CN113667978A - 一种中性铜蚀刻液及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种中性铜蚀刻液及其制备方法，属于湿膜蚀刻电子化学品领域，所述中性蚀刻液的pH值为6‑8，以重量计由下述组分配制而成：醋酸3‑10％、铜盐1‑5％、络合剂1‑10％、缓蚀剂1‑6％、pH值调节剂5‑15％、表面活性剂0.1‑5％及余量去离子水。本发明的中性铜蚀刻液能够对铜或铜合金进行选择性的均匀蚀刻，在精细部位没有残渣，并且能不腐蚀基板上的电子部件、各种层叠膜等。
Description
技术领域
本发明涉及湿膜蚀刻电子化学品领域，特别涉及一种中性铜蚀刻液及其制备方法。
背景技术
化学蚀刻是通过化学反应利用化学溶液的腐蚀作用,将不期望的金属快速溶解除掉的过程。半导体装置、液晶显示装置等半导体设备等在制造时，通常在基板上以金属薄膜等形成图案来构成金属薄膜元件或电极配线元件等。作为将这种金属薄膜表面上形成的光刻胶图案作为掩膜，利用化学试剂进行蚀刻而进行图案加工的湿蚀刻法。由于导电金属与导电氧化物具有越来越重要的商业价值，应用最广泛及价值最大的领域是在电子产品排线与显示器等的制造业中。
近年来，随着加工图案的精细化程度的提高，相关元件使用的材料要求也越来越高，而铜或铜合金作为这样的材料受到了注意。以往，作为在使用铜或铜合金的元件等形成图案时所用蚀刻液，通常使用胺或氨水等碱性蚀刻液或氯化铁水溶液、氯化铜水溶液、过硫酸盐水溶液、由硫酸和过氧化氢混合得到的酸性蚀刻液。蚀刻液的酸、碱性的腐蚀性较强，通常对设备腐蚀较为严重，同时对铜或铜合金的选择性蚀刻也不容易控制，在这种情况下，中性铜蚀刻液可以胜任。中性蚀刻液可以选择性的且均匀的蚀刻铜或铜合金，不蚀刻其他金属，对蚀刻设备的腐蚀也会降低很多。
发明内容
本发明提供一种中性铜蚀刻液及其制备方法，解决现有的铜蚀刻液腐蚀性较强及选择性蚀刻不容易控制的问题。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是这样的实现的：
一种中性铜蚀刻液，所述中性蚀刻液的pH值为6-8，以重量计由下述组分配制而成：醋酸3-10％、铜盐1-5％、络合剂1-10％、缓蚀剂1-6％、pH值调节剂5-15％、表面活性剂0.1-5％及余量去离子水。
其中，所述铜盐为硝酸铜、硫酸铜及乙酸铜中的至少一种。
其中，所述络合剂为甘氨酸、苹果酸、酒石酸及草酸中的至少一种。
其中，所述缓蚀剂为咪唑。
其中，所述pH值调节剂为三乙醇胺或二乙醇胺。
其中，所述表面活性剂为阴离子表面活性剂。
其中，所述阴离子表面活性剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、二辛基琥珀酸磺酸钠中任意一种或多种。
中性铜蚀刻液的制备方法，包括下述步骤：
(1)将去离子水加入反应搅拌罐中；
(2)在反应搅拌罐中加入铜盐，并搅拌20-40分钟；
(3)在不断搅拌的条件下，加入络合剂，并搅拌20-40分钟；
(4)在不断搅拌的条件下，加入缓蚀剂，并搅拌20-40分钟；
(5)在不断搅拌的条件下，加入醋酸与表面活性剂，并搅拌20-40分钟；
(6)在不断搅拌的条件下，加入pH值调节剂，将pH值调整在6-8之间后，并搅拌20-40分钟；
(7)将混合液体采用0.1μm过滤器进行过滤后得到中性铜蚀刻液。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的中性蚀刻液以醋酸和铜盐构成蚀刻液的主体，加入络合剂和缓蚀剂，有效延长了蚀刻液的使用寿命，提高了蚀刻的速率和稳定性，加入表面活性剂提高了组分的分散度。对于半导体装置或液晶显示装置的薄膜晶体管的电极或配线等具有铜或铜合金和其他导电性好的金属的叠层结构的基板，能够对铜或铜合金进行选择性的均匀蚀刻，在精细部位没有残渣，并且能不腐蚀基板上的电子部件、各种层叠膜等。
本发明能够实现选择性的尺寸控制性更高的高精度蚀刻，改善设备的电特性和运行特性，由此能提高半导体元件等各种装置的性能。
具体实施方式
下面通过本发明具体实施例，对本发明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。
实施例1
本实施例提供一种中性铜蚀刻液，所述中性蚀刻液的pH值为7，以重量计由下述组分配制而成：醋酸6％、硝酸铜3％、甘氨酸6％、咪唑3.5％、三乙醇胺10％、十二烷基硫酸钠2.5％及余量去离子水。
本实施例中性铜蚀刻液的制备方法，包括下述步骤：
(1)将去离子水加入反应搅拌罐中；
(2)在反应搅拌罐中加入硝酸铜，并搅拌30分钟；
(3)在不断搅拌的条件下，加入甘氨酸，并搅拌30分钟；
(4)在不断搅拌的条件下，加入咪唑，并搅拌30分钟；
(5)在不断搅拌的条件下，加入醋酸与十二烷基硫酸钠，并搅拌30分钟；
(6)在不断搅拌的条件下，加入三乙醇胺，将pH值调整为7后，并搅拌30分钟；
(7)将混合液体采用0.1μm过滤器进行过滤后得到中性铜蚀刻液。
实施例2
本实施例提供一种中性铜蚀刻液，所述中性蚀刻液的pH值为6，以重量计由下述组分配制而成：醋酸3％、硫酸铜5％、苹果酸1％、咪唑6％、二乙醇胺5％、十二烷基苯磺酸钠5％及余量去离子水。
本实施例中性铜蚀刻液的制备方法，包括下述步骤：
(1)将去离子水加入反应搅拌罐中；
(2)在反应搅拌罐中加入硫酸铜，并搅拌20分钟；
(3)在不断搅拌的条件下，加入苹果酸，并搅拌40分钟；
(4)在不断搅拌的条件下，加入咪唑，并搅拌20分钟；
(5)在不断搅拌的条件下，加入醋酸与十二烷基苯磺酸钠，并搅拌40分钟；
(6)在不断搅拌的条件下，加入二乙醇胺，将pH值调整为6后，并搅拌40分钟；
(7)将混合液体采用0.1μm过滤器进行过滤后得到中性铜蚀刻液。
实施例3
本实施例提供一种中性铜蚀刻液，所述中性蚀刻液的pH值为8，以重量计由下述组分配制而成：醋酸10％、乙酸铜1％、酒石酸10％、咪唑1％、三乙醇胺15％、二辛基琥珀酸磺酸钠0.1％及余量去离子水。
本实施例中性铜蚀刻液的制备方法，包括下述步骤：
(1)将去离子水加入反应搅拌罐中；
(2)在反应搅拌罐中加入乙酸铜，并搅拌20分钟；
(3)在不断搅拌的条件下，加入酒石酸，并搅拌40分钟；
(4)在不断搅拌的条件下，加入咪唑，并搅拌20分钟；
(5)在不断搅拌的条件下，加入醋酸与二辛基琥珀酸磺酸钠，并搅拌40分钟；
(6)在不断搅拌的条件下，加入三乙醇胺，将pH值调整为8之后，并搅拌20分钟；
(7)将混合液体采用0.1μm过滤器进行过滤后得到中性铜蚀刻液。
实施例4
本实施例提供一种中性铜蚀刻液，所述中性蚀刻液的pH值为7.5，以重量计由下述组分配制而成：醋酸8％、硝酸铜2％、硫酸铜2％、草酸3％、咪唑5％、二乙醇胺8％、十二烷基硫酸钠1％、十二烷基苯磺酸钠3％及余量去离子水。
本实施例中性铜蚀刻液的制备方法，包括下述步骤：
(1)将去离子水加入反应搅拌罐中；
(2)在反应搅拌罐中加入硝酸铜和硫酸铜，并搅拌25分钟；
(3)在不断搅拌的条件下，加入草酸，并搅拌35分钟；
(4)在不断搅拌的条件下，加入咪唑，并搅拌25分钟；
(5)在不断搅拌的条件下，加入醋酸与十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠，并搅拌35分钟；
(6)在不断搅拌的条件下，按比例加入二乙醇胺，将pH值调整7.5之后，并搅拌25分钟；
(7)将混合液体采用0.1μm过滤器进行过滤后得到中性铜蚀刻液。
实施例5
本实施例提供一种中性铜蚀刻液，所述中性蚀刻液的pH值为6.5，以重量计由下述组分配制而成：醋酸3.5％、硫酸铜1％及乙酸铜3％、苹果酸3％、酒石酸4％、咪唑2％、二乙醇胺7％、十二烷基苯磺酸钠0.6％、二辛基琥珀酸磺酸钠1.4％、余量为去离子水。
本实施例中性铜蚀刻液的制备方法，包括下述步骤：
(1)将去离子水加入反应搅拌罐中；
(2)在反应搅拌罐中加入硫酸铜和乙酸铜，并搅拌35分钟；
(3)在不断搅拌的条件下，加入苹果酸和酒石酸，并搅拌35分钟；
(4)在不断搅拌的条件下，加入咪唑，并搅拌25分钟；
(5)在不断搅拌的条件下，加入醋酸与十二烷基苯磺酸钠、二辛基琥珀酸磺酸钠，并搅拌35分钟；
(6)在不断搅拌的条件下，按比例加入二乙醇胺，将pH值调整为6.5之后，并搅拌20-40分钟；
(7)将混合液体采用0.1μm过滤器进行过滤后得到中性铜蚀刻液。
对比例1
本实施例提供一种铜蚀刻液，以重量计由下述组分配制而成：硝酸铜5％、甘氨酸3％、咪唑2％、三乙醇胺12％、十二烷基硫酸钠1％及余量去离子水。
本实施例的制备方法与实施例1相同。
对比例2
本实施例提供一种铜蚀刻液，以重量计由下述组分配制而成：醋酸8％、甘氨酸3％、咪唑2％、三乙醇胺11％、十二烷基硫酸钠1％及余量去离子水。
本实施例的制备方法与实施例1相同。
对比例3
本实施例提供一种铜蚀刻液，以重量计由下述组分配制而成：醋酸8％、硝酸铜15％、咪唑2％、三乙醇胺9％、十二烷基硫酸钠1％及余量去离子水。
本实施例的制备方法与实施例1相同。
对实施例1-5的中性铜蚀刻液及对比例1-3的蚀刻效果进行检验，实施方法：将玻璃基板在45℃下用制备的蚀刻液进行蚀刻，蚀刻结束后，进行清洗和干燥，然后在扫描电镜下观察样品蚀刻后的残留，以及蚀刻均匀性等。
蚀刻效果评价：通过在扫描电镜下观察样品并对蚀刻后的残渣进行评价，评价标准见表格1，对蚀刻进行统计观察结果见表2.
表1蚀刻液效果评价标准
表2蚀刻时间及SEM观察测量结果
| 实施例 | 蚀刻时间 | 残留评级 |
| 实施例1 | 85s | A |
| 实施例2 | 80s | A |
| 实施例3 | 85s | A |
| 实施例4 | 80s | A |
| 实施例5 | 80s | A |
| 对比例1 | 100s | B |
| 对比例2 | 100s | C |
| 对比例3 | 100s | C |
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种中性铜蚀刻液，其特征在于所述中性蚀刻液的pH值为6-8，以重量计由下述组分配制而成：醋酸3-10％、铜盐1-5％、络合剂1-10％、缓蚀剂1-6％、pH值调节剂5-15％、表面活性剂0.1-5％及余量去离子水。
2.根据权利要求1所述的一种中性铜蚀刻液，其特征在于：所述铜盐为硝酸铜、硫酸铜及乙酸铜中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的一种中性铜蚀刻液，其特征在于：所述络合剂为甘氨酸、苹果酸、酒石酸及草酸中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种中性铜蚀刻液，其特征在于：所述缓蚀剂为咪唑。
5.根据权利要求1所述的一种中性铜蚀刻液，其特征在于：所述pH值调节剂为三乙醇胺或二乙醇胺。
6.根据权利要求1所述的一种中性铜蚀刻液，其特征在于：所述表面活性剂为阴离子表面活性剂。
7.根据权利要求6所述的一种中性铜蚀刻液，其特征在于：所述阴离子表面活性剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、二辛基琥珀酸磺酸钠中任意一种或多种。
8.一种权利要求1-7任一项所述中性铜蚀刻液的制备方法，其特征在于包括下述步骤：
(1)将去离子水加入反应搅拌罐中；
(2)在反应搅拌罐中加入铜盐，并搅拌20-40分钟；
(3)在不断搅拌的条件下，加入络合剂，并搅拌20-40分钟；
(4)在不断搅拌的条件下，加入缓蚀剂，并搅拌20-40分钟；
(5)在不断搅拌的条件下，加入醋酸与表面活性剂，并搅拌20-40分钟；
(6)在不断搅拌的条件下，加入pH值调节剂，将pH值调整在6-8之间后，并搅拌20-40分钟；
(7)将混合液体采用0.1μm过滤器进行过滤后得到中性铜蚀刻液。
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