CN112410789A - 金属配线蚀刻液组合物及其应用 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种金属配线蚀刻液组合物，所述金属配线蚀刻液组合物包括过氧化氢、添加剂和水；所述添加剂包括：四唑类化合物、无机酸或无机酸化合物、氟化物和金属盐防析出剂。本申请还公开了所述金属配线蚀刻液组合物在半导体阵列基板金属配线蚀刻工艺中的应用。本申请的金属配线蚀刻液组合物以无机添加剂为主，大大降低蚀刻液的成本；所述金属配线蚀刻液组合物中还添加了金属盐防析出剂，可以避免因蚀刻液体系中无机物添加剂含量较多而导致在蚀刻过程中产生的铜离子以铜盐析出，保证了本发明的蚀刻液组合物的湿蚀刻特性。
Description
技术领域
本申请涉及蚀刻工艺技术领域，具体涉及一种金属配线蚀刻液组合物及其应用。
背景技术
半导体阵列基板上形成金属配线的过程通常包括：溅镀(Sputter)成膜工艺，光刻胶或光致抗蚀剂涂布和显影工艺，形成金属配线的湿蚀刻工艺以及金属配线图案化后的去除不需要的光刻胶或光致抗蚀剂剥离工艺。
现有阵列基板的制作工艺中，金属配线通常为多层结构，包括主要的铜层以及铜层下方的金属阻挡层，金属阻挡层通常为Mo或者Mo的二元合金或者三元合金。金属配线的图案化通常为湿蚀刻，其蚀刻液通常为过氧化氢体系。
蚀刻液的成本在阵列基板制作工艺中有很大的比重，通常将蚀刻液的组成分成三个部分，过氧化氢，水，添加剂，在保证蚀刻液氧化效果的情况下，过氧化氢比例变化幅度不大，因此不同蚀刻液之间成本的不同主要是添加剂成本的差异。业界所用的蚀刻液添加剂多以有机物为主，这大大增加了蚀刻液的成本。
因此，本申请提出一种金属配线蚀刻液组合物，以无机添加剂为主，可以大大降低蚀刻液的成本，且能保证较佳的湿蚀刻性能。
发明内容
本申请实施例提供一种金属配线蚀刻液组合物，以无机添加剂为主，大大降低蚀刻液的成本且具有较优的湿蚀刻特性。
本申请实施例提供一种金属配线蚀刻液组合物，所述金属配线蚀刻液组合物包括过氧化氢、添加剂和水；所述添加剂包括：四唑类化合物、无机酸或无机酸化合物、氟化物和金属盐防析出剂。
在一些实施例中，所述金属配线蚀刻液组合物的组分按重量百分比计包括：
10-25wt％的过氧化氢；
0.1-3wt％的四唑类化合物；
0.1-10wt％的无机酸或无机酸化合物；
0.001-3wt％的氟化物；
0.1-5wt％的金属盐防析出剂；
余量的水。
在一些实施例中，所述蚀刻液组合物的pH值为2-5。
在一些实施例中，所述四唑类化合物为5-胺基四唑、四唑、5-苯基四唑、5-甲基四唑和5-巯基-甲基四唑中的一种或几种。
在一些实施例中，所述无机酸为磷酸、硫酸中的一种或几种。
在一些实施例中，所述无机酸化合物为无机酸盐；
所述无机酸盐为磷酸盐、磷酸一氢盐、磷酸二氢盐、硫酸盐和硫酸氢盐中的一种或几种。
在一些实施例中，所述氟化物为氟化钠、氟化钾、氟化铝、硼氟酸、氟化铵、氟化氢铵、氟化氢钠、氟化氢钾、氟硼酸铵和氟化铪中的一种或几种。
在一些实施例中，所述金属盐防析出剂为铝盐、镁盐和锌盐中的一种或几种。
在一些实施例中，所述金属盐防析出剂为硝酸盐、乳酸盐、硫酸盐、氯化盐和乙酸盐中的一种或几种。
在一些实施例中，所述金属配线蚀刻液组合物的液温为20-40℃；以保证更优的湿蚀刻特性。
本申请实施例还提供一种金属配线蚀刻液组合物在半导体阵列基板金属配线蚀刻工艺中的应用，所述金属配线为Cu/Mo的双层结构、Cu/Mo合金的双层结构、Mo/Cu/Mo的三层结构，或者Mo合金/Cu/Mo合金的三层结构。
在一些实施例中，所述Mo合金为Mo的二元合金或Mo的三元合金。
在一些实施例中，在金属配线蚀刻工艺中，所述金属配线蚀刻液组合物的液温为20-40℃。保证更优的湿蚀刻特性。
本申请的有益效果在于：
本申请实施例提供的金属配线蚀刻液组合物，以无机添加剂为主，大大降低蚀刻液的成本。本发明的金属配线蚀刻液组合物中还添加了金属盐防析出剂，可以避免因蚀刻液体系中无机物添加剂含量较多而导致在蚀刻过程中产生的铜离子以铜盐析出，保证了本发明的蚀刻液组合物的湿蚀刻特性。
具体实施方式
下面将对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
需要说明的是，在本文中术语“包括”是指“包括但不限于”。本发明的各种实施例可以以一个范围的型式存在；应当理解，以一范围型式的描述仅仅是因为方便及简洁，不应理解为对本发明范围的硬性限制；因此，应当认为所述的范围描述已经具体公开所有可能的子范围以及该范围内的单一数值。例如，应当认为从1到6的范围描述已经具体公开子范围，例如从1到3，从1到4，从1到5，从2到4，从2到6，从3到6等，以及所数范围内的单一数字，例如1、2、3、4、5及6，此不管范围为何皆适用。另外，每当在本文中指出数值范围，是指包括所指范围内的任何引用的数字(分数或整数)。本文中所揭露的大小和数值不应意图被理解为严格限于所述精确数值。相反的，除非另外指明，各种大小旨在表示所引用的数值以及功能上与所述数值相同的范围。例如所揭露的大小为「10微米」是指「约10微米」。
本申请实施例提供一种，金属配线蚀刻液组合物，所述金属配线蚀刻液组合物包括过氧化氢、添加剂和水；所述添加剂包括：四唑类化合物、无机酸或无机酸化合物、氟化物和金属盐防析出剂。
在一些实施例中，所述金属配线蚀刻液组合物的组分按重量百分比计包括10-25wt％的过氧化氢。例如，所述过氧化氢可以为10wt％、12wt％、15wt％、18wt％、21wt％、23wt％、25wt％。
在一些实施例中，所述金属配线蚀刻液组合物的组分按重量百分比计包括0.1-3wt％的四唑类化合物。例如，所述四唑类化合物可以为0.1wt％、0.3wt％、0.6wt％、1wt％、1.5wt％、2wt％、3wt％。
在一些实施例中，所述金属配线蚀刻液组合物的组分按重量百分比计包括0.1-10wt％的无机酸或无机酸化合物。例如，所述无机酸或无机酸化合物可以为0.1wt％、0.5wt％、1wt％、2wt％、4wt％、6wt％、8wt％、10wt％。
在一些实施例中，所述金属配线蚀刻液组合物的组分按重量百分比计包括0.001-3wt％的氟化物。例如，0.001wt％、0.01wt％、0.1wt％、1wt％、1.5wt％、2wt％、3wt％。
在一些实施例中，所述金属配线蚀刻液组合物的组分按重量百分比计包括0.1-5wt％的金属盐防析出剂。例如，所述金属盐防析出剂可以为0.1wt％、0.3wt％、0.8wt％、1wt％、2wt％、3wt％、4wt％、5wt％。
在一些实施例中，所述蚀刻液组合物的pH值为2-5。例如，所述蚀刻液组合物的pH值可以为2、2.5、3、4、4.5、5。
在一些实施例中，所述四唑类化合物为5-胺基四唑、四唑、5-苯基四唑、5-甲基四唑和5-巯基-甲基四唑中的一种或几种。
在一些实施例中，所述无机酸为磷酸、硫酸中的一种或几种。
在一些实施例中，所述无机酸化合物为无机酸盐。例如，所述无机酸盐为磷酸盐、磷酸一氢盐、磷酸二氢盐、硫酸盐和硫酸氢盐中的一种或几种。
在一些实施例中，所述氟化物为氟化钠、氟化钾、氟化铝、硼氟酸、氟化铵、氟化氢铵、氟化氢钠、氟化氢钾、氟硼酸铵和氟化铪中的一种或几种。
在一些实施例中，所述金属盐防析出剂为铝盐、镁盐和锌盐中的一种或几种。
在一些实施例中，所述金属盐防析出剂为硝酸盐、乳酸盐、硫酸盐、氯化盐和乙酸盐中的一种或几种。例如，所述金属盐防析出剂为硝酸铝、硝酸镁、硝酸锌；乳酸铝、乳酸镁、乳酸锌；硫酸铝、硫酸镁、硫酸锌；氯化铝、氯化镁、氯化锌；乙酸铝、乙酸镁、乙酸锌。
在一些实施例中，所述金属配线蚀刻液组合物的液温为20-40℃。以保证更优的湿蚀刻特性。
本申请实施例还提供一种金属配线蚀刻液组合物在半导体阵列基板金属配线蚀刻工艺中的应用，所述金属配线为Cu/Mo的双层结构、Cu/Mo合金的双层结构、Mo/Cu/Mo的三层结构，或Mo合金/Cu/Mo合金的三层结构。
在一些实施例中，所述Mo合金为Mo的二元合金或Mo的三元合金。
在一些实施例中，在金属配线蚀刻工艺中，所述金属配线蚀刻液组合物的液温为20-40℃。
实施例1：
本实施例提供一种金属配线蚀刻液组合物，其组分按重量百分比计包括：
25wt％的过氧化氢；
0.1wt％的四唑类化合物；
10wt％的无机酸或无机酸化合物；
0.001wt％的氟化物；
5wt％的金属盐防析出剂；
余量的水。
所述蚀刻液组合物的pH值为2-4。
所述四唑类化合物为5-胺基四唑、5-甲基四唑或5-巯基-甲基四唑。
所述无机酸为磷酸。
所述无机酸化合物为磷酸盐、磷酸一氢盐或磷酸二氢盐。
所述氟化物为氟化钠、硼氟酸、氟化氢钠或氟化铪。
所述金属盐防析出剂为铝盐，例如所述金属盐防析出剂为硝酸铝、氯化铝或乙酸铝。
实施例2：
本实施例提供一种金属配线蚀刻液组合物，其组分按重量百分比计包括：
10wt％的过氧化氢；
3wt％的四唑类化合物；
0.1wt％的无机酸或无机酸化合物；
3wt％的氟化物；
0.1wt％的金属盐防析出剂；
余量的水。
所述蚀刻液组合物的pH值为3-5。
所述四唑类化合物为四唑或5-巯基-甲基四唑。
所述无机酸为硫酸。
所述无机酸化合物为硫酸盐或硫酸氢盐。
所述氟化物为氟化钾、硼氟酸或氟化氢钾。
所述金属盐防析出剂为镁盐或锌盐，例如所述金属盐防析出剂为乳酸镁、乳酸锌、硫酸镁或硫酸锌。
实施例3：
本实施例提供一种金属配线蚀刻液组合物，其组分按重量百分比计包括：
18wt％的过氧化氢；
1.5wt％的四唑类化合物；
5wt％的无机酸或无机酸化合物；
1.2wt％的氟化物；
2.5wt％的金属盐防析出剂；
余量的水。
所述蚀刻液组合物的pH值为3-4。
所述四唑类化合物为5-胺基四唑、四唑、5-苯基四唑。
所述无机酸为磷酸或硫酸。
所述无机酸化合物为磷酸盐、磷酸一氢盐或硫酸氢盐。
所述氟化物为氟化钠、氟化铝、氟硼酸铵或氟化铪。
所述金属盐防析出剂为铝盐或锌盐，例如所述金属盐防析出剂为硝酸铝、硝酸锌、乳酸铝、乳酸锌、乙酸铝或乙酸锌。
实施例4：
本实施例还提供一种金属配线蚀刻液组合物在半导体阵列基板金属配线蚀刻工艺中的应用。
本实施例中，所述金属配线可以为Cu/Mo或Cu/Mo合金的双层结构。
本实施例中，所述金属配线还可以为Mo/Cu/Mo或Mo合金/Cu/Mo合金的三层结构。
本实施例中，所述Mo合金可以为Mo的二元合金或Mo的三元合金。
本实施例中，在金属配线蚀刻工艺中，所述蚀刻液组合物的pH值为3-4，所述金属配线蚀刻液组合物的液温控制为20-40℃，以保证更优的湿蚀刻特性。
综上，本申请的金属配线蚀刻液组合物，应用于半导体阵列基板金属配线蚀刻工艺中，对Cu/Mo金属的双层结构或Mo金属/Cu/Mo金属的三层结构进行一次性湿蚀刻，具有良好的湿蚀刻特性。
以上对本申请实施例所提供的一种金属配线蚀刻液组合物进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的技术方案及其核心思想；本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例的技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种金属配线蚀刻液组合物，其特征在于，所述金属配线蚀刻液组合物包括过氧化氢、添加剂和水；所述添加剂包括：四唑类化合物、无机酸或无机酸化合物、氟化物和金属盐防析出剂。
2.如权利要求1所述的金属配线蚀刻液组合物，其特征在于，所述金属配线蚀刻液组合物的组分按重量百分比计包括：
10-25wt％的过氧化氢；
0.1-3wt％的四唑类化合物；
0.1-10wt％的无机酸或无机酸化合物；
0.001-3wt％的氟化物；
0.1-5wt％的金属盐防析出剂；
余量的水。
3.如权利要求1或2所述的金属配线蚀刻液组合物，其特征在于，所述蚀刻液组合物的pH值为2-5。
4.如权利要求1或2所述的金属配线蚀刻液组合物，其特征在于，所述四唑类化合物为5-胺基四唑、四唑、5-苯基四唑、5-甲基四唑和5-巯基-甲基四唑中的一种或几种。
5.如权利要求1或2所述的金属配线蚀刻液组合物，其特征在于，所述无机酸为磷酸和硫酸中的一种或几种；
所述无机酸化合物为无机酸盐，所述无机酸盐为磷酸盐、磷酸一氢盐、磷酸二氢盐、硫酸盐和硫酸氢盐中的一种或几种。
6.如权利要求1或2所述的金属配线蚀刻液组合物，其特征在于，所述氟化物为氟化钠、氟化钾、氟化铝、硼氟酸、氟化铵、氟化氢铵、氟化氢钠、氟化氢钾、氟硼酸铵和氟化铪中的一种或几种。
7.如权利要求1或2所述的金属配线蚀刻液组合物，其特征在于，所述金属盐防析出剂为铝盐、镁盐和锌盐中的一种或几种；
所述金属盐防析出剂为硝酸盐、乳酸盐、硫酸盐、氯化盐和乙酸盐中的一种或几种。
8.一种如权利要求1～7中任一项所述的金属配线蚀刻液组合物在半导体阵列基板金属配线蚀刻工艺中的应用，所述金属配线为Cu/Mo的双层结构、Cu/Mo合金的双层结构、Mo/Cu/Mo的三层结构，或Mo合金/Cu/Mo合金的三层结构。
9.如权利要求8所述的金属配线蚀刻液组合物，其特征在于，所述Mo合金为Mo的二元合金或Mo的三元合金。
10.如权利要求8或9所述的应用，其特征在于，在金属配线蚀刻工艺中，所述金属配线蚀刻液组合物的液温为20-40℃。
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