪、吡咯烷和四氧嘧啶中的至少一种；所述芳香族多元醇选自五倍子酸、甲基酸酯、乙酯、丙醇盐和丁基脂中的至少一种；所述直链结构多元醇选自甘油、赤藓糖醇、山梨糖醇、甘露醇和木糖醇中的至少一种；所述喹啉为6-羟基喹啉和/或8-羟基喹啉。

在本发明的另一个优选的实施方式中，所述蚀刻添加剂包括有机酸及其盐和/或无机酸及其盐，其中，

所述有机酸选自醋酸、甲酸、丁酸、柠檬酸、乙醇酸、草酸、丙二酸、戊酸、丙酸、酒石酸、葡萄糖酸、甘氨酸、琥珀酸、丁二酸、烷基二甲基磺酸、烷基苯磺酸、烷基二苯醚二磺酸、烷基萘磺酸、萘磺酸、萘二磺酸、甲醛与萘磺酸聚合物、丙烯酰胺甲基丙烷磺酸聚合物、丙烯酸、乙烯基苯磺酸聚合物和磺酸盐化合物中的至少一种。

所述无机酸选自硝酸、硫酸、盐酸、次氯酸、高锰酸、磷酸、硼酸、次硫酸、高氯酸、过一硫酸、过二硫酸和过二碳酸及其盐中的至少一种。

在本发明的另一个优选的实施方式中，所述螯合剂选自亚氨基二乙酸、次氮基三乙酸、乙二胺四乙酸、二乙烯三胺五乙酸、亚甲基磷酸、羟基乙叉二膦酸、亚乙基二胺四亚甲基磷酸、肌氨酸、丙氨酸、氨基丁酸、谷氨酸、甘氨酸和1-二膦酸中的至少一种。

在本发明的另一个优选的实施方式中，所述过氧化氢稳定剂选自乙二醇、丙二醇、聚乙二醇、聚丙乙烯二醇、乙醇和异丙醇中的至少一种。

在本发明的另一个优选的实施方式中，以组合物的总重量为100％计，包含下述组分：

5-15重量％的过氧化氢，

0.01-0.15重量％的蚀刻抑制剂，

0.01-8重量％的螯合剂，

0.3-1.5重量％的蚀刻添加剂，

5-10重量％的过氧化氢稳定剂，

余量为水。

本发明另一方面提供一种导电性金属膜的刻蚀方法，包括将上述蚀刻液组合物与所述导电性金属膜接触，所述导电性金属膜以选自铝、铝合金、铜和铜合金中的至少一种构成上层金属膜，以钼和/或钛构成下层金属膜。

在本发明的另一个优选的实施方式中，完成蚀刻后，所述上层金属膜的厚度为300-400nm，所述下层金属膜的厚度为20-30nm。

在本发明的一个优选的实施方式中，所述导电性金属膜在蚀刻过程中形成具有30-70度的锥角的蚀刻轮廓。

本发明所提供的蚀刻液能够对导电金属膜形成有效的蚀刻，使其成为具有适当锥角的蚀刻轮廓，并且在控制相应的CD Loss的条件下能够保证没有钼残留。特别适用于以选自铝、铝合金、铜和铜合金中的至少一种构成上层金属膜，以钼和/或钛构成下层金属膜的导电金属膜的蚀刻作业。

此外，上述技术特征可以各种适合的方式组合或由等效的技术特征来替代，只要能够达到本发明的目的。

附图说明

图1为本发明的一个具体实施方式的金属膜侧面的蚀刻轮廓图像。

图2为本发明的另一个具体实施方式的金属膜侧面的蚀刻轮廓图像。

图3为本发明的对比例1的金属膜侧面的蚀刻轮廓图像。

附图标记说明：

1-光阻胶；2-铜膜；3-钼膜；4-基板；5-铜钼导电金属膜。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在下述实施例中，蚀刻终点、关键尺寸损失和锥角采用SEM仪器根据电镜扫描方法进行测定。

实施例1

蚀刻液组合物A，以组合物的总重量为100％计，包含下述组分：

10重量％的过氧化氢，0.1重量％的6-羟基喹啉，1重量％的IDA(亚氨基二乙酸)，5重量％的乙二胺四乙酸，0.375重量％的H₃PO₄，5重量％的ET(乙醇)，余量为水。

以铜钼金属膜(铜为上层金属膜，钼为下层金属膜)为蚀刻对象，采用刻蚀液组合物A进行蚀刻试验，先沉积金属膜，后经过涂胶曝光显影得到光阻图案，再通过刻蚀液刻蚀后剥离掉PR胶得到刻蚀后需要的图案；实验数据如表1所示。

如图1和图2所示，完成蚀刻试验后，铜钼金属膜的CD-loss为883nm，金属膜的刻蚀边缘具有65.07度的锥角，铜膜的厚度为357.2nm，钼膜的厚度为27.29nm。

实施例2

蚀刻液组合物B，以组合物的总重量为100％计，包含下述组分：

10重量％的过氧化氢，0.1重量％的6-羟基喹啉，1重量％的IDA，0.375重量％的H₃PO₄和0.75重量％的HAc(醋酸)，10重量％的ET，余量为水。

采用蚀刻液组合物B按照与实施例1相同的方式进行的蚀刻试验，试验数据如表1所示。

实施例3

蚀刻液组合物C，以组合物的总重量为100％计，包含下述组分：

10重量％的过氧化氢，0.05重量％的6-羟基喹啉，1重量％的IDA，0.375重量％的H₂SO₄和0.75重量％的HAc，5重量％的ET，余量为水。

采用蚀刻液组合物C按照与实施例1相同的方式进行的蚀刻试验，试验数据如表1所示。

实施例4

蚀刻液组合物D，以组合物的总重量为100％计，包含下述组分：

10重量％的过氧化氢，0.1重量％的8-羟基喹啉，1重量％的IDA，5重量％的乙二胺四乙酸，0.375重量％的H₃PO₄和1重量％的戊酸，5重量％的EG(乙二醇)，余量为水。

采用蚀刻液组合物D按照与实施例1相同的方式进行的蚀刻试验，试验数据如表1所示。

实施例5

蚀刻液组合物E，以组合物的总重量为100％计，包含下述组分：

10重量％的过氧化氢，0.05重量％的8-羟基喹啉，1重量％的IDA，0.375重量％的H₃PO₄和1重量％的戊酸，10重量％的EG，余量为水。

采用蚀刻液组合物E按照与实施例1相同的方式进行的蚀刻试验，试验数据如表1所示。

对比例1

蚀刻液组合物F，以组合物的总重量为100％计，包含下述组分：

10重量％的H₂O₂，0.05重量％的8-羟基喹啉，1重量％的IDA，5重量％的HNO₃，10重量％的乙醇，余量为水。

采用蚀刻液组合物F按照与实施例1相同的方式进行的蚀刻试验，试验数据如表1所示。如图3所示，完成蚀刻试验后，铜钼金属膜的CD-loss为1330nm，金属膜的刻蚀边缘具有90度的锥角，铜膜的厚度为341.3nm，钼膜的厚度为25nm。

通过上述试验对蚀刻液组合物的蚀刻能力：蚀刻终点、关键尺寸损失和锥角进行评价。蚀刻终点是利用蚀刻液完成对铜钼金属膜的蚀刻至没有钼等金属残留状态下所用的时间。蚀刻终点的值越小，说明蚀刻液的蚀刻能力越强，关键尺寸损失和锥角定义同上。结果见下表1。

表1

根据表1可知，对比例1的蚀刻液组合物虽然蚀刻能力较强，但是关键尺寸损失较大，蚀刻精度不够，且锥角大，恐会造成下一层膜沉积时断裂。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。

Claims

1.一种蚀刻液组合物，以组合物的总重量为100％计，包含下述组分：

4-25重量％的过氧化氢，

0.01-10重量％的蚀刻抑制剂，

0.01-10重量％的螯合剂，

0.01-3重量％的蚀刻添加剂，

0.01-10重量％的过氧化氢稳定剂，

余量为水。

2.根据权利要求1所述的蚀刻液组合物，其特征在于，所述蚀刻抑制剂选自杂环芳香族化合物、杂环脂肪族化合物、芳香族多元醇、喹啉和直链结构多元醇中的至少一种。

3.根据权利要求2所述的蚀刻液组合物，其特征在于，所述杂环芳香族化合物选自呋喃、噻吩、吡咯、恶唑、噻唑、吡唑、三唑、四唑、苯亚呋喃、吲哚、苯亚咪唑、苯亚吡唑和氨基四唑中的至少一种；

所述杂环脂肪族化合物选自呱嗪、甲基呱嗪、吡咯烷和四氧嘧啶中的至少一种；

所述芳香族多元醇选自五倍子酸、甲基酸酯、乙酯、丙醇盐和丁基脂中的至少一种；

所述直链结构多元醇选自甘油、赤藓糖醇、山梨糖醇、甘露醇和木糖醇中的至少一种；

所述喹啉为6-羟基喹啉和/或8-羟基喹啉。

4.根据权利要求1或2所述的蚀刻液组合物，其特征在于，所述蚀刻添加剂包括有机酸及其盐和/或无机酸及其盐，其中，

所述有机酸选自醋酸、甲酸、丁酸、柠檬酸、乙醇酸、草酸、丙二酸、戊酸、丙酸、酒石酸、葡萄糖酸、甘氨酸、琥珀酸、丁二酸、烷基二甲基磺酸、烷基苯磺酸、烷基二苯醚二磺酸、烷基萘磺酸、萘磺酸、萘二磺酸、甲醛与萘磺酸聚合物、丙烯酰胺甲基丙烷磺酸聚合物、丙烯酸、乙烯基苯磺酸聚合物和磺酸盐化合物中的至少一种；

5.根据权利要求1或2所述的蚀刻液组合物，其特征在于，所述螯合剂选自亚氨基二乙酸、次氮基三乙酸、乙二胺四乙酸、二乙烯三胺五乙酸、亚甲基磷酸、羟基乙叉二膦酸、亚乙基二胺四亚甲基磷酸、肌氨酸、丙氨酸、氨基丁酸、谷氨酸、甘氨酸和1-二膦酸中的至少一种。

6.根据权利要求1或2所述的蚀刻液组合物，其特征在于，所述过氧化氢稳定剂选自乙二醇、丙二醇、聚乙二醇、聚丙乙烯二醇、乙醇和异丙醇中的至少一种。

7.根据权利要求1或2所述的蚀刻液组合物，其特征在于，

以组合物的总重量为100％计，包含下述组分：

5-15重量％的过氧化氢，

0.01-0.15重量％的蚀刻抑制剂，

0.01-8重量％的螯合剂，

0.3-1.5重量％的蚀刻添加剂，

5-10重量％的过氧化氢稳定剂，

余量为水。

8.一种导电性金属膜的刻蚀方法，包括将根据权利要求1-7中任意一项所述的蚀刻液组合物与所述导电性金属膜接触，所述导电性金属膜以选自铝、铝合金、铜和铜合金中的至少一种构成上层金属膜，以钼和/或钛构成下层金属膜。

9.根据权利要求8所述的蚀刻液组合物，其特征在于，完成蚀刻后，所述上层金属膜的厚度为300-400nm，所述下层金属膜的厚度为20-30nm。

10.根据权利要求9所述的刻蚀方法，其特征在于，所述导电性金属膜在蚀刻过程中形成具有30-70度的锥角的蚀刻轮廓。