CN115948746B - 一种Al/Mo蚀刻液、其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种Al/Mo蚀刻液、其制备方法与应用，所述Al/Mo蚀刻液包括重量配比如下的各组分：有机酸60‑90份；无机酸1‑10份；金属盐1‑10份；表面活性剂0.01‑1份；超纯水60‑80份。本发明Al/Mo蚀刻液对Al/Mo复合金属层具有高效蚀刻性能，能在显示面板Gate(即栅极，Gate和S/D作为驱动像素电路的基本电极，相当于三极管基极，源极，漏极)、S/D制造领域应用。本发明Al/Mo蚀刻液采用的各组分均为环保、无污染、且挥发损耗小的组分，对环境友好，无污染。

Description

一种Al/Mo蚀刻液、其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及蚀刻技术，尤其涉及一种Al/Mo蚀刻液、其制备方法与应用。

背景技术

传统的Al/Mo蚀刻液呈酸性，多采用磷酸-硝酸-乙酸体系，广泛应用于液晶显示器(TFT-LCD)、发光二极管(LED)、有机发光二极管(OLED)等。缺点是蚀刻产生的铝离子易在蚀刻过程中对其他表面造成损伤，并且蚀刻优良率较低，运输成本高，且污水淤泥处理负荷较大。

现有技术公开了一些Al/Mo蚀刻液，例如：

CN113529084A公开了一种用于TFT-array基片的蚀刻液，包含酸性成分40％-80％、DIW超纯水10％-30％和Mo蚀刻调节剂10％-30％；Mo蚀刻调节剂为铵盐和碱土金属盐；该蚀刻液以酸为主要成分，通过调节比例，解决了每种金属因蚀刻速度不同而产生的问题，也能有效改善伽伐尼克现象引起的过蚀刻，确保TFT-array基片的均匀性。

CN1760742A公开了一种薄膜晶体管液晶显示器的蚀刻组合物，其包含磷酸、硝酸、醋酸、H⁺浓度调节剂以及水的薄膜晶体管液晶显示器的蚀刻组合物。采用蚀刻组合物仅通过湿式工序即可以对Al-Nd、Mo/Al-Nd双重膜，以及Mo单一膜进行蚀刻。

CN102326235A公开了一种刻蚀溶液组合物，其包括含氟化合物和铁离子。蚀刻液组合物在对上部层积了由铝或铝合金构成的层、下部层积了由钛或钛合金构成的层的金属层积膜进行蚀刻时可以抑制侧面蚀刻，得到良好的截面形状。

采用上述蚀刻液蚀刻Al/Mo复合金属层仍不同程度的存在蚀刻性能不佳、安全性差、易造成环境污染的问题，因此，需要进一步优化和改进蚀刻液。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有Al/Mo蚀刻液存在蚀刻性能不佳、安全性差、易造成环境污染的问题，提出一种Al/Mo蚀刻液，该Al/Mo蚀刻液对Al/Mo复合金属层具有高效蚀刻性能，能在显示面板Gate(即栅极，Gate和S/D作为驱动像素电路的基本电极，相当于三极管基极，源极，漏极)、S/D制造领域应用，本发明Al/Mo蚀刻液采用的各组分环保、无污染、且挥发损耗小，对环境无污染。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种Al/Mo蚀刻液，包括重量配比如下的各组分：

进一步地，所述有机酸选自柠檬酸、酒石酸、草酸、乙醇酸、苯六甲酸、氮硫方酸、三氯乙酸、三硝基苯磺酸和2-巯基乙磺酸中的一种或几种。

进一步地，所述有机酸优选为2-巯基乙磺酸。

进一步地，所述有机酸为70-80份。

本发明采用有机酸(尤其是2-巯基乙磺酸)替代醋酸、氢氟酸、磷酸、甲酸、氨基磺酸等酸，2-巯基乙磺酸稀释时不会放热，本发明不含磷酸成分，不含易于挥发的有机类物质，且化学成分不包含在美国联邦环保署规定的危险和有毒物质的禁用目录。

2-巯基乙磺酸作为氧化剂具有调节pH值的功效，2-巯基乙磺酸能够有效地控制蚀刻液pH值，从而有效地控制其对Al/Mo复合金属层的蚀刻速率。

进一步地，所述无机酸选自氢溴酸、碘酸、次碘酸、氢氟酸和硝酸中的一种或几种。

进一步地，所述无机酸优选为硝酸。

进一步地，所述无机酸为6-9份。

进一步地，所述有机酸与无机酸的重量比为60:1-7.5:1。

进一步地，所述有机酸与无机酸的重量比优选为13:1-8:1。

在上述比例下，无机酸硝酸能提供足够的强氧化性用以完成刻蚀过程，有机酸能维持蚀刻液寿命(即当有机酸含量少于上述比例将导致蚀刻液寿命不佳)。本发明通过调节有机酸、无机酸及盐的比例，能够控制金属Al与金属Mo的刻蚀速率较为接近，抑制两种金属固有的电化学腐蚀。

进一步地，所述金属盐选自氯化铁、氯化铜、硫酸亚铁、硫酸铜、硫酸铝钾和硝酸银中的一种或几种。

进一步地，所述金属盐优选为硫酸铝钾。

硫酸铝钾水解后电离出钾离子，能够逆转Mo-Al电偶的自腐蚀电位，防止Mo过快腐蚀引起内缩；同时水解硫酸铝钾的过程还会生成少量胶状氢氧化铝，促进腐蚀过程中的质子交换。

进一步地，所述金属盐为3-5份。

进一步地，所述表面活性剂为离子型表面活性剂。

进一步地，所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、月桂基硫酸钠、全氟辛酸铵和全氟辛烷磺酸中的一种或几种。

进一步地，所述表面活性剂优选为月桂基硫酸钠。

月桂基硫酸钠易溶于水，具有乳化、发泡作用，其生物降解度大于90％。

进一步地，所述表面活性剂为0.01-0.04份。

进一步地，所述超纯水为65-75份。

本发明的另一个目的还公开了一种Al/Mo蚀刻液的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：分别按照重量配比称取各组份；

步骤2：将所有组份加入到容器中，并搅拌下加热至30-40℃，直至所有物料溶解完全，溶液为透明或浅蓝色，制备得到Al/Mo蚀刻液。

本发明的另一个目的还公开了一种Al/Mo蚀刻液在蚀刻Al/Mo复合金属层领域的用途。

进一步地，所述Al/Mo蚀刻液蚀刻Al/Mo复合金属层的方法，包括以下步骤：

将镀有Al/Mo复合金属层的基板浸没在所述蚀刻液中，进行蚀刻，蚀刻时间为60-110s，蚀刻完成后，蚀刻角度为40-60°。

进一步地，所述蚀刻时间为80-90s。

进一步地，所述蚀刻角度为50-55°。

本发明Al/Mo蚀刻液、其制备方法与应用，与现有技术相比较具有以下优点：

1)、本发明Al/Mo蚀刻液采用有机酸(尤其是2-巯基乙磺酸)替代醋酸、氢氟酸、磷酸、甲酸、氨基磺酸等酸，2-巯基乙磺酸稀释时不会放热，不含磷，不含易于挥发的有机类物质；2-巯基乙磺酸作为氧化剂具有调节pH值的功效，能够有效调节蚀刻液pH值，从而控制其对Al/Mo复合金属层的蚀刻速率。

2)、本发明Al/Mo蚀刻液引入2-巯基乙磺酸后，该蚀刻液的pH值得到有效控制，且蚀刻液稳定性较好，蚀刻后续污水可直接排放，无毒无污染。

3)、本发明Al/Mo蚀刻液添加了硫酸铝钾金属盐，一方面能有效阻止Mo由于接触电位引起的自腐蚀，另一方面也能促进整个腐蚀过程高效进行，Al与Mo层在电解液中相接触时会组成原电池，发生电偶腐蚀反应，尤其Al Mo都非惰性金属，电偶腐蚀倾向更强，Mo会因电化学作用而加快腐蚀，引起形貌不佳，即出现顶Mo内缩或底Mo内缩现象，金属盐的加入能够改变电解液组成，逆转Mo Al自腐蚀电位，降低电偶腐蚀倾向。

因此，本发明的Al/Mo蚀刻液在显示面板领域具有非常良好的应用前景和大规模工业化推广潜力。

附图说明

图1为刻蚀前光学显微镜下观察MoAlMo样片的表面形貌；

图2为刻蚀后光学显微镜下观察MoAlMo样片的表面形貌；

图3为使用实施例1制备的蚀刻液进行蚀刻后断面放大90000倍的SEM图片；

图4为使用实施例1制备的蚀刻液进行蚀刻后倾斜观测表面放大90000倍的SEM图片；

图5为是使用对比例1制备的蚀刻液进行蚀刻后断面放大90000倍的SEM图片；

图6为是使用对比例1制备的蚀刻液进行蚀刻后倾斜观测表面放大90000倍的SEM图片。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明进一步说明：

实施例1-12

实施例1-12公开了多种Al/Mo蚀刻液，其包含的组分及重量配比如表1所示，其制备方法如下：

步骤1：分别按照重量配比称取各组份；

步骤2：将所有组份加入容器中，并搅拌下加热至40℃，直至所有物料溶解完全，溶液为透明或浅蓝色，制备得到Al/Mo蚀刻液。

表1实施例1-12Al/Mo蚀刻液的组分及重量配比

对比例1-4

对比例1-4公开了多种Al/Mo蚀刻液，其包含的组分和重量配比如表2所示，其制备方法与实施例1相同。

表2对比例1-4Al/Mo蚀刻液的组分和重量配比

性能测试

下面，对上述各个蚀刻液的各种性能进行测试，具体如下。

图1为未经刻蚀的样片表面，从图2中可以看出经实施例1蚀刻液处理后，线条边缘出现了明显的台阶形貌，taper角为45～60°，CD-loss小于1μm，腐蚀表面形貌无金属残留，顶Mo层无内缩，侧边缘平齐。

从图3与图4中可知，经实施例1蚀刻液处理后的样片边缘呈现出平齐的梯形形貌，且上下的Mo层无明显的内缩，Al层边缘也无明显的毛刺形貌出现，这种形貌的边缘在后续膜层覆盖后能够实现良好的覆盖率，不易出现搭接不良或孔洞等缺陷。

从图5与图6中可以看出对比例1蚀刻液处理后，顶Mo与底Mo层出现了明显的腐蚀，相对于Al层缩进了更多，后续搭接时易发生塌陷，并且在膜层覆盖后可能形成孔洞，在退火时孔洞内的气体易导致器件炸裂，导致器件出现坏点。

表3为实施例1-12和对比例1-4的性能测试数据，可见实施例1-12Al/Mo蚀刻液体系均无明显刺激性气味，并且清洗后剥离基板表面无金属残留存在。最重要的是，通过调节有机酸、无机酸及盐的比例，能够控制金属Al与金属Mo的刻蚀速率较为接近，抑制两种金属固有的电化学腐蚀；能够防止如对比例2中出现的金属Mo的蚀刻速率明显高于金属Al的蚀刻速率的现象。

表3实施例1-12和对比例1-4的性能测试数据

其中：

性能1刺激性气味的测试方法为：

开盖后，用手扇闻蚀刻液气味。

性能2清洗效果的测试方法为：

使用本发明的上述实施例和对比例的蚀刻液对Al/Mo样片进行蚀刻，蚀刻后进行清洗，具体步骤如下：

步骤1：将所述蚀刻液按实施例中的比例配置，水浴加热至40℃，将样片浸没入蚀刻液并震荡直至样片透光代表深度方向蚀刻完成，最终蚀蚀刻间为蚀刻完成时间(EPD)延长50％；

步骤2：将所述Al/Mo样片放入超纯水中冲洗至少两次，并使用氮气吹干；

步骤3：在SEM下观察样片形貌。

在所述步骤1和2中使用的超纯水均为电阻至少为18MΩ的去离子水。

性能3粘度的测试方法为：

水浴将蚀刻液加热至40℃，使用粘度计对蚀刻液粘度进行测量。

性能4金属腐蚀速率的测试方法为：

使用本发明的上述实施例和对比例的蚀刻液对纯Al与纯Mo样片进行蚀刻，蚀刻后进行清洗，具体步骤如下：

步骤1：将所述蚀刻液按实施例中的比例配置，水浴加热至40℃，将样片浸没入蚀刻液并震荡，以10s为梯度，直至样片表面金属被完全刻蚀；

步骤2：将所述样片放入超纯水中冲洗至少两次，并使用氮气吹干；

步骤3：在SEM下测量样片厚度，计算求得平均蚀刻速率。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种Al/Mo蚀刻液，其特征在于，由重量配比如下的各组分组成：

有机酸 60-90份；

无机酸 1-10份；

金属盐 1-10份；

表面活性剂 0.01-1份；

超纯水 60-80份；

所述有机酸为2-巯基乙磺酸；

所述金属盐为硫酸铝钾；

所述无机酸选自氢溴酸、碘酸、次碘酸和硝酸中的一种或几种。

2.根据权利要求1所述Al/Mo蚀刻液，其特征在于，所述有机酸与无机酸的重量比为60:1-7.5:1。

3.根据权利要求1所述Al/Mo蚀刻液，其特征在于，所述表面活性剂为离子型表面活性剂。

4.一种权利要求1-3任意一项所述Al/Mo蚀刻液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：分别按照重量配比称取各组份；

步骤2：将所有组份加入到容器中，并搅拌下加热至30-40℃，直至所有物料溶解完全，溶液为透明或浅蓝色，制备得到Al/Mo蚀刻液。

5.一种权利要求1-3任意一项所述Al/Mo蚀刻液在蚀刻Al/Mo复合金属层领域的用途。

6.一种权利要求1-3任意一项所述Al/Mo蚀刻液蚀刻Al/Mo复合金属层的方法，其特征在于，包括以下步骤：

将镀有Al/Mo复合金属层的基板浸没在所述蚀刻液中，进行蚀刻，蚀刻时间为60-110s，蚀刻完成后，蚀刻角度为40-60°。