CN115386877A - 一种性能优异的金属蚀刻液及其制备方法 - Google Patents
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Classifications
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Abstract
本发明属于C23F技术领域，更具体的涉及一种性能优异的金属蚀刻液及其制备方法。一种性能优异的金属蚀刻液组合物，制备原料包括氧化剂和含羟基聚合物；所述的含羟基聚合物的数均分子量为200‑10000。经本发明提供的金属蚀刻液组合物通过位阻型缓蚀剂聚乙烯醇的加入，可以减弱金属的侧蚀刻，减小线宽损失；pH稳定剂的加入，可以保证体系中存在合适的氢离子浓度，稳定了对金属的去除能力；经过本申请中丙二酸、苹果酸的加入，可以螯合金属离子，减弱金属离子对过氧化氢的催化分解作用，在稳定体系pH的同时可以稳定双氧水的分解，并且可以满足超高清中小尺寸面板的生产需求，生产过程无环境有害物加入，环保度高，废液处理成本低，在企业生产中具有较高的推广价值。
Description
技术领域
本发明属于C23F技术领域，更具体的涉及一种性能优异的金属蚀刻液及其制备方法。
背景技术
随着科技的发展技术的进步，液晶显示屏面板的制造领域的竞争也日趋激烈，为了生产高清晰度和高刷新率的中小尺寸的产品，有些研究者或者企业使用高世代线进行生产，但是此方法对金属导线的选择和蚀刻有了更高的要求。
但是传统的蚀刻常常以铜作为基本材质，并以钼、钼铌、钼钛镍作为界面层，为了满足制备得到高清晰度和高刷新率的中小尺寸的产品常常要求线宽损失小于0.5μm，锥角在50°左右，但是现阶段的药液很难达到上述要求。如专利公开号为CN113106454A的中国发明专利公开了一种蚀刻液和铜/钼金属线的蚀刻方法，在公开的专利中通过过氧化氢、有机酸、稳定剂、抑制剂、酸碱调节剂和无机盐的方案，制备得到一种蚀刻速率适中，稳定性号的蚀刻液，但是公开专利中的线宽损失为0.7μm以上，不符合现阶段高清晰度和高刷新率的中小尺寸的产品否认要求。
为了保证线宽损失小于0.5μm，锥角在50°左右，并且解决不同金属同步蚀刻时无倒角、裂缝、拖尾现象出现，仍需要开发一种性能优异的金属蚀刻液。
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性能优异的金属蚀刻液组合物，制备原料包括氧化剂和含羟基聚合物；所述的含羟基聚合物的数均分子量为200-2000。
在一些优选的实施方式中，所述的氧化剂为过氧化氢。
在一些优选的实施方式中，所述的含羟基聚合物选自聚乙烯醇、聚乙二醇、聚丙二醇中的至少一种。
在一些优选的实施方式中，所述的含羟基聚合物为聚乙烯醇和/或聚乙二醇。
进一步优选的，所述的含羟基聚合物为聚乙烯醇。
在一些优选的实施方式中，所述的含羟基聚合物的数均分子量为300-5000。
进一步优选的，所述的含羟基聚合物的数均分子量为300-3000。
在实验过程中申请人发现，在本体系中加入不同分子量的含羟基聚合物可以改变蚀刻液在基板表面的浸润性能，尤其数均分子量为300-3000的聚乙烯醇在本体系中使用时，其会因为含有的活性基团会促进与体系中其他活性物质的相互作用，稳定双氧水的分解，并且可以在光刻胶的下部形成空间位阻效应，减少蚀刻液对金属膜的侧蚀效应。
该聚合物对铜离子具有一定的络合作用，所以在高通离子浓度时，会产生絮状物，造成基板污染和滤芯堵塞。数均分子量低于200时，无法起到其应有的空间位阻效应，无法起到抑制侧蚀的作用。
在一些优选的实施方式中，制备原料还包括：分解抑制剂、pH稳定剂、缓蚀剂、溶剂。
在一些优选的实施方式中，所述的氧化剂和分解抑制剂的重量比为(50-100)：1。
进一步优选的，所述的氧化剂和分解抑制剂的重量比为70：1。
在一些优选的实施方式中，所述的分解抑制剂为苯基脲。
在一些优选的实施方式中，所述的缓蚀剂包括但不限于3-氨基三氮唑、5-氨基四氮唑，1,2,4-三氮唑。
在一些优选的实施方式中，所述的pH稳定剂选自有机酸、无机酸、有机碱、无机碱中的至少一种。
在一些优选的实施方式中，所述的pH稳定剂为有机碱。
进一步优选的，所述的有机碱为醇胺化合物。
进一步优选的，所述的醇胺化合物包括但不限于二甲基乙醇胺、异丙醇胺、三异丙醇胺、二异丙醇胺、三乙醇胺。
在一些优选的实施方式中，所述的pH稳定剂还包括含羧基化合物。
进一步优选的，所述的含羧基化合物包括但不限于硫酸、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，所述的含羧酸化合物为硝酸、丙二酸、苹果酸。
在一些优选的实施方式中，制备原料按重量百分比计，包括：氧化剂5-30％、含羟基聚合物0.1-5％、分解抑制剂0.01-1％、pH稳定剂2-30％、缓蚀剂0.01-1％、溶剂补充余量至100％。
在一些优选的实施方式中，制备原料按重量百分比计，包括：氧化剂5-10％、含羟基聚合物0.5-2％、分解抑制剂0.01-0.5％、pH稳定剂3-14％、缓蚀剂0.01-0.5％、溶剂补充余量至100％。
进一步优选的，所述的溶剂为去离子水。
本发明的第二方面提供了一种性能优异的金属蚀刻液组合物的制备方法，包括以下步骤：
将制备原料混合，在40℃下搅拌至完全溶解，静置，即得。
有益效果：经本发明提供的性能优异的金属蚀刻液组合物具有以下优点：
1.经本发明提供的金属蚀刻液组合物通过pH稳定剂的加入，可以保证体系中存在合适的氢离子浓度，提升了对金属的去除能力，并且，经过本申请中丙二酸、苹果酸的加入，可以螯合金属离子，减弱金属离子对过氧化氢的催化分解作用，在稳定体系pH的同时可以稳定双氧水的分解；
2.经本发明提供的金属蚀刻液组合物通过有机碱的加入，尤其是醇胺类有机碱的加入，可以对铜离子进行进一步络合，稳定过氧化氢的分解速率，稳定蚀刻环境，避免环境对蚀刻速率的影响，保证了蚀刻的质量；
3.经本发明提供的金属蚀刻液组合物通过含羟基聚合物的加入，可以改变蚀刻液对基板表面的润湿性能，质在光刻胶的下部空缺处形成空间位阻效应，减少蚀刻液对金属膜的侧蚀效应；
4.经本发明提供的蚀刻液组合物在蚀刻过程中，单边线宽损失达到0.40μm左右，锥角在50°左右(46°-53°)，不会导致后续工序的断线等不良现象出现，并且可以满足超高清中小尺寸面板的生产需求，生产过程无环境有害物加入，环保度高，废液处理成本低，在企业生产中具有较高的推广价值。
具体实施方式
实施例
实施例1
一种性能优异的金属蚀刻液组合物，制备原料按重量百分比计，组成如下：
| 原料名称 | 用量％ |
| 过氧化氢 | 7 |
| 硝酸 | 2.27 |
| 丙二酸 | 1.85 |
| 苹果酸 | 0.94 |
| 二甲基乙醇胺 | 3.28 |
| 异丙醇胺 | 1.96 |
| 聚乙烯醇 | 1.06 |
| 5-氨基四氮唑 | 0.04 |
| 苯基脲 | 0.1 |
| 水 | 81.5 |
其中，所述的聚乙烯醇的数均分子量为300-3000，购于济南创世化工有限公司；
一种性能优异的金属蚀刻液组合物的制备方法，包括以下步骤：
将制备原料混合，在40℃下搅拌至完全溶解，静置，即得。
实施例2
一种性能优异的金属蚀刻液组合物，制备原料按重量百分比计，组成如下：
| 原料名称 | 用量％ |
| 过氧化氢 | 7 |
| 硝酸 | 2.27 |
| 丙二酸 | 1.85 |
| 苹果酸 | 0.94 |
| 二甲基乙醇胺 | 3.28 |
| 异丙醇胺 | 1.96 |
| 聚乙烯醇 | 2 |
| 5-氨基四氮唑 | 0.04 |
| 苯基脲 | 0.1 |
| 水 | 80.56 |
其中，所述的聚乙烯醇的数均分子量为300-3000，购于济南创世化工有限公司；
一种性能优异的金属蚀刻液组合物的制备方法，包括以下步骤：
将制备原料混合，在40℃下搅拌至完全溶解，静置，即得。
实施例3
一种性能优异的金属蚀刻液组合物，制备原料按重量百分比计，组成如下：
| 原料名称 | 用量％ |
| 过氧化氢 | 7 |
| 硝酸 | 2.27 |
| 丙二酸 | 1.85 |
| 苹果酸 | 0.94 |
| 二甲基乙醇胺 | 3.28 |
| 异丙醇胺 | 1.96 |
| 聚乙烯醇 | 0.5 |
| 5-氨基四氮唑 | 0.04 |
| 苯基脲 | 0.1 |
| 水 | 82.06 |
其中，所述的聚乙烯醇的数均分子量为300-3000，购于济南创世化工有限公司；
一种性能优异的金属蚀刻液组合物的制备方法，包括以下步骤：
将制备原料混合，在40℃下搅拌至完全溶解，静置，即得。
对比例1
一种性能优异的金属蚀刻液组合物，制备原料按重量百分比计，组成如下：
一种性能优异的金属蚀刻液组合物的制备方法，包括以下步骤：
将制备原料混合，在40℃下搅拌至完全溶解，静置，即得。
对比例2
一种性能优异的金属蚀刻液组合物，制备原料按重量百分比计，组成如下：
| 原料名称 | 用量％ |
| 过氧化氢 | 7 |
| 硝酸 | 2.27 |
| 丙二酸 | 1.85 |
| 苹果酸 | 0.94 |
| 二甲基乙醇胺 | 3.28 |
| 异丙醇胺 | 1.96 |
| 聚乙烯醇 | 3 |
| 5-氨基四氮唑 | 0.04 |
| 苯基脲 | 0.1 |
| 水 | 79.56 |
其中，所述的聚乙烯醇的数均分子量为300-3000，购于济南创世化工有限公司；
一种性能优异的金属蚀刻液组合物的制备方法，包括以下步骤：
将制备原料混合，在40℃下搅拌至完全溶解，静置，即得。
对比例3
一种性能优异的金属蚀刻液组合物，制备原料按重量百分比计，组成如下：
| 原料名称 | 用量％ |
| 过氧化氢 | 7 |
| 硝酸 | 2.27 |
| 丙二酸 | 1.85 |
| 苹果酸 | 0.94 |
| 二甲基乙醇胺 | 3.28 |
| 异丙醇胺 | 1.96 |
| 聚乙烯醇 | 1.06 |
| 5-氨基四氮唑 | 0.04 |
| 苯基脲 | 0.1 |
| 水 | 81.5 |
其中，所述的聚乙烯醇的数均分子量为27000，型号P816862，购于麦克林试剂官网；
一种性能优异的金属蚀刻液组合物的制备方法，包括以下步骤：
将制备原料混合，在40℃下搅拌至完全溶解，静置，即得。
性能测试：
将实施例1-3和对比例1-3制备得到的蚀刻液，温度控制在30℃，将厚度为2000A的铜模和厚度为250A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。
通过以上性能测试结果显示：聚乙烯醇的添加量和分子量都对蚀刻液产生较大的影响，影响蚀刻结果，进而影响其在高清晰度和高刷新率的中小尺寸的产品中的应用价值。
Claims (10)
1.一种性能优异的金属蚀刻液组合物，其特征在于，制备原料包括氧化剂和含羟基聚合物；所述的含羟基聚合物的数均分子量为200-10000。
2.根据权利要求1所述的性能优异的金属蚀刻液组合物，其特征在于，所述的氧化剂为过氧化氢。
3.根据权利要求1所述的性能优异的金属蚀刻液组合物，其特征在于，所述的含羟基聚合物选自聚乙烯醇、聚乙二醇、聚丙二醇中的至少一种。
4.根据权利要求1～3任一项所述的性能优异的金属蚀刻液组合物，其特征在于，所述的含羟基聚合物为聚乙烯醇和/或聚乙二醇。
5.根据权利要求1所述的性能优异的金属蚀刻液组合物，其特征在于，所述的含羟基聚合物的数均分子量为200-10000；优选的，所述的含羟基聚合物的数均分子量为300-5000。
6.根据权利要求1所述的性能优异的金属蚀刻液组合物，其特征在于，制备原料还包括：分解抑制剂、pH稳定剂、缓蚀剂、溶剂。
7.根据权利要求6所述的性能优异的金属蚀刻液组合物，其特征在于，所述的氧化剂和分解抑制剂的重量比为(50-100)：1。
8.根据权利要求6所述的性能优异的金属蚀刻液组合物，其特征在于，所述的pH稳定剂选自有机酸、无机酸、有机碱、无机碱中的至少一种。
9.根据权利要求6～8任一项所述的性能优异的金属蚀刻液组合物，其特征在于，制备原料按重量百分比计，包括：氧化剂5-30％、含羟基聚合物0.1-5％、分解抑制剂0.01-1％、pH稳定剂2-30％、缓蚀剂0.01-1％、溶剂补充余量至100％。
10.一种根据权利要求6～9任一项所述的性能优异的金属蚀刻液组合物的制备方法，其特征在在于，包括以下步骤：
将制备原料混合，在40℃下搅拌至完全溶解，静置，即得。
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