CN116145142A - 一种面板行业用金属碱性蚀刻液及其制备方法 - Google Patents

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戈烨铭
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    • C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
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Abstract

本发明提供了一种面板行业用的用于蚀刻铜的碱性蚀刻液，其包含氯化铜、氯化铵、氨水、护岸剂、湿润剂和水。优选地，所述护岸剂是8‑巯基喹啉，所述湿润剂是2‑苯氧基乙醇。

Description

一种面板行业用金属碱性蚀刻液及其制备方法
技术领域
本发明涉及液晶显示器薄膜晶体管(TFT)行业电子化学品技术领域，具体涉及一种面板行业用的用于蚀刻铜的碱性蚀刻液及其制备方法。
发明背景
近年来，为适应终端用户的需求，液晶显示器逐渐向大尺寸、高分辨率方向发展，但大尺寸的面板会提高导线的阻抗，降低信号传输速度。为适应面板行业的发展，用具有较低的电导率和优良的抗电迁移性的金属铜及其合金代替铝及其合金，可以有效降低导线阻抗和电流损耗，提高信号传输速度，精简驱动IC的制程。
蚀刻工艺是TFT-LCD工艺中非常重要的工艺之一，其主要是利用某些特定的物理或化学反应将对象材料腐蚀去除的过程。蚀刻分为湿法蚀刻和干法蚀刻，其中湿法刻蚀因高的生产率、高的选择性等优点在行业内长期应用。目前在工业中广泛使用的湿法蚀刻液主要有酸性氯化铜蚀刻液和碱性氯化铜蚀刻液。其中，碱性氯化铜蚀刻液使用氯化铜与氨水络合反应所生成的二价铜氨络合物Cu(NH3)4Cl2作为蚀铜剂，并与氧气、NH4 +和Cl-反应，进行蚀铜剂的再生。但是湿法刻蚀工艺同时也有一些缺点，例如碱性氯化铜蚀刻液具有各向同性刻蚀的效果，会导致出现侧蚀，过多的侧蚀会导致导线线宽的减少，影响产品的电学特性。因此，开发一款可以减少侧蚀的铜蚀刻液就尤为重要。
发明内容
本发明通过提供一种改进的碱性氯化铜蚀刻液解决了上述问题。
具体地，本发明提供了一种面板行业用的用于蚀刻铜的碱性蚀刻液，其包含氯化铜、氯化铵、氨水、护岸剂、湿润剂和水。
在具体的实施方案中，本发明提供了一种面板行业用的用于蚀刻铜的碱性蚀刻液，其包含110-150g/L氯化铜、140-160g/L氯化铵、20-30％氨水、6-10mg/L护岸剂、0.4-1.0g/L湿润剂，其余为水。
在优选的实施方案中，护岸剂的浓度为8mg/L。
在优选的实施方案中，湿润剂的浓度为0.6g/L。
在具体的实施方案中，所述护岸剂选自甲基四唑、巯基丙二醇、苯并咪唑、苯并三氮唑、2-巯基苯并噻唑、8-羟基喹啉或8-巯基喹啉。
在优选的实施方案中，所述护岸剂是8-巯基喹啉。
如本文所用，8-巯基喹啉具有以下结构：
Figure BDA0003974422750000021
在具体的实施方案中，所述湿润剂选自2-苯氧基乙醇。
如本文所用，2-苯氧基乙醇具有以下结构：
Figure BDA0003974422750000022
在具体的实施方案中，本发明的碱性蚀刻液的pH值为8.0-9.0，例如8.5。
因此，在优选的实施方案中，本发明提供了一种面板行业用的用于蚀刻铜的碱性蚀刻液，其包含110-150g/L氯化铜、140-160g/L氯化铵、20-30％氨水、8mg/L 8-巯基喹啉、0.6g/L 2-苯氧基乙醇，其余为水。
本发明还提供了用于制备如本文所述的碱性蚀刻液的方法，包括
1)称取预定量的氯化铵、护岸剂、湿润剂加入水中，搅拌直至完全溶解，
2)称取预定量的氯化铜加入步骤1)的溶液中，搅拌直至完全溶解，
3)向步骤2)的溶液加入适当量的氨水以将溶液pH调节至预定值。
在具体的实施方案中，所述方法中各组分的预定量如下：110-150g/L氯化铜、140-160g/L氯化铵、20-30％氨水、6-10mg/L护岸剂、0.4-1.0g/L湿润剂。
在优选的实施方案中，护岸剂的浓度为8mg/L。
在优选的实施方案中，湿润剂的浓度为0.6g/L。
在优选的实施方案中，所述护岸剂是8-巯基喹啉。
如本文所用，8-巯基喹啉具有以下结构：
Figure BDA0003974422750000031
在具体的实施方案中，所述湿润剂选自2-苯氧基乙醇。
如本文所用，2-苯氧基乙醇具有以下结构：
Figure BDA0003974422750000032
在优选的实施方案中，所述方法中pH值为8.0-9.0，例如8.5。
本发明的有益效果
本发明人在传统的碱性氯化铜蚀刻液的基础上添加8-巯基喹啉作为护岸剂并添加2-苯氧基乙醇作为润湿剂，使得蚀刻液在蚀刻作业时的侧蚀显著减少，蚀刻因子从2.8大幅提到高了4.0。而仅添加8-巯基喹啉或2-苯氧基乙醇则没有此显著的侧蚀改善效果。这表明8-巯基喹啉和2-苯氧基乙醇能够协同作用以改善蚀刻液的侧蚀效应。另一方面，本发明人还发现8-巯基喹啉的结构相似化合物也无法实现此效果，证明8-巯基喹啉和2-苯氧基乙醇在本发明的碱性蚀刻液中的这样的协同作用是特异性的。
实施例
以下结合具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
实施例1：
用于蚀刻含铜金属层的碱性蚀刻液的制备：
1)称取150g/L氯化铵、6mg/L 8-巯基喹啉、0.4g/L 2-苯氧基乙醇加入水中，搅拌直至完全溶解，
2)称取135g/L氯化铜加入步骤1)的溶液中，搅拌直至完全溶解，
3)向步骤2)的溶液加入约22％的氨水以将溶液pH调节至8.5。
使用本实施例的蚀刻液进行蚀刻作业的工艺方法，工艺步骤为：
1)将蚀刻液倒入蚀刻缸中，将蚀刻缸的温度设定为55℃，蚀刻机的蚀刻液喷嘴压力设定为2kg/cm2，开始蚀刻作业；自动检测投料控制机会自动投料补充平衡蚀刻液中的各组份，以使比重保持在指定的数值；
2)取大小为620×540mm、铜厚为1oz、显影线宽线距为50.8μm的蚀刻因子测试线路板和大小为500×300mm×1.5mm纯铜蚀刻速率测试板放入蚀刻机中作喷淋腐蚀测试，并使用本行业所公知的方法计算蚀刻速率与蚀刻因子K，结果显示在表1中。
实施例2：
用于蚀刻含铜金属层的碱性蚀刻液的制备：
1)称取150g/L氯化铵、8mg/L 8-巯基喹啉、0.6g/L 2-苯氧基乙醇加入水中，搅拌直至完全溶解，
2)称取135g/L氯化铜加入步骤1)的溶液中，搅拌直至完全溶解，
3)向步骤2)的溶液加入约23％的氨水以将溶液pH调节至8.5。
如实施例1所述，使用本实施例的蚀刻液进行蚀刻作业的工艺方法，并计算蚀刻速率与蚀刻因子K，结果显示在表1中。
实施例3：
用于蚀刻含铜金属层的碱性蚀刻液的制备：
1)称取150g/L氯化铵、10mg/L 8-巯基喹啉、1.0g/L 2-苯氧基乙醇加入水中，搅拌直至完全溶解，
2)称取135g/L氯化铜加入步骤1)的溶液中，搅拌直至完全溶解，
3)向步骤2)的溶液加入约25％的氨水以将溶液pH调节至8.5。
如实施例1所述，使用本实施例的蚀刻液进行蚀刻作业的工艺方法，并计算蚀刻速率与蚀刻因子K，结果显示在表1中。
比较例1：
用于蚀刻含铜金属层的碱性蚀刻液的制备：
1)称取150g/L氯化铵加入水中，搅拌直至完全溶解，
2)称取135g/L氯化铜加入步骤1)的溶液中，搅拌直至完全溶解，
3)向步骤2)的溶液加入约20％的氨水以将溶液pH调节至8.5。
如实施例1所述，使用本实施例的蚀刻液进行蚀刻作业的工艺方法，并计算蚀刻速率与蚀刻因子K，结果显示在表1中。
比较例2：
用于蚀刻含铜金属层的碱性蚀刻液的制备：
1)称取150g/L氯化铵、8mg/L 8-巯基喹啉加入水中，搅拌直至完全溶解，
2)称取135g/L氯化铜加入步骤1)的溶液中，搅拌直至完全溶解，
3)向步骤2)的溶液加入约23％的氨水以将溶液pH调节至8.5。
如实施例1所述，使用本实施例的蚀刻液进行蚀刻作业的工艺方法，并计算蚀刻速率与蚀刻因子K，结果显示在表1中。
比较例3：
用于蚀刻含铜金属层的碱性蚀刻液的制备：
1)称取150g/L氯化铵、0.6g/L 2-苯氧基乙醇加入水中，搅拌直至完全溶解，
2)称取135g/L氯化铜加入步骤1)的溶液中，搅拌直至完全溶解，
3)向步骤2)的溶液加入约23％的氨水以将溶液pH调节至8.5。
如实施例1所述，使用本实施例的蚀刻液进行蚀刻作业的工艺方法，并计算蚀刻速率与蚀刻因子K，结果显示在表1中。
比较例4：
用于蚀刻含铜金属层的碱性蚀刻液的制备：
1)称取150g/L氯化铵、8mg/L 8-羟基喹啉、0.6g/L 2-苯氧基乙醇加入水中，搅拌直至完全溶解，
2)称取135g/L氯化铜加入步骤1)的溶液中，搅拌直至完全溶解，
3)向步骤2)的溶液加入约23％的氨水以将溶液pH调节至8.5。
如实施例1所述，使用本实施例的蚀刻液进行蚀刻作业的工艺方法，并计算蚀刻速率与蚀刻因子K，结果显示在表1中。
蚀刻液 蚀刻速率(μm/min) 蚀刻因子
实施例1 30.2 3.9
实施例2 29.8 4.0
实施例3 28.9 3.8
比较例1 30.5 2.8
比较例2 29.6 3.0
比较例3 30.4 2.8
比较例4 28.5 3.1
从以上结果可以看出，将8-巯基喹啉和2-苯氧基乙醇联合使用时，能够协同改善碱性氯化铜蚀刻液的侧蚀，并且对蚀刻速率的影响可以忽略不计。而8-羟基喹啉和2-苯氧基乙醇的联合使用则没有此协同效应。
在说明书的描述中，参考术语“一个实施方案”、“具体实施方案”、“实例”等的描述意指结合该实施方案或实例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方案或实例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方案或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施实施方案或实例中以合适的方式结合。

Claims (10)

1.一种面板行业用的用于蚀刻铜的碱性蚀刻液，其包含氯化铜、氯化铵、氨水、护岸剂、湿润剂和水。
2.权利要求1的碱性蚀刻液，其中所述碱性蚀刻液包含110-150g/L氯化铜、140-160g/L氯化铵、20-30％氨水、6-10mg/L护岸剂、0.4-1.0g/L湿润剂。
3.权利要求1或2的碱性蚀刻液，其中所述护岸剂选自甲基四唑、巯基丙二醇、苯并咪唑、苯并三氮唑、2-巯基苯并噻唑、8-羟基喹啉或8-巯基喹啉，
优选地，所述护岸剂是8-巯基喹啉。
4.权利要求1或2的碱性蚀刻液，其中所述湿润剂选自2-苯氧基乙醇。
5.权利要求1-4中任一项的碱性蚀刻液，其pH值为8.0-9.0。
6.一种制备权利要求1的碱性蚀刻液的方法，包括
1)称取预定量的氯化铵、护岸剂、湿润剂加入水中，搅拌直至完全溶解，
2)称取预定量的氯化铜加入步骤1)的溶液中，搅拌直至完全溶解，
3)向步骤2)的溶液加入适当量的氨水以将溶液pH调节至预定值。
7.权利要求6的方法，其中各组分的预定量如下：110-150g/L氯化铜、140-160g/L氯化铵、20-30％氨水、6-10mg/L护岸剂、0.4-1.0g/L湿润剂。
8.权利要求6或7的方法，其中所述护岸剂选自甲基四唑、巯基丙二醇、苯并咪唑、苯并三氮唑、2-巯基苯并噻唑、8-羟基喹啉或8-巯基喹啉，
优选地，所述护岸剂是8-巯基喹啉。
9.权利要求6或7的方法，其中所述湿润剂选自2-苯氧基乙醇。
10.权利要求6-9中任一项的的方法，其中pH值为8.0-9.0。
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