CN116162460A - 一种防止侵蚀铝的缓冲氧化物蚀刻液 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种防止侵蚀铝的缓冲氧化物蚀刻液，该蚀刻液主要成分为氢氟酸、氟化铵、添加剂、有机溶剂以及超纯水。本发明的蚀刻液用于氧化层薄膜的蚀刻和清洗，并且可以防止对铝层的侵蚀。其中添加剂在改蚀刻液中具有较高的溶解度且容易分散，同时在铝膜表面能够形成稳定的保护效果；有机溶剂在HF体系中具有良好的溶解性，同时可以促进添加剂在蚀刻液中的溶解，避免低温下形成析出造成表面残留，同时一定的黏度提升可以改善铝膜表面的平整度，使表面粗糙度更低。本发明所述的蚀刻液大大提升了氧化层对铝层的蚀刻选择比，可满足PCB电路板引线构建中的蚀刻选择比要求。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种防止侵蚀铝的缓冲氧化物蚀刻液。
背景技术
电子化学品指电子工业配套的专用化学品，在集成电路、分立器件和电路板制造工艺中经常需要用到特定的质量要求高和功能性强的湿电子化学品。
在PCB电路板引线构建工艺中，经常会用到二氧化硅层作缓冲层或电性能隔离层，在后续需要将多余氧化硅层完全除去，通常采用干法去除工艺，但是干法蚀刻消耗时间长，并且表面会有明显的残渣残留，还需要进一步清洗，整个工艺的耗时大大增加；湿法去除通常会采用缓冲氧化物蚀刻液来蚀刻清洗氧化硅，缓冲氧化物蚀刻液(BOE)是用于二氧化硅薄膜蚀刻和清洗的常用湿法化学品，其成分主要是氟化氢(HF)、氟化铵(NH4F)和水，并通过调节氟化氢和氟化铵的含量来控制蚀刻速率，但是常规的BOE蚀刻液，二氧化硅对铝蚀刻速率的选择比往往很低，达不到与干法去除一样的效果，这时为了提高选择比而引入的添加剂，大大降低的蚀刻液对铝的腐蚀。有机溶剂的加入，进一步提高蚀刻液的黏度，既可以增加添加剂在蚀刻液里的溶解性，又能清洗铝表面的毛刺，大大降低铝表面的粗糙度。通过一步湿法蚀刻就可以达到干法蚀刻后再清洗的使用效果，大大缩减了制造工时。
发明内容
本发明提供一种防止侵蚀铝的缓冲氧化物蚀刻液，一步湿法蚀刻可达到对铝的保护效果，降低表面粗糙度，同时免去干法蚀刻后的清洗工艺，完全满足PCB电路板的工艺需求。
本发明的技术方案是，一种防止侵蚀铝的缓冲氧化物蚀刻液，按质量百分数计，该蚀刻液中含有0.1-10％氢氟酸、10-30％的氟化铵、0.01-0.3％的添加剂和10-50％的有机溶剂，剩余为超纯水。
进一步地，所述蚀刻液成分中的氢氟酸为电子级，质量浓度为48-50％。
进一步地，所述蚀刻液成分中的氟化铵为电子级，质量浓度为38-40％。
进一步地，所述的添加剂为烷烃或者官能团连接苯磺酸的结构。
进一步地，所述的添加剂为4-羟基苯磺酸、对氨基苯磺酸、苯肼-4-磺酸、4-乙基苯磺酸、4-异丙基苯磺酸和十二烷基苯磺酸中的任意一种。
进一步地，所述的有机溶剂为高聚醇，包括聚乙二醇、聚乙烯醇和聚丙二醇中的任意一种。
进一步地，所述超纯水在25℃的电阻率不低于18兆欧。
本发明还涉及所述蚀刻液在氧化层薄膜蚀刻和/或清洗中的应用。
进一步地，所述氧化层薄膜为BPSG、TEOS或SiO膜。
本发明具有以下有益效果：
本发明中的蚀刻液，其中氢氟酸用于蚀刻二氧化硅薄膜；氟化铵用于提供氟离子稳定蚀刻液的蚀刻速率；添加剂的特殊结构容易使其在氮铝薄膜表面形成吸附，且定向排列形成空间位阻，提高对铝的保护效果；有机溶剂增加溶液黏度，进一步平滑铝表面的毛刺，大大降低了铝膜的粗糙度，有效保护金属铝薄膜，用于蚀刻二氧化硅薄膜，还能满足PCB电路板的工艺中高选择性蚀刻的指标要求。
本发明所述的蚀刻液在满足PCB电路板制造工艺要求的同时，一步湿法蚀刻可以达到干法蚀刻后再清洗两步工序的效果，大大缩减了工时和成本。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。
实施例1
实施例1的组成：2.0wt％氢氟酸、25wt％氟化铵、0.1wt％4-羟基苯磺酸、25％聚乙二醇、余量为水。
实施例2
实施例2的组成：4.0wt％氢氟酸、25wt％氟化铵、0.1wt％4-羟基苯磺酸、25％聚乙二醇、余量为水。
实施例3
实施例3的组成：4.0wt％氢氟酸、25wt％氟化铵、0.05wt％4-羟基苯磺酸、20％聚乙烯醇、余量为水。
实施例4
实施例4的组成：4.0wt％氢氟酸、25wt％氟化铵、0.1wt％对氨基苯磺酸、25％聚丙二醇、余量为水。
实施例5
实施例5的组成：4.0wt％氢氟酸、25wt％氟化铵、0.1wt％苯肼-4-磺酸、25％聚丙二醇、余量为水。
实施例6
蚀刻液组成：4.0wt％氢氟酸、25wt％氟化铵、0.005wt％4-羟基苯磺酸、25％聚乙二醇、余量为水。
实施例7
蚀刻液的组成：4.0wt％氢氟酸、25wt％氟化铵、0.5wt％十二烷基苯磺酸、25％聚乙烯醇、余量为水。
实施例8
蚀刻液的组成：4.0wt％氢氟酸、25wt％氟化铵、0.1wt％对氨基苯磺酸、5％聚丙二醇、余量为水。
比较例9
比较例9的组成：4.0wt％氢氟酸、25wt％氟化铵、0.1wt％对氨基苯磺酸、余量为水。
比较例10
比较例10的组成：4.0wt％氢氟酸、25wt％氟化铵、0.1wt％对氨基苯磺酸、60％聚丙二醇、余量为水。
比较例11
比较例11的组成：4.0wt％氢氟酸、25wt％氟化铵、25wt％聚乙烯醇、余量为水。
比较例12
比较例12的组成：4.0wt％氢氟酸、25wt％氟化铵、余量为水。
蚀刻液配制完成后，先搅拌混合均匀，然后将装有蚀刻液的PFA瓶放入低温恒温槽中加热至23℃，待温度稳定一段时间后，分别将二氧化硅薄膜晶圆片和掺铜金属铝薄膜晶圆片放入蚀刻液中静置蚀刻，采用椭圆偏振光谱仪检测二氧化硅薄膜蚀刻前后的晶圆片厚度，采用四点探针电阻仪检测掺铜金属铝薄膜蚀刻前后的晶圆片厚度，根据蚀刻前后的厚度差/蚀刻时间分别计算出对应蚀刻速率，最后采用原子力显微镜测试掺铜金属铝薄膜表面的粗糙度。
上述实施例和比较例中的.蚀刻速率、蚀刻选择比和粗糙度见下表1。
表1
由表1可得，实施例1-5中蚀刻液对铝的蚀刻速率保持在很低的水平，二氧化硅对铝的蚀刻速率选择比均＞13，且铝膜蚀刻完后的表面粗糙度很低，Ra均＜4nm；实施例6中添加剂加入量过低，未能在铝膜表面形成吸附保护，因此对铝的蚀刻速率很快，但是有机溶剂存在仍然能够让铝膜表面粗糙度保持很低；实施例7因十二烷基苯磺酸的碳链长度很长导致溶解性较差，溶液呈浑浊状态，虽然蚀刻选择很高，但是会导致铝膜表面蚀刻不均匀，粗糙度升高；实施例8和比较例9中，因有机溶剂的添加量很低或者没有，不能有效平滑铝膜表面，粗糙度也很高；比较例10中有机溶剂的添加量过高，溶液流动性大大降低，传质效率变慢，严重影响了二氧化硅的蚀刻速率，不符合使用需求；比较例11无添加剂，不能有效抑制铝的腐蚀，达不到使用需求；比较例12中，常规的缓冲氧化物蚀刻液对铝膜腐蚀速率很高，也不能有效改善铝膜表面的粗糙度，在PCB电路板制造湿法蚀刻中是完全不能达到使用需求的。
显然，以上的实施例和比较例只是为了清晰演示所作的实例，而并非只限于如上的实施例。对于该领域的技术人员来说，以上的实施例有非常多的变化或组合方式，这里无需也无法例举所有的实施例。因此，基于以上实施例所进行的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种防止侵蚀铝的缓冲氧化物蚀刻液，其特征在于：按质量百分数计，该蚀刻液中含有0.1-10%氢氟酸、10-30%的氟化铵、0.01-0.3%的添加剂和10-50%的有机溶剂，剩余为超纯水。
2.根据权利要求1所述的蚀刻液，其特征在于：所述蚀刻液成分中的氢氟酸为电子级，质量浓度为48-50%。
3.根据权利要求1所述的蚀刻液，其特征在于：所述蚀刻液成分中的氟化铵为电子级，质量浓度为38-40%。
4.根据权利要求1所述的蚀刻液，其特征在于：所述的添加剂为烷烃或者官能团连接苯磺酸的结构。
5.根据权利要求4所述的蚀刻液，其特征在于：所述的添加剂为4-羟基苯磺酸、对氨基苯磺酸、苯肼-4-磺酸、4-乙基苯磺酸、4-异丙基苯磺酸和十二烷基苯磺酸中的任意一种。
6.根据权利要求1所述的蚀刻液，其特征在于：所述的有机溶剂为高聚醇，包括聚乙二醇、聚乙烯醇和聚丙二醇中的任意一种。
7. 根据权利要求1所述的蚀刻液，其特征在于：所述超纯水在 25℃的电阻率不低于18兆欧。
8.权利要求1~7任意一项所述蚀刻液在氧化层薄膜蚀刻和/或清洗中的应用。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于：所述氧化层薄膜为BPSG、TEOS或SiO膜。
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