CN115369405B - 一种双氧水系金属蚀刻液组合物及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于C23F技术领域，更具体的涉及一种双氧水系金属蚀刻液组合物及其使用方法。一种双氧水系金属蚀刻液组合物，制备原料按重量百分比计，包括：氧化剂5‑30％、酸类物质1‑15％、有机碱1‑15％、稳定剂0.01‑1％、缓蚀剂0.01‑4％、溶剂补充余量至100％。经本发明提供的金属蚀刻液组合物的无氟、无磷、环境友好、废液处理成本较低，符合国家环保要求，具有极高的推广意义和使用价值；经本发明提供的金属蚀刻液组合物具有较高的铜离子负载能力，铜离子负载量≥6000ppm，可以在使用过程中调节铜与钼铌金属膜的蚀刻速率比；经本发明提供的金属蚀刻液组合物中无氢氟酸的使用，不会影响产品的品质，保证了此蚀刻液在蚀刻领域的使用价值。
Description
技术领域
本发明属于C23F技术领域，更具体的涉及一种双氧水系金属蚀刻液组合物及其使用方法。
背景技术
随着科技的发展，现阶段液晶显示装置中对具有超高刷新率和超高清显示功能的面板对薄膜晶体管液晶显示器器件的设计和生产工艺中的线宽损失提出了更高的要求，现价段存在的铝制程和铜制程无法兼具超高清和超高刷新率的实际需求。
如现有技术中公开的申请号为202011552376.5的中国发明专利公开了一种铜蚀刻液组合物及其制备方法和应用，在公开的专利中，通过铜蚀刻液主剂和辅剂的作用，在铜离子浓度为0-7000ppm范围内，单边线宽损失为071-1.0μm，无法满足超高精细产品的需求。
在蚀刻过程中为了解决出现倒角，蚀刻液中可能会加入氢氟酸，对非晶硅或者玻璃会造成一定的损伤，导致产品出现显示器亮度不均匀，造成各种痕迹等问题。另外，现阶段中存在的金属蚀刻液组合物体系常常会存在倒角或者铜离子负载能力低的现象，造成对蚀刻工作产生较大的影响。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的第一方面提供了一种双氧水系金属蚀刻液组合物，制备原料按重量百分比计，包括：氧化剂5-30％、酸类物质1-15％、有机碱1-15％、稳定剂0.01-1％、缓蚀剂0.01-4％、溶剂补充余量至100％。
作为一种优选的实施方式，制备原料按重量百分比计，包括：氧化剂6-15％、酸类物质2-8％、有机碱2-8％、稳定剂0.05-0.5％、缓蚀剂0.01-2％、溶剂补充余量至100％。
作为一种优选的实施方式，所述的氧化剂为过氧化氢。
作为一种优选的实施方式，所述的酸类物质选自硫酸、硝酸、氨基甲酸、氨基乙酸、乙二酸、丙二酸、丁二酸、苹果酸、柠檬酸、亚氨基二乙酸、三乙酸胺、酒石酸中的至少一种。
进一步优选的，所述的酸类物质包括硝酸、丙二酸和苹果酸。
作为一种优选的实施方式，所述的有机碱选自四甲基氢氧化铵、氨水、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、二甲基乙二胺、三羟甲基氨基甲烷中的至少一种。
进一步优选的，所述的有机碱为二甲基乙醇胺和异丙醇胺。
作为一种优选的实施方式，所述的稳定剂为苯基脲。
作为一种优选的实施方式，所述的硝酸、丙二酸、苹果酸的重量比为(1～1.2)：(0.8～1)：(1.9～2.0)。
进一步优选的，所述的硝酸、丙二酸、苹果酸的重量比为0.56：0.43：0.97。
作为一种优选的实施方式，所述的丙二酸、苹果酸的重量比为(2～2.5)：(1.9～2.0)。
进一步优选的，所述的丙二酸和苹果酸的重量比为1.13：0.97。
作为一种优选的实施方式，所述的缓蚀剂包括金属缓蚀剂和/或位阻型缓蚀剂。
作为一种优选的实施方式，所述的金属缓蚀剂和位阻型缓蚀剂的重量比为(0.01～0.05)：(0.5～1.5)。
进一步优选的，所述的位阻型缓蚀剂为十二烷基苯磺酸。
作为一种优选的实施方式，所述的金属缓蚀剂为3-氨基三氮唑和/或5-氨基四氮唑。
进一步优选的，所述的金属缓蚀剂为5-氨基四氮唑。
在实验过程中经过申请人大量的创造性实验探究发现，在本体系中通过十二烷基苯磺酸和5-氨基四氮唑复配使用，可以保证蚀刻液在使用时能够表现出较小的线宽损失，可以保证线宽损失达到0.5μm以下，申请人推测出现这种现象的原因是因为：5-氨基四氮唑可以通过分子间作用力吸附在金属铜与溶液界面处，可以调节铜与钼铌金属膜的蚀刻速率比；同时当药液向光刻胶下方蚀刻时，由于十二烷基苯磺酸中酸根离子具有较长的烷基长链，可以与铜离子络合并且在光刻胶下方产生良好的位阻效应，减弱光刻胶下方药液的交换，减缓药液对金属的横向蚀刻作用。通过二者的协调作用保证了较小的线宽损失和较佳的锥角出现。
在一些优选的实施方式中，蚀刻液的制备方法包括以下步骤：
将制备原料在40-50℃下混合搅拌，过滤，得到蚀刻液。
本发明的第二方面提供了一种双氧水系金属蚀刻液组合物的使用方法，包括形成金属层于基板上；使用本申请所述的金属蚀刻液蚀刻该金属层。
有益效果：经本发明提供的双氧水系金属蚀刻液组合物具有如下优势：
1.经本发明提供的金属蚀刻液组合物的无氟、无磷、环境友好、废液处理成本较低，符合国家环保要求，具有极高的推广意义和使用价值；
2.经本发明提供的金属蚀刻液组合物在蚀刻过程中可以保证较小的线宽损失，可以保证线宽损失达到0.5μm以下，能够满足超高清中小尺寸显示面板的生产需求；
3.经本发明提供的金属蚀刻液组合物具有较高的铜离子负载能力，铜离子负载量≥6000ppm，可以在使用过程中调节铜与钼铌金属膜的蚀刻速率比；
4.经本发明提供的金属蚀刻液组合物蚀刻结果无倒角，不会导致后续工序的爬坡短线，影响良率；
5.经本发明提供的金属蚀刻液组合物中无氢氟酸的使用，不会影响产品的品质，保证了此蚀刻液在蚀刻领域的使用价值。
具体实施方式
实施例
实施例1
一种双氧水系金属蚀刻液组合物，制备原料按重量百分比计，包括：氧化剂8％、酸类物质3.92％、有机碱3.98％、稳定剂0.15％、缓蚀剂1.01％、溶剂补充余量至100％。
所述的氧化剂为过氧化氢；
所述的酸类物质为硝酸、丙二酸、苹果酸，其重量比为0.56：0.43：0.97；
所述的有机碱为二甲基乙醇胺和异丙醇胺，二甲基乙醇胺的重量百分比为2.58％，异丙醇胺的重量百分比为1.4％。
所述的稳定剂为苯基脲；
所述的缓蚀剂为位阻型缓蚀剂和金属缓蚀剂，其重量比为0.98：0.03；
所述的位阻型缓蚀剂为十二烷基苯磺酸；
所述的金属缓蚀剂为5-氨基四氮唑；
所述的溶剂为水。
蚀刻液的制备方法包括以下步骤：
将制备原料在45℃下混合搅拌，过滤，得到蚀刻液。
实施例2
一种双氧水系金属蚀刻液组合物，制备原料按重量百分比计，包括：氧化剂8％、酸类物质4.2％、有机碱3.98％、稳定剂0.15％、缓蚀剂1.52％、溶剂补充余量至100％。
所述的氧化剂为过氧化氢；
所述的酸类物质为丙二酸、苹果酸，其重量比为1.13：0.97；
所述的有机碱为二甲基乙醇胺和异丙醇胺，二甲基乙醇胺的重量百分比为2.58％，异丙醇胺的重量百分比为1.4％。
所述的稳定剂为苯基脲；
所述的缓蚀剂为位阻型缓蚀剂和金属缓蚀剂，其重量比为1.5：0.02；
所述的位阻型缓蚀剂为十二烷基苯磺酸；
所述的金属缓蚀剂为5-氨基四氮唑；
所述的溶剂为水。
蚀刻液的制备方法包括以下步骤：
将制备原料在45℃下混合搅拌，过滤，得到蚀刻液。
实施例3
一种双氧水系金属蚀刻液组合物，制备原料按重量百分比计，包括：氧化剂8％、酸类物质3.92％、有机碱3.98％、稳定剂0.15％、缓蚀剂0.53％、溶剂补充余量至100％。
所述的氧化剂为过氧化氢；
所述的酸类物质为硝酸、丙二酸、苹果酸，其重量比为0.56：0.43：0.97；
所述的有机碱为二甲基乙醇胺和异丙醇胺，二甲基乙醇胺的重量百分比为2.58％，异丙醇胺的重量百分比为1.4％。
所述的稳定剂为苯基脲；
所述的缓蚀剂为位阻型缓蚀剂和金属缓蚀剂，其重量比为0.5：0.03；
所述的位阻型缓蚀剂为十二烷基苯磺酸；
所述的金属缓蚀剂为5-氨基四氮唑；
所述的溶剂为水。
蚀刻液的制备方法包括以下步骤：
将制备原料在45℃下混合搅拌，过滤，得到蚀刻液。
对比例1
一种双氧水系金属蚀刻液组合物，制备原料按重量百分比计，包括：氧化剂8％、酸类物质3.92％、有机碱3.98％、稳定剂0.15％、缓蚀剂0.03％、溶剂补充余量至100％。
所述的氧化剂为过氧化氢；
所述的酸类物质为硝酸、丙二酸、苹果酸，其重量比为0.56：0.43：0.97；
所述的有机碱为二甲基乙醇胺和异丙醇胺，二甲基乙醇胺的重量百分比为2.58％，异丙醇胺的重量百分比为1.4％。
所述的稳定剂为苯基脲；
所述的缓蚀剂为金属缓蚀剂；
所述的金属缓蚀剂为5-氨基四氮唑；
所述的溶剂为水。
蚀刻液的制备方法包括以下步骤：
将制备原料在45℃下混合搅拌，过滤，得到蚀刻液。
对比例2
一种双氧水系金属蚀刻液组合物，制备原料按重量百分比计，包括：氧化剂8％、酸类物质4.2％、有机碱3.98％、稳定剂0.15％、缓蚀剂1.6％、溶剂补充余量至100％。
所述的氧化剂为过氧化氢；
所述的酸类物质为丙二酸、苹果酸，其重量比为1.13：0.97；
所述的有机碱为二甲基乙醇胺和异丙醇胺，二甲基乙醇胺的重量百分比为2.58％，异丙醇胺的重量百分比为1.4％。
所述的稳定剂为苯基脲；
所述的缓蚀剂为位阻型缓蚀剂和金属缓蚀剂，其重量比为1.5：0.1；
所述的位阻型缓蚀剂为十二烷基苯磺酸；
所述的金属缓蚀剂为5-氨基四氮唑；
所述的溶剂为水。
蚀刻液的制备方法包括以下步骤：
将制备原料在45℃下混合搅拌，过滤，得到蚀刻液。
对比例3
一种双氧水系金属蚀刻液组合物，制备原料按重量百分比计，包括：氧化剂8％、酸类物质3.92％、有机碱3.98％、稳定剂0.15％、缓蚀剂0.5％、溶剂补充余量至100％。
所述的氧化剂为过氧化氢；
所述的酸类物质为硝酸、丙二酸、苹果酸，其重量比为0.56：0.43：0.97；
所述的有机碱为二甲基乙醇胺和异丙醇胺，二甲基乙醇胺的重量百分比为2.58％，异丙醇胺的重量百分比为1.4％。
所述的稳定剂为苯基脲；
所述的缓蚀剂为位阻型缓蚀剂；
所述的位阻型缓蚀剂为十二烷基苯磺酸；
所述的溶剂为水。
蚀刻液的制备方法包括以下步骤：
将制备原料在45℃下混合搅拌，过滤，得到蚀刻液。
性能测试：
将实施例1-3和对比例1-3制备得到的蚀刻液进行蚀刻，温度控制在32℃，将厚度为2500A的铜模和厚度为300A的钼铌膜面板置于蚀刻机台面上进行蚀刻，将蚀刻速率和蚀刻效果记录于下表1。
表1：
通过以上性能测试结果显示：在本申请中，实施例1和对比例1的区别在于对比例1中不加十二烷基苯磺酸，导致在蚀刻过程中出现线宽损失偏大的现象；
实施例2和对比例2的区别为对比例2中加入的5-氨基四氮唑的含量较高，导致通今属的蚀刻速率过慢，钼铌金属蚀刻速率过快，导致出现倒角；
实施例3和对比例的3的区别在于对比例3中未添加5-氨基四氮唑，虽然有十二烷基苯磺酸的位阻作用，但是双氧水分子和氢离子仍然能够通过十二烷基硫酸根离子间的缝隙渗透到铜金属表面，并对铜金属造成蚀刻。
Claims (6)
1.一种双氧水系金属蚀刻液组合物，其特征在于，制备原料按重量百分比计为：氧化剂5-30%、酸类物质1-15%、有机碱1-15%、稳定剂0.01-1%、缓蚀剂0.01-4%、溶剂补充余量至100%；
所述的缓蚀剂为金属缓蚀剂和位阻型缓蚀剂，所述的金属缓蚀剂和位阻型缓蚀剂的重量比为（0.01~0.05）：（0.5~1.5）；所述位阻型缓蚀剂为十二烷基苯磺酸；所述的金属缓蚀剂为3-氨基三氮唑和/或5-氨基四氮唑；
所述酸类物质为硝酸、丙二酸、苹果酸，所述硝酸、丙二酸、苹果酸的重量比为（1~1.2）：（0.8~1）：（1.9~2.0）；
所述组合物蚀刻线宽损失达到0.5μm以下。
2.根据权利要求1所述的双氧水系金属蚀刻液组合物，其特征在于，制备原料按重量百分比计为：氧化剂6-15%、酸类物质2-8%、有机碱2-8%、稳定剂0.05-0.5%、缓蚀剂0.01-2%、溶剂补充余量至100%。
3.根据权利要求1所述的双氧水系金属蚀刻液组合物，其特征在于，所述的有机碱选自四甲基氢氧化铵、氨水、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、二甲基乙二胺、三羟甲基氨基甲烷中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的双氧水系金属蚀刻液组合物，其特征在于，所述的稳定剂为苯基脲。
5.根据权利要求2所述的双氧水系金属蚀刻液组合物，其特征在于，所述的丙二酸、苹果酸的重量比为（2~2.5）：（1.9~2.0）。
6.一种双氧水系金属蚀刻液组合物的使用方法，其特征在于，包括形成金属层于基板上；使用权利要求1~5任一项所述的金属蚀刻液蚀刻该金属层。
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