CN113046747B - 一种叠层金属和金属氧化物蚀刻液组合物及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种叠层金属和金属氧化物蚀刻液组合物及其使用方法，原料包括：按质量百分数计，过氧化氢5‑20％，无机酸1‑10％，氟离子源0.01‑1％，络合剂1‑10％，碱类化合物1‑10％，金属缓蚀剂0.01‑1％，溶剂补充余量。本发明提供一种叠层金属和金属氧化物蚀刻液组合物及其使用方法不仅能有效蚀刻叠层金属和金属氧化物，而且蚀刻形貌好，蚀刻精度高，能有效满足客户的要求。

Description

一种叠层金属和金属氧化物蚀刻液组合物及其使用方法
技术领域
本发明涉及金属表面化学处理领域，具体涉及一种叠层金属和金属氧化物蚀刻液组合物及其使用方法。
背景技术
铜因其具有良好的导电性、导热性和机械延展性等优点而被广泛应用于电子信息产品领域，铜金属蚀刻技术也因此得到迅速发展。但随着科学技术的发展和人们生活水平的提高，人们对电子材料的提出了更高的要求，叠层金属是改善和提高铜金属在电子材料应用领域重要技术之一，但由于不同膜层之间金属成分不同，不同金属膜层间容易因电化学反应产生裂缝，会导致断线存在倒角，导致后续工艺爬坡断线，影响良率。
同时，随着国际平板显示领域竞争的白热化，各面板企业对缩短生产流程的需求日益强烈。一种新型制造工艺4mask(4道光罩工艺)得到了众多企业的青睐。IGZO和金属导线(SD)层同步蚀刻是一种较为理想的工艺。但是IGZO和金属导线(Cu)的化学和电化学性质差异较大，对药液开发工作造成了很大困难。
为解决上述问题，本发明提供一种叠层金属和金属氧化物蚀刻液组合物及其使用方法，不仅能有效蚀刻叠层金属和IGZO膜层，而且蚀刻形貌好，蚀刻精度高，能有效满足客户的要求，同时对基板的电学性能无损伤。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的第一个方面提供了一种叠层金属和金属氧化物(IGZO)蚀刻液组合物，原料包括：按质量百分数计，过氧化氢5-20％，无机酸1-10％，氟离子源0.01-1％，络合剂1-10％，碱类化合物1-10％，金属缓蚀剂0.01-1％，溶剂补充余量。
作为一种优选的技术方案，原料包括：按质量百分数计，过氧化氢6-10％，无机酸1-3％，氟离子源0.01-0.5％，络合剂2-5％，碱类化合物2-5％，金属缓蚀剂0.05-0.8％，溶剂补充余量。
作为一种优选的技术方案，所述无机酸包括硫酸、硝酸的一种或几种。
作为一种优选的技术方案，所述氟离子源包括HF、氟化盐的一种或几种。
作为一种优选的技术方案，所述氟化盐包括氟化铵、氟化氢铵、氟化钾、氟化钠的一种或几种。
作为一种优选的技术方案，所述络合剂为多元醇类络合剂。
作为更进一步的一种优选的技术方案，所述多元醇类络合剂包括乙二醇、丙三醇、三甘醇、季戊四醇、丙二醇、二甘醇的一种或几种。
作为一种优选的技术方案，所述碱类化合物包括氨水、有机碱的一种或几种。
作为一种优选的技术方案，所述有机碱包括胺类、醇胺类化合物的一种或几种。
作为更进一步的一种优选的技术方案，所述有机碱包括四甲基氢氧化铵、甲胺、乙二胺、二甲基乙醇胺、二乙氨基丙胺、丙二胺、三乙醇胺、二乙醇胺、异丙醇胺的一种或几种。
作为一种优选的技术方案，所述金属缓蚀剂选自氨基氮唑类化合物。
作为一种优选的技术方案，所述氨基氮唑类化合物包括3-氨基三氮唑、5-氨基四氮唑的一种或几种。
作为一种优选的技术方案，所述溶剂为去离子水。
本发明的第二个方面提供了一种叠层金属和金属氧化物(IGZO)蚀刻液组合物的使用方法，在一定蚀刻温度下，在一定蚀刻温度下，加入蚀刻液于药液箱中，以喷淋的形式均匀喷洒玻璃基板的金属表面。
作为一种优选的技术方案，所述叠层金属和金属氧化物自上而下包括Cu/MoNb/IGZO或Cu/Mo/IGZO。
作为更进一步的一种优选的技术方案，所述叠层金属和金属氧化物自上而下为Cu/MoNb/IGZO。
作为一种优选的技术方案，所述的Cu/MoNb/IGZO厚度比为2000-5000A：100-300A：700-1200A。
作为更进一步的一种优选的技术方案，所述的Cu/MoNb/IGZO厚度比为3000-4000A：150-250A：800-1000A。
作为一种优选的技术方案，所述蚀刻温度为30-40℃。
有益效果：
1)本发明制备的一种叠层金属和金属氧化物蚀刻液组合物采用低成本的无机酸、有机碱和多元醇的搭配，有效蚀刻金属叠层的同时，极大改善了蚀刻形貌和线宽损失，非常适合高精细金属叠层的加工。
2)本发明制备的一种叠层金属和金属氧化物蚀刻液组合物通过加入适量的氟离子源，有效解决了氟离子对IGZO和玻璃基板的损伤，使金属叠层具有良好的蚀刻形貌。
3)本发明制备的一种叠层金属和金属氧化物蚀刻液组合物无磷，环境友好，废液处理成本较低。
附图说明：
图1为本发明实施例1的蚀刻液组合物得到的线路切面SEM示意图；
图2为本发明实施例1的蚀刻液组合物得到的线路俯视SEM示意图。
具体实施方式
为了解决上述技术问题，本发明的第一个方面提供了一种叠层金属和金属氧化物(IGZO)蚀刻液组合物，原料包括：按质量百分数计，过氧化氢5-20％，无机酸1-10％，氟离子源0.01-1％，络合剂1-10％，碱类化合物1-10％，金属缓蚀剂0.01-1％，溶剂补充余量。
作为一种优选的技术方案，原料包括：按质量百分数计，过氧化氢6-10％，无机酸1-3％，氟离子源0.01-0.5％，络合剂2-5％，碱类化合物2-5％，金属缓蚀剂0.05-0.8％，溶剂补充余量。
作为一种优选的技术方案，所述过氧化氢通过双氧水提供。
所述过氧化氢具有强氧化性，能够充当氧化剂与金属原子发生氧化还原反应，生成金属氧化物。
作为一种优选的技术方案，所述无机酸包括硫酸、硝酸的一种或几种。
所述无机酸提供氢离子和强酸性环境，与金属和金属氧化物发生反应，从而将不溶的金属和金属氧化物转变成可溶性的金属盐，达到去除金属的目的。
作为一种优选的技术方案，所述氟离子源包括HF、氟化盐的一种或几种。
作为一种优选的技术方案，所述氟化盐包括氟化铵、氟化氢铵、氟化钾、氟化钠的一种或几种。
所述氟离子源能够电离出氟离子，氟离子具有较强的渗透作用，能通过氟离子的点蚀作用刻蚀IGZO膜层。
作为一种优选的技术方案，所述络合剂为多元醇类络合剂。
作为更进一步的一种优选的技术方案，所述多元醇类络合剂包括乙二醇、丙三醇、三甘醇、季戊四醇、丙二醇、二甘醇的一种或几种。
所述络合剂络合铜离子，降低铜离子双氧水分解速率的影响，使双氧水分解速率保持稳定。
作为一种优选的技术方案，所述碱类化合物包括氨水、有机碱的一种或几种。
作为一种优选的技术方案，所述有机碱包括胺类、醇胺类化合物的一种或几种。
作为更进一步的一种优选的技术方案，所述有机碱包括四甲基氢氧化铵、甲胺、乙二胺、二甲基乙醇胺、二乙氨基丙胺、丙二胺、三乙醇胺、二乙醇胺、异丙醇胺的一种或几种。
所述碱类化合物能够调节溶液pH值，稳定金属叠层蚀刻环境，防止因蚀刻条件急剧变化影响蚀刻反应，从而获得稳定的蚀刻形貌。
作为一种优选的技术方案，所述金属缓蚀剂选自氨基氮唑类化合物。
作为一种优选的技术方案，所述氨基氮唑类化合物包括3-氨基三氮唑、5-氨基四氮唑的一种或几种。
所述金属缓蚀剂能够在金属表面形成保护层，抑制铜金属的蚀刻，从而调节不同金属叠层之间的蚀刻速率比，达到均匀蚀刻的目的。
作为一种优选的技术方案，所述溶剂为去离子水。
作为一种优选的技术方案，所述原料均为电子级。
本发明的第二个方面提供了一种叠层金属和金属氧化物(IGZO)蚀刻液组合物的使用方法，在一定蚀刻温度下，在一定蚀刻温度下，加入蚀刻液于药液箱中，以喷淋的形式均匀喷洒玻璃基板的金属表面。作为一种优选的技术方案，所述叠层金属和金属氧化物自上而下包括Cu/MoNb/IGZO或Cu/Mo/IGZO。
作为更进一步的一种优选的技术方案，所述叠层金属和金属氧化物自上而下为Cu/MoNb/IGZO。
作为一种优选的技术方案，所述的Cu/MoNb/IGZO厚度比为2000-5000A：100-300A：700-1200A。
作为更进一步的一种优选的技术方案，所述的Cu/MoNb/IGZO厚度比为3000-4000A：150-250A：800-1000A。
作为一种优选的技术方案，所述蚀刻温度为30-40℃。
机理解释：本发明选用特定化合物或其组合以及对其质量含量进行限定制备的一种叠层金属和金属氧化物蚀刻液组合物，能有效与不同金属叠层之间发生反应，同时也能够有效控制不同金属叠层之间蚀刻速率，从而达到高精细的加工，获得良好的蚀刻形貌。推测一方面通过选用特定的无机酸和有机碱，提供H+和稳定的酸性环境，对金属膜层进行了有效蚀刻，提高了蚀刻速率；另一方面选用通过限定氟离子源的含量，避免氟离子对金属膜层损失的同时有效对IGZO膜层进行了蚀刻，防止了倒角、裂缝等问题的产生，提高了良率，使蚀刻的金属叠层具备良好的蚀刻形貌。
下面通过实施例对本发明进行具体描述。有必要在此指出的是，以下实施例只用于对本发明作进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的专业技术人员根据上述本发明的内容做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
另外，如果没有其它说明，所用原料都是市售得到的。
实施例
实施例1
一种叠层金属和金属氧化物蚀刻液组合物，原料包括:按质量百分数计，过氧化氢8％，无机酸1.56％，氟离子源0.05％，络合剂4.36％，碱类化合物3.64％，金属缓蚀剂0.28％，溶剂补充余量。
所述无机酸为硝酸。
所述氟离子源为HF。
所述络合剂为多元醇类络合剂。所述多元醇类络合剂包括乙二醇和三甘醇。所述乙二醇和三甘醇的质量比为0.49％：3.87％。
所述碱类化合物为有机碱。所述有机碱为三乙醇胺。
所述金属缓蚀剂选自氨基氮唑类化合物。所述氨基氮唑类化合物5-氨基四氮唑。
所述溶剂为去离子水。
实施例2
一种叠层金属和金属氧化物蚀刻液组合物，原料包括:按质量百分数计，过氧化氢8％，无机酸1.98％，氟离子源0.03％，络合剂4.1％，碱类化合物3.63％，金属缓蚀剂0.28％，溶剂补充余量。
所述无机酸为硝酸。
所述氟离子源为HF。
所述络合剂为多元醇类络合剂。所述多元醇类络合剂为乙二醇和三甘醇。所述乙二醇和三甘醇的质量比为0.68％：3.42％。
所述碱类化合物为有机碱。所述有机碱为三乙醇胺。
所述金属缓蚀剂选自氨基氮唑类化合物。所述氨基氮唑类化合物为5-氨基四氮唑。
所述溶剂为去离子水。
实施例3
一种叠层金属和金属氧化物蚀刻液组合物，原料包括:按质量百分数计，过氧化氢8％，无机酸2.18％，氟离子源0.14％，络合剂4.18％，碱类化合物3.97％，金属缓蚀剂0.28％，溶剂补充余量。
所述无机酸为硫酸。
所述氟离子源为氟化盐。所述氟化盐为氟化氢铵。
所述络合剂为多元醇类络合剂。所述多元醇类络合剂包括乙二醇和三甘醇。所述乙二醇和三甘醇的质量比为1.24％：2.94％。
所述碱类化合物为有机碱。所述有机碱为异丙醇胺。
所述金属缓蚀剂选自氨基氮唑类化合物。所述氨基氮唑类化合物为5-氨基四氮唑。
所述溶剂为去离子水。
对比例1
一种叠层金属和金属氧化物蚀刻液组合物，具体实施方式与实施例1相同，不同之处在于所述对比例1不含氟离子源。
对比例2
一种叠层金属和金属氧化物蚀刻液组合物，具体实施方式与实施例1相同，不同之处在于所述对比例2氟离子源含量为0.08％。
对比例3
一种叠层金属和金属氧化物蚀刻液组合物，具体实施方式与实施例3相同，不同之处在于所述对比例3不含无机酸。
性能测试
蚀刻机器：半自动小型刻蚀机
蚀刻金属：叠层金属玻璃，其中铜膜、钼铌膜、IGZO膜厚度比为3500A：200A：900A。
蚀刻方法：用实施例及对比例的蚀刻液对蚀刻金属进行刻蚀，在蚀刻温度为34℃的条件下，加入蚀刻液于药液箱中，以喷淋的形式均匀喷洒玻璃基板的金属表面。
表1刻蚀结果
Figure BDA0002961467670000071
通过性能测试结果可以发现，实施例1-3通过选用特定化合物或其组合以及对其质量含量进行限定制备的一种叠层金属和金属氧化物蚀刻液组合物，不仅最高铜负载能够达到6000ppm，而且能够同步进行不同金属叠层之间的刻蚀，避免金属残留和倒角、裂缝等问题的产生，同时能达到高精细的刻蚀精度，0.37um<CD-loss<0.6um，39°<坡度角<50°，良率高，蚀刻形貌好。对比例1与实施例1相比无氟离子源，IGZO膜层无法刻蚀。对比例2与实施例1相比，氟离子含量高，造成了倒角。对比例3与实施例3相比，不含无机酸，造成铜膜无法蚀刻，效率极差。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对发明作其他形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或更改为等同变化的等效实施例，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改，等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (7)

1.一种叠层金属和金属氧化物蚀刻液组合物，其特征在于，原料包括：按质量百分数计，过氧化氢6-10％，无机酸1.98％，氟离子源0.03％，多元醇类络合剂2-5％，碱类化合物3.63％，金属缓蚀剂0.05-0.8％，溶剂补充余量，多元醇类络合剂为乙二醇和三甘醇。
2.根据权利要求1所述一种叠层金属和金属氧化物蚀刻液组合物，其特征在于，所述无机酸包括硫酸、硝酸的一种或几种。
3.根据权利要求1所述一种叠层金属和金属氧化物蚀刻液组合物，其特征在于，所述氟离子源包括HF、氟化盐的一种或几种。
4.根据权利要求1所述一种叠层金属和金属氧化物蚀刻液组合物，其特征在于，所述碱类化合物包括氨水、有机碱的一种或几种。
5.根据权利要求4所述一种叠层金属和金属氧化物蚀刻液组合物，其特征在于，所述有机碱包括胺类、醇胺类化合物的一种或几种。
6.根据权利要求1所述一种叠层金属和金属氧化物蚀刻液组合物，其特征在于，所述金属缓蚀剂选自氨基氮唑类化合物。
7.一种根据权利要求1-6任一项所述一种叠层金属和金属氧化物蚀刻液组合物的使用方法，其特征在于，在一定蚀刻温度下，加入蚀刻液于药液箱中，以喷淋的形式均匀喷洒玻璃基板的金属表面。
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