CN113106454A - 蚀刻液和铜/钼金属线的蚀刻方法 - Google Patents

蚀刻液和铜/钼金属线的蚀刻方法 Download PDF

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Abstract

本申请提供一种蚀刻液和铜/钼金属线的蚀刻方法。所述蚀刻液包括占所述蚀刻液总质量百分比为15％‑25％的过氧化氢、2％‑10％的有机酸、0.2％‑2％的过氧化氢稳定剂、0.001％‑0.25％的抑制剂、1.1％‑5％酸碱度调节剂以及1％‑5％的无机盐，其余为水。本申请所提供的蚀刻液不含氟化物，对环境和器件都不会产生负面影响，且具有蚀刻速率适中、稳定性好、蚀刻角度适宜、线宽损失小以及无金属残留等优势。

Description

蚀刻液和铜/钼金属线的蚀刻方法
技术领域
本申请涉及蚀刻液技术领域，尤其涉及一种蚀刻液和铜/钼金属线的蚀刻方法。
背景技术
蚀刻是将材料使用化学反应或物理撞击作用而移除的技术；蚀刻技术分为湿蚀刻和干蚀刻。其中，湿蚀刻是采用化学试剂，经由化学反应达到蚀刻的目的。蚀刻的效果能直接影响高密度细导线图像的精度和质量。
以往的液晶显示装置(Liquid Crystal Display，LCD)的金属线使用的是铝或铝合金。但是随着液晶显示装置的大型化以及高分辨率化，铝或铝合金材料由于电阻率大，容易产生信号延迟等问题，从而影响显示效果。而铜材料因其具有更低的电阻率，加工性能优异，可以满足大尺寸面板的布线要求。钼与玻璃等基板的贴附性高，且兼具阻挡铜向基板扩散的优势。因此，铜/钼金属层成为液晶显示装置中薄膜晶体管的栅极(Gate)、源极(Source)、漏极(Drain)以及与薄膜晶体管连接的栅极线和数据线等金属层结构，而相关的蚀刻液的开发也显得尤为重要。
现有的铜/钼金属层蚀刻液为了提高蚀刻速度常常含有氟化物。一方面，氟化物的存在不利于操作人员的身体健康；且其腐蚀能力强，往往会造成对玻璃基板的腐蚀。除此之外，蚀刻产线中的废水存在大量的氟化物对环境也存在威胁，使得对废液的处理成本大大增加。
除此之外，现有的蚀刻液采用的是喷淋模式。在蚀刻过程中，会造成蚀刻液中水分的流失，使得蚀刻液的浓度发生波动，从而影响蚀刻的效果。
发明内容
本申请提供一种蚀刻液和铜/钼金属线的蚀刻方法，提高了蚀刻液的稳定性和蚀刻的效果。
一种蚀刻液，所述蚀刻液包括占所述蚀刻液总质量百分比为15％-25％的过氧化氢、2％-10％的有机酸、0.2％-2％的过氧化氢稳定剂、0.001％-0.25％的抑制剂、1.1％-5％酸碱度调节剂以及1％-5％的无机盐，其余为水。
在本申请的实施方式中，所述有机酸包括柠檬酸、苹果酸、苯甲酸、乙酸、丁二酸、乳酸、2，3-二羟基丁二酸、2-羟基丁二酸、2-羟基丙酸以及邻苯二甲酸中的一种或几种的组合。
在本申请的实施方式中，所述过氧化氢稳定剂包括苯基脲和聚丙烯酰胺中的一种或几种的组合。
在本申请的实施方式中，所述抑制剂包括2-氨基噻唑、5-氨基四氮唑、苯并三氮唑、苯并三唑、三唑氮钠以及巯基苯并三氮唑中的一种或几种的组合。
在本申请的实施方式中，所述酸碱度调节剂包括异丙醇胺、二异丙醇胺、间苯二胺、磷酸氢二铵、碳酸钠、乙酸钠、磷酸钠、碳酸氢钠以及磷酸腺苷中的一种或几种的组合。
在本申请的实施方式中，所述无机盐包括氯化钠、氯化钾、硫酸钠、硫酸镁、硫酸钾、硝酸镁以及硝酸钾中的一种或几种的组合。
在本申请的实施方式中，所述刻蚀液的pH值为2.4-4.3。
相应的，本申请还提供一种铜/钼金属线的蚀刻方法，包括：
提供一玻璃基板，所述玻璃基板表面设置有铜/钼金属层，所述铜/钼金属层表面具有图案化的光阻层；
将所述玻璃基板放置在蚀刻装置内，所述蚀刻装置为密闭腔体，向所述蚀刻装置内注入保护气体；
向所述蚀刻装置内喷洒蚀刻液进行蚀刻以形成铜/钼金属线，所述蚀刻液包括如前所述的蚀刻液。
在本申请的实施方式中，所述保护气体包括氮气、氦气以及氩气中的一种或几种的组合。
在本申请的实施方式中，所述蚀刻液的蚀刻温度为25℃-30℃。
本申请提供一种蚀刻液，所述蚀刻液包括占所述蚀刻液总质量百分比为15％-25％的过氧化氢、2％-10％的有机酸、0.2％-2％的过氧化氢稳定剂、0.001％-0.25％的抑制剂、1.1％-5％酸碱度调节剂以及1％-5％的无机盐，其余为水。本申请所提供的蚀刻液不含氟化物，对环境和器件都不会产生负面影响，且具有蚀刻速率适中、稳定性好、蚀刻角度适宜、线宽损失小以及无金属残留等优势。
附图说明
为了更清楚地说明本申请中的技术方案，下面将对实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施方式。基于本申请的实施方式，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施方式，均属于本申请的保护范围。
图1为本申请所提供的铜/钼金属线的蚀刻方法的流程图。
图2为本申请所提供的蚀刻装置的结构示意图。
图3为采用本申请所提供的蚀刻液对铜/钼金属层蚀刻得到的铜/钼金属线的第一视角的扫描电镜图。
图4为采用本申请所提供的蚀刻液对铜/钼金属层蚀刻得到的铜/钼金属线的第二视角的扫描电镜图。
具体实施方式
下面将结合具体实施方式对本申请进行详细说明。
本申请提供一种蚀刻液，可以用来蚀刻铜/钼金属层。蚀刻液包括占蚀刻液总质量百分比为15％-25％的过氧化氢、2％-10％的有机酸、0.2％-2％的过氧化氢稳定剂、0.001％-0.25％的抑制剂、1.1％-5％酸碱度调节剂以及1％-5％无机盐，其余为水。其中，水可以为去离子水。
本申请中过氧化氢作为氧化剂，可以将铜/钼金属氧化。过氧化氢占蚀刻液总质量百分比的15％-25％，既实现了过氧化氢的氧化能力，又确保了蚀刻速度适中，使得能够控制蚀刻工艺。
有机酸是蚀刻液中用于蚀刻铜/钼金属层的主要成分，可以调节蚀刻速度。有机酸可以与铜/钼金属离子形成络合物，有助于对铜/钼金属层的蚀刻，以及有利于钼金属残渣的去除。具体地，有机酸可以包括柠檬酸、苹果酸、苯甲酸、乙酸、丁二酸、乳酸、2，3-二羟基丁二酸、2-羟基丁二酸、2-羟基丙酸以及邻苯二甲酸中的一种或几种的组合。
过氧化氢稳定剂可以防止蚀刻过程中过氧化氢剧烈分解，阻止过氧化氢过快的分解出过氧根和氢离子，有利于维持蚀刻速率，使得蚀刻平稳进行，保障操作的安全性，延长蚀刻液的寿命。具体地，过氧化氢稳定剂可以包括苯基脲和聚丙烯酰胺中的一种或几种的组合。
抑制剂可以控制蚀刻的速度和蚀刻角度。具体地，抑制剂可以包括2-氨基噻唑、5-氨基四氮唑、苯并三氮唑、苯并三唑、三唑氮钠以及巯基苯并三氮唑中的一种或几种的组合。
酸碱度调节剂可以调节蚀刻液的pH值。当蚀刻液的pH值过小时，蚀刻能力太强，容易蚀刻掉全部的铜/钼金属层。当蚀刻液的pH值过大时，过氧化氢稳定性会降低，缩短蚀刻液寿命。本申请通过添加酸碱度调节剂，控制蚀刻液的pH值在2.4-4.3，保证蚀刻平稳进行，且有利于钼金属的完全消除，不易产生残留。具体地，酸碱度调节剂可以包括异丙醇胺、二异丙醇胺、间苯二胺、磷酸氢二铵、碳酸钠、乙酸钠、磷酸钠、碳酸氢钠以及磷酸腺苷中的一种或几种的组合。具体地，蚀刻液的pH值可以为2.4、2.5、2.8、3.0、3.2、3.5、3.8、4.0、4.1、4.2或4.3。
无机盐可以提高蚀刻液的沸点，使得在蚀刻过程中，蚀刻液的浓度不会因为温度的升高发生改变，提高了蚀刻液的稳定性和蚀刻效果。具体地，无机盐可以包括氯化钠、氯化钾、硫酸钠、硫酸镁、硫酸钾、硝酸镁以及硝酸钾中的一种或几种的组合。
本申请还提供一种蚀刻液的配制方法，包括：在环境温度为15℃-20℃的条件下，在容器中依次加入一定量的水、过氧化氢、有机酸、过氧化氢稳定剂、抑制剂、酸碱度调节剂以及无机盐。一边加入物质一边搅拌，搅拌90min-120min直至混合均匀。
在配制蚀刻液的过程中需要注意：确保前一种物质已经充分溶解混合后，再添加后一种物质。在添加物质时，确保已有溶液处于搅拌状态下。酸碱调节液的加入会导致溶液温度升高。温度升高，过氧化氢会发生自分解而导致蚀刻液失效，因此需要合理调节其添加的速度，确保溶液的混合温度小于20℃。
在本申请的一种实施方式中，蚀刻液包括占蚀刻液总质量百分比为22％的过氧化氢、8％的有机酸、0.5％的过氧化氢稳定剂、0.01％的抑制剂、2.1％的酸碱调节液、2.39％的无机盐以及65％的去离子水。
有机酸包括柠檬酸、苹果酸、苯甲酸、乙酸、丁二酸、乳酸、2，3-二羟基丁二酸、2-羟基丁二酸、2-羟基丙酸以及邻苯二甲酸中的一种或几种的组合。其中，苹果酸占蚀刻液总质量百分比的2.5％，柠檬酸占蚀刻液总质量百分比的2.5％，苯丙酸占蚀刻液总质量百分比的3％。
过氧化氢稳定剂包括苯基脲和聚丙烯酰胺中的一种或几种的组合。其中，苯基脲占蚀刻液总质量百分比的0.5％。
抑制剂包括2-氨基噻唑、5-氨基四氮唑、苯并三氮唑、苯并三唑、三唑氮钠以及巯基苯并三氮唑中的一种或几种的组合。其中，苯并三氮唑占蚀刻液总质量百分比的0.01％。
酸碱度调节剂包括异丙醇胺、二异丙醇胺、间苯二胺、磷酸氢二铵、碳酸钠、乙酸钠、磷酸钠、碳酸氢钠以及磷酸腺苷中的一种或几种的组合。其中，异丙醇胺占蚀刻液总质量百分比的2.1％。
无机盐包括氯化钠、氯化钾、硫酸钠、硫酸镁、硫酸钾、硝酸镁以及硝酸钾中的一种或几种的组合。其中，氯化钾占蚀刻液总质量百分比的2.39％。
请参阅图1，本申请还提供了一种铜/钼金属线的蚀刻方法，包括：
步骤B101：提供一玻璃基板，所述玻璃基板表面设置有铜/钼金属层，所述铜/钼金属层表面具有图案化的光阻层。
具体地，可先形成钼金属层于玻璃基板上，然后再形成铜金属层于钼金属层上，最终得到铜/钼金属层。钼金属层的作用为增加铜金属层与玻璃基板的贴附性，阻挡铜金属层向玻璃基板扩散。钼金属层的厚度可以为0.015-0.035微米，铜金属层的厚度可以为0.3-0.9微米。
步骤B102：将所述玻璃基板放置在蚀刻装置内，所述蚀刻装置为密闭腔体，向所述蚀刻装置内注入保护气体。
在本申请的一种实施方式中，保护气体包括氮气、氦气以及氩气中的一种或几种的组合。蚀刻装置内设置有压力传感器，控制蚀刻装置内的压强为120KPa。
步骤B103：向所述蚀刻装置内喷洒蚀刻液进行蚀刻以形成铜/钼金属线，所述蚀刻液包括如前所述的蚀刻液。
具体地，蚀刻液包括占蚀刻液总质量百分比为22％的过氧化氢、8％的有机酸、0.5％的过氧化氢稳定剂、0.01％的抑制剂、2.1％的酸碱调节液、2.39％的无机盐以及65％的去离子水。蚀刻液的pH值为4.0。
在本申请的一种实施方式中，蚀刻温度为25℃-30℃。具体地，蚀刻温度可以是26℃、27℃、28℃、29℃或30℃。
相应的，本申请提供了一种蚀刻铜/钼金属线的蚀刻装置。
请参阅图2，蚀刻装置20为一密闭腔体。蚀刻装置20包括位于其顶部的蚀刻液喷淋喷头21和位于蚀刻液喷淋喷头21两侧和蚀刻装置20两侧的保护气体注入口22，同时蚀刻装置20内安装有压力感应装置23。除此之外，在蚀刻装置20的底部还设置有传动装置24。具体地，传动装置包括滑轮241和动力传动杆242。为了防止在蚀刻过程中，蚀刻液30对滑轮241的损伤，以及防止在与玻璃基板10接触过程中由于摩擦损伤玻璃基板10，滑轮241为非金属材质。
首先将玻璃基板10放置在滑轮241上，在蚀刻过程中保持通入保护气体，并通过压力感应装置23，控制蚀刻装置20内的压强为120KPa，再通过控制传动装置24来回移动玻璃基板10，实现玻璃基板10在蚀刻过程中可以匀速移动，从而使得蚀刻更加均匀，提高了蚀刻效果。
采用本申请所提供的蚀刻液对铜/钼金属层进行蚀刻时，得到的铜/钼金属线的蚀刻角度为30°-60°，线宽损失(CD Loss)为0.5微米-2微米，且无钼金属残留。铜/钼金属线的蚀刻角度小于或等于60°代表铜/钼金属线具有相对平缓的侧边，有利于后续形成其他膜层于铜/钼金属线上，且后续形成的膜层不易断裂或破裂。
请参阅图3，图3中从下往上依次为玻璃基板10、蚀刻后留下的铜/钼金属线40以及光阻层50。其中，钼金属层401的厚度为0.0189微米，铜金属层402的厚度为0.4672微米。采用本申请所提供的蚀刻液对铜/钼金属层进行蚀刻时，得到的铜/钼金属线的蚀刻角度为50.3374°，线宽损失为0.7175微米，且无钼金属残留。
请参阅图4，图4中的各膜层与图3中的各膜层相同，仅视角不同。第一视角与铜/钼金属线的横截面垂直。
本申请所提供的蚀刻液不含氟化物，对环境和器件都不会产生负面影响，在蚀刻铜/钼金属层时，具有蚀刻速率适中、稳定性好、蚀刻角度适宜、线宽损失小以及无金属残留等优势。
综上所述，虽然本申请已以实施方式揭露如上，但上述实施方式并非用以限制本申请，本领域的普通技术人员，在不脱离本申请的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本申请的保护范围以权利要求界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种蚀刻液，其特征在于，所述蚀刻液包括占所述蚀刻液总质量百分比为15％-25％的过氧化氢、2％-10％的有机酸、0.2％-2％的过氧化氢稳定剂、0.001％-0.25％的抑制剂、1.1％-5％酸碱度调节剂以及1％-5％的无机盐，其余为水。
2.根据权利要求1所述的蚀刻液，其特征在于，所述有机酸包括柠檬酸、苹果酸、苯甲酸、乙酸、丁二酸、乳酸、2，3-二羟基丁二酸、2-羟基丁二酸、2-羟基丙酸以及邻苯二甲酸中的一种或几种的组合。
3.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包括苯基脲和聚丙烯酰胺中的一种或几种的组合。
4.根据权利要求1所述的蚀刻液，其特征在于，所述抑制剂包括2-氨基噻唑、5-氨基四氮唑、苯并三氮唑、苯并三唑、三唑氮钠以及巯基苯并三氮唑中的一种或几种的组合。
5.根据权利要求1所述的蚀刻液，其特征在于，所述酸碱度调节剂包括异丙醇胺、二异丙醇胺、间苯二胺、磷酸氢二铵、碳酸钠、乙酸钠、磷酸钠、碳酸氢钠以及磷酸腺苷中的一种或几种的组合。
6.根据权利要求1所述的蚀刻液，其特征在于，所述无机盐包括氯化钠、氯化钾、硫酸钠、硫酸镁、硫酸钾、硝酸镁以及硝酸钾中的一种或几种的组合。
7.根据权利要求1所述的蚀刻液，其特征在于，所述蚀刻液的pH值为2.4-4.3。
8.一种铜/钼金属线的蚀刻方法，其特征在于，包括：
提供一玻璃基板，所述玻璃基板表面设置有铜/钼金属层，所述铜/钼金属层表面具有图案化的光阻层；
将所述玻璃基板放置在蚀刻装置内，所述蚀刻装置为密闭腔体，向所述蚀刻装置内注入保护气体；
向所述蚀刻装置内喷洒蚀刻液进行蚀刻以形成铜/钼金属线，所述蚀刻液如权利要求1-7中任一项所述的蚀刻液。
9.根据权利要求8所述的蚀刻方法，其特征在于，所述保护气体包括氮气、氦气以及氩气中的一种或几种的组合。
10.根据权利要求8所述的蚀刻方法，其特征在于，所述蚀刻液的蚀刻温度为25℃-30℃。
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