CN107287594A - 一种铜镍多层薄膜用蚀刻液 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及蚀刻液，其为能够在具备氧化物半导体层和铜镍多层薄膜的半导体装置中选择性蚀刻铜镍多层薄膜的蚀刻液，包含过氧化氢、蚀刻抑制剂、螯合剂、有机酸、过氧化氢稳定剂、pH调节剂以及水性介质，过氧化氢的比例以蚀刻液的总重计，占5‑30％；蚀刻抑制剂的比例以蚀刻液的总重计，占0.01‑5％；螯合剂的比例以蚀刻液的总重计，占0.1‑5％；有机酸的比例以蚀刻液的总重计，占1‑10％；过氧化氢稳定剂的比例以蚀刻液的总重计，占0.01‑0.1％；pH调节剂的含量为使蚀刻液的pH值为3‑5；水性介质为余量。经该蚀刻液蚀刻后布线截面形状良好，且能有效避免底切现象的发生。

Description

一种铜镍多层薄膜用蚀刻液
技术领域
本发明属于蚀刻技术领域，涉及一种蚀刻液，具体涉及一种铜镍多层薄膜用蚀刻液。
背景技术
在液晶显示器的制造过程中，多会使用金属铜(Cu)、铬(Cr)、钼(Mo)、铝(Al)、钛(Ti)等金属或是其合金作为导电材料。而随着显示器的大型化及高分辨率化，使用电阻低的金属铜(Cu)作为导电材料也就成为必然的发展趋势。然而，单独使用铜作为导电材料，存在着耐磨性不好的缺点，所以通常采用包含铜的多层金属作为导电材料。
金属镍具有很强的钝化能力，可在制件表面迅速生成一层极薄的钝化膜，能抵抗大气和某些酸的腐蚀，所以镍镀层在空气中的稳定性很高。它具有优良的抛光性能，经抛光的镍镀层具有镜面般的光泽，同时在大气中可长期保持其光泽。此外，镍镀层还具有较高的硬度和耐磨性。因此会在铜层表面镀一层镍层，以作为保护层。
为了将铜镍镀层实际应用到半导体领域中，需要对铜/镍(Cu/Ni)多层薄膜进行有效的蚀刻。干蚀刻(dry etch)需要在高度真空的条件下进行，操作条件严格且成本太高，因此业界通常采用湿蚀刻(wet etch)方式来进行蚀刻。
然而，在对铜/镍进行湿蚀刻时，会由于铜和镍的蚀刻速率存在差异而造成蚀刻效果难以控制，且不可避免的会存在铜/镍的多层金属临界尺寸损失(critical dimensionloss，简称为CD Loss)过大，斜角(taper angle)大于或等于90°，以及蚀刻后铜层发生底切(undercut)等状况。因而，对于湿蚀刻(wet etch)使用的蚀刻液所要求的性能有:(i)临界尺寸损失(CD Loss)小；(ii)斜角小于60°；(iii)对基板无损伤或损伤很小；(iv)蚀刻均匀性好，且无蚀刻残渣；(v)蚀刻后布线截面形状良好；(vi)蚀刻液性能稳定。但是，现有技术中并没有能够满足上述性能要求的蚀刻液。
鉴于现有技术的上述缺陷，迫切需要一种新型的铜镍多层薄膜用蚀刻液。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种铜镍多层薄膜用蚀刻液，铜镍多层薄膜经该蚀刻液蚀刻后布线截面形状良好，且能有效避免底切现象的发生。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种蚀刻液，其特征在于，其为能够在具备氧化物半导体层和铜镍多层薄膜的半导体装置中选择性蚀刻铜镍多层薄膜的蚀刻液，其包含过氧化氢、蚀刻抑制剂、螯合剂、有机酸、过氧化氢稳定剂、pH调节剂以及水性介质，其中，所述过氧化氢的比例以所述蚀刻液的总重计，占5-30％；所述蚀刻抑制剂的比例以所述蚀刻液的总重计，占0.01-5％；所述螯合剂的比例以所述蚀刻液的总重计，占0.1-5％；所述有机酸的比例以所述蚀刻液的总重计，占1-10％；所述过氧化氢稳定剂的比例以所述蚀刻液的总重计，占0.01-0.1％；所述pH调节剂的含量为使所述蚀刻液的pH值为3-5；所述水性介质为余量。
进一步地，其中，所述蚀刻抑制剂选自含1-10个碳原子，至少含O、S、N中一个杂原子的杂环化合物中的一种。
更进一步地，其中，所述杂环化合物为选自苯并三唑、呋喃、吡咯、噻吩、咪唑、氨基四唑、苯并呋喃、苯并噻吩、甲苯并三唑中的至少一种。
再进一步地，其中，所述螯合剂包括氨基酸。
再更进一步地，其中，所述氨基酸为选自乙二胺四乙酸、二乙三胺五乙酸、丙氨酸、甘氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、肌氨酸、蛋氨酸、L-半胱氨酸中的至少一种。
此外，其中，所述有机酸为选自酒石酸、柠檬酸、乙酸、乙醇酸、马来酸、琥珀酸、苹果酸、水杨酸、苯甲酸、丁二酸、乳酸中的至少一种。
进一步地，其中，所述过氧化氢稳定剂为选自苯基脲、烯丙基脲、硫脲中的至少一种。
更进一步地，其中，所述pH调节剂为选自一乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺中的至少一种。
再进一步地，其中，所述水性介质为去离子水。
本发明提供的铜镍多层薄膜用蚀刻液制备方法简单，只需在室温下将相应重量份的组分混合均匀即可。
而且，本发明中采用过氧化氢做氧化剂，氧化性强，且又绿色环保，能很好地氧化铜跟镍，再配以有机酸，能更好地去除源自铜跟镍的残渣，有助于蚀刻，但由于过氧化氢的低对称性以及过氧键的存在，造成了过氧化氢的自分解，特别是过氧化氢含量高及某些金属离子存在时，很容易发生“暴沸”现象，为了保障操作安全性及保障蚀刻效果，辅以添加剂来抑制过氧化氢分解，控制蚀刻速度和斜角，减小侧蚀，避免底切，使蚀刻后的布线截面形状良好。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步说明，实施例的内容不作为对本发明的保护范围的限制。
本发明的发明人为了能得到良好的蚀刻结果，深入研究，反复探索，最后发现通过在蚀刻液中以过氧化氢(H2O2)为氧化剂，添加有机酸，再辅以调节剂混配，使蚀刻液的pH在3-5的范围内，就能达到效果。其中，调节剂包括蚀刻抑制剂、过氧化氢稳定剂、螯合剂及pH调节剂。
于是本发明的用于铜镍多层薄膜蚀刻液包括：(A)过氧化氢；(B)蚀刻抑制剂；(C)螯合剂；(D)有机酸；(E)过氧化氢稳定剂；(F)pH调节剂；以及使蚀刻液的总量为100％的去离子水，该蚀刻液的pH为3-5。
其中，(A)过氧化氢
本发明的蚀刻液中的过氧化氢是作为氧化剂的功能，将铜和镍氧化，该蚀刻液中过氧化氢的含量优选为5-30质量％。在此范围内，既确保了氧化能力，又不至于腐蚀速度过快，难以控制蚀刻工艺。
(B)蚀刻抑制剂
本发明的蚀刻液中的蚀刻抑制剂是为了控制蚀刻速度和斜角。该蚀刻液中蚀刻抑制剂的含量优选为0.01-5质量％。在此范围内，既能有效控制斜角的角度在25-60°之间，又不至于拖慢蚀刻速度。蚀刻抑制剂优选为含1-10个碳原子，至少含O、S、N中一个杂原子的杂环化合物中的一种，例如苯并三唑(benzotriazole，BTA)、呋喃、吡咯、噻吩、咪唑、氨基四唑(aminotetrazole)、苯并呋喃、苯并噻吩、甲苯并三唑(tolyltriazole，TTA)、以及其混合物。
(C)螯合剂
本发明的蚀刻液中的螯合剂能螯合蚀刻液中游离的金属离子，从而减缓了过氧化氢的自分解反应，增强了蚀刻液的性能稳定性。螯合剂的含量优选为0.1-5质量％，可优选自乙二胺四乙酸(EDTA)、二乙三胺五乙酸(DTPA)、还有氨基酸类，例如丙氨酸、甘氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、肌氨酸、蛋氨酸、L-半胱氨酸等中的至少一种。
(D)有机酸
本发明的蚀刻液中的有机酸能更好地蚀刻铜跟镍。另外，特定的酸在蚀刻完之后还可作为金属离子的掩蔽剂来抑制过氧化氢分解的速率。有机酸的含量优选为1-10质量％，可优选自酒石酸、柠檬酸、乙酸、乙醇酸、马来酸、琥珀酸、苹果酸、水杨酸、苯甲酸、丁二酸、乳酸中的至少一种。
(E)过氧化氢稳定剂
本发明的蚀刻液中的过氧化氢稳定剂是用以稳定过氧化氢，抑制其分解，保障操作安全性、延长蚀刻液寿命。过氧化氢稳定剂的含量可优选为0.01-0.1质量％，可选自苯基脲、烯丙基脲、硫脲中的至少一种。
(F)pH调节剂
本发明的蚀刻液中的pH优选为3-5。pH小于3时，蚀刻能力太强，容易将铜镍层都蚀刻干净；pH大于5时，过氧化氢稳定性会降低，缩短蚀刻液寿命。pH调节剂的含量视具体情况而定，只要使所述蚀刻液的PH为3-5即可。可优选自一乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺中的一种。
本发明提供的铜镍多层薄膜用蚀刻液制备方法简单，只需在室温下将相应重量份的组分混合均匀即可。
同时，本发明中采用过氧化氢做氧化剂，氧化性强，且又绿色环保，能很好的氧化铜跟镍，再配以有机酸，能更好的去除源自铜跟镍的残渣，有助于蚀刻。但由于过氧化氢的低对称性以及过氧键的存在，造成了过氧化氢的自分解，特别是过氧化氢含量高及某些金属离子存在时，很容易发生“暴沸”现象，为了保障操作安全性及保障蚀刻效果，辅以添加剂来抑制过氧化氢分解，控制蚀刻速度和斜角，减小侧蚀，避免底切，使蚀刻后的布线截面形状良好。
本发明将就以下实施例来做进一步说明，但应了解的是，该实施例仅作示例说明用，而不应被解释为本发明实施的限制。
【实施例1】
铜镍多层薄膜用蚀刻液由以下原料配制而成：
过氧化氢15份，氨基四唑0.05份，EDTA 0.5份，酒石酸5份，苯基脲0.1份，以一乙醇胺调pH至4，余量为去离子水。
【实施例2】
铜镍多层薄膜用蚀刻液由以下原料配制而成：
过氧化氢15份，氨基四唑0.05份，EDTA 0.5份，柠檬酸5份，苯基脲0.1份，以一乙醇胺调pH至4，余量为去离子水。
【实施例3】
铜镍多层薄膜用蚀刻液由以下原料配制而成：
过氧化氢15份，BTA 0.05份，EDTA 0.5份，酒石酸5份，苯基脲0.1份，以二乙醇胺调pH至4，余量为去离子水。
【实施例4】实施例4
铜镍多层薄膜用蚀刻液由以下原料配制而成：
过氧化氢20份，氨基四唑0.05份，EDTA 0.5份，酒石酸5份，苯基脲0.1份，以二乙醇胺调pH至4，余量为去离子水。
【实施例5】
铜镍多层薄膜用蚀刻液由以下原料配制而成：
过氧化氢15份，氨基四唑0.05份，DTPA 0.5份，酒石酸5份，苯基脲0.1份，以一乙醇胺调pH至4，余量为去离子水。
【实施例6】
铜镍多层薄膜用蚀刻液由以下原料配制而成：
过氧化氢15份，氨基四唑0.05份，EDTA 0.5份，酒石酸8份，苯基脲0.1份，以三乙醇胺调pH至4，余量为去离子水。
以上实施例1-6的铜镍多层薄膜用蚀刻液在温度30-50°下应用，使用过程中无泡，蚀刻后能得到良好的配线与均匀性，并能有效避免底切现象。
综上所述，本发明的铜镍多层薄膜用蚀刻液通过过氧化氢与酸配合，再辅以一些添加剂，就能得到具有良好配线与均匀性的金属层，并能有效避免底切现象。
本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (9)

1.一种蚀刻液，其特征在于，其为能够在具备氧化物半导体层和铜镍多层薄膜的半导体装置中选择性蚀刻铜镍多层薄膜的蚀刻液，其包含过氧化氢、蚀刻抑制剂、螯合剂、有机酸、过氧化氢稳定剂、pH调节剂以及水性介质，其中，所述过氧化氢的比例以所述蚀刻液的总重计，占5-30％；所述蚀刻抑制剂的比例以所述蚀刻液的总重计，占0.01-5％；所述螯合剂的比例以所述蚀刻液的总重计，占0.1-5％；所述有机酸的比例以所述蚀刻液的总重计，占1-10％；所述过氧化氢稳定剂的比例以所述蚀刻液的总重计，占0.01-0.1％；所述pH调节剂的含量为使所述蚀刻液的pH值为3-5；所述水性介质为余量。
2.根据权利要求1所述的蚀刻液，其特征在于，所述蚀刻抑制剂选自含1-10个碳原子，至少含O、S、N中一个杂原子的杂环化合物中的一种。
3.根据权利要求2所述的蚀刻液，其特征在于，所述杂环化合物为选自苯并三唑、呋喃、吡咯、噻吩、咪唑、氨基四唑、苯并呋喃、苯并噻吩、甲苯并三唑中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的蚀刻液，其特征在于，所述螯合剂包括氨基酸。
5.根据权利要求4所述的蚀刻液，其特征在于，所述氨基酸为选自乙二胺四乙酸、二乙三胺五乙酸、丙氨酸、甘氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、肌氨酸、蛋氨酸、L-半胱氨酸中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的蚀刻液，其特征在于，所述有机酸为选自酒石酸、柠檬酸、乙酸、乙醇酸、马来酸、琥珀酸、苹果酸、水杨酸、苯甲酸、丁二酸、乳酸中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的蚀刻液，其特征在于，所述过氧化氢稳定剂为选自苯基脲、烯丙基脲、硫脲中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的蚀刻液，其特征在于，所述pH调节剂为选自一乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的蚀刻液，其特征在于，所述水性介质为去离子水。
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