CN116948647A - 一种氮化物半导体蚀刻液、其制备方法与用途 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种氮化物半导体蚀刻液、其制备方法与用途，所述氮化物半导体蚀刻液包括重量配比如下的各组分：过氧化氢1‑20份；钠盐1‑10份；无机酸5‑40份；有机酸5‑10份；超纯水10‑30份。所述钠盐为二乙烯三胺五甲叉膦酸钠、二乙烯三胺五甲叉膦酸五钠和二乙烯三胺五甲叉膦酸七钠中的一种或多种。本发明还公开了氮化物半导体蚀刻液的制备方法及其在氮化物金属膜蚀刻领域的用途。本发明氮化物半导体蚀刻液能与氮化物金属膜发生蚀刻反应，同时能抑制过氧化氢分解，防止蚀刻后的金属离子吸附到基材表面，污染基材。

Description

一种氮化物半导体蚀刻液、其制备方法与用途
技术领域
本发明涉及蚀刻液技术，尤其涉及一种氮化物半导体蚀刻液、其制备方法与用途。
背景技术
金属氮化物如氮化钛(TiN)等通常可以应用于半导体器件、显示器、微机电系统(MEMS)器件、印刷线路板等领域，作为阻挡层抑制下层基材被蚀刻，具有保护膜的作用。金属氮化物层较难利用蚀刻液去除，一般通过化学机械抛光(CMP)的物理作用进行抛光，去除金属氮化物层。
目前公开了一些氮化物蚀刻液，例如：
CN102149851A公开了一种钛系金属、钨系金属、钛钨系金属或者它们的氮化物的蚀刻液，该蚀刻液含有过氧化氢、有机酸盐和水。通过使用该蚀刻液，可进行均匀的蚀刻。
KR1020180045185A公开了一种金属氮化物蚀刻剂组合物，该组合物含有过氧化物、有机酸、有机酸盐和水，能够提高包含钨(W)的金属氮化物层的蚀刻选择比。
CN111849486B公开了蚀刻组合物及使用该蚀刻组合物的蚀刻方法，其包含硫酸、过氧化氢、有机过氧化物及水。该蚀刻组合物有效地控制金属膜的蚀刻率的同时，可以选择性地蚀刻氮化金属膜。
虽然现有技术公开了一些氮化物蚀刻液，但是在复杂工艺和CMP的情况下，通常的湿法工艺效率低，在实际应用中受到限制，并且存在产生其它污染物、成本较高等问题。因此，需要开发一种安全、环保、高效的氮化物半导体蚀刻液，该蚀刻液可以选择性蚀刻多晶硅SiON、SiN上的氮化物金属膜。
发明内容
本发明的目的在于，针对传统氮化物蚀刻液蚀刻效率低，且易产生污染物污染基材的问题，提出一种氮化物半导体蚀刻液，该蚀刻液能与氮化物金属膜发生蚀刻反应，同时能抑制过氧化氢分解，防止蚀刻后的金属离子吸附到基材表面，污染基材。
需要注意的是，在本发明中，除非另有规定，涉及组成限定和描述的“包括”的具体含义，既包含了开放式的“包括”、“包含”等及其类似含义，也包含了封闭式的“由…组成”等及其类似含义。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种氮化物半导体蚀刻液，包括重量配比如下的各组分：
进一步地，所述过氧化氢的浓度为1-20％。如无特殊说明本发明中％均为质量百分含量。
进一步地，所述过氧化氢的浓度优选为5-10％。
进一步地，所述过氧化氢的浓度最优选为8％。
进一步地，所述过氧化氢为5-10份。
进一步地，所述钠盐为二乙烯三胺五甲叉膦酸钠、二乙烯三胺五甲叉膦酸五钠和二乙烯三胺五甲叉膦酸七钠中的一种或多种。
进一步地，所述钠盐优选为二乙烯三胺五甲叉膦酸钠。
进一步地，所述过氧化氢和二乙烯三胺五甲叉膦酸钠的质量比为4:1-1:4。
进一步地，所述过氧化氢和二乙烯三胺五甲叉膦酸钠的质量比优选为2:1-1:2。
进一步地，所述过氧化氢和二乙烯三胺五甲叉膦酸钠的质量比更优选为1.5:1。
进一步地，所述钠盐为3-8份。
进一步地，所述无机酸选自硝酸、氢氟酸、硫酸和盐酸中的一种或多种。
进一步地，所述无机酸优选硝酸和/或氢氟酸。
进一步地，所述无机酸优选硝酸和氢氟酸。
进一步地，所述硝酸和氢氟酸的质量比为1:1-1:10。
进一步地，所述硝酸和氢氟酸的质量比优选为1:1-1:5。
进一步地，所述硝酸和氢氟酸的质量比更优选为1:3。
进一步地，所述无机酸为10-30份。
进一步地，所述有机酸选自甲酸、乙酸、乙二酸、乳酸和柠檬酸中的一种或多种。
进一步地，所述有机酸优选乙酸。
进一步地，所述有机酸为6-8份。
进一步地，所述超纯水为15-25份。
进一步地，所述氮化物半导体蚀刻液的pH值为3-5。
进一步地，所述氮化物半导体蚀刻液的pH值优选为3.5-4.5。
本发明的另一个目的还公开了一种氮化物半导体蚀刻液的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：分别称取各组份；
步骤2：先加入超纯水，在搅拌的同时加入过氧化氢，再加入无机酸、钠盐，搅拌至完全溶解，最后加入有机酸，搅拌至均匀透明，即得所述氮化物半导体蚀刻液。
本发明的另一个目的还公开了一种氮化物半导体蚀刻液在氮化物金属膜蚀刻领域的用途。
本发明的另一个目的还公开了一种氮化物半导体蚀刻液蚀刻氮化物金属膜的方法，包括如下步骤：将所述氮化物金属膜的蚀刻液用超纯水稀释至50-80倍，然后在30-50℃下浸泡基材1-5h，即完成氮化物金属膜的蚀刻。
进一步地，在35-45℃下浸泡基材1h。
进一步地，将蚀刻后的基材放入超纯水中冲洗两到三次，即完成氮化物金属膜蚀刻后的清洗。
进一步地，清洗后的基材用无尘纸吸取表面水分，避免出现水对金属表面产生腐蚀的影响。
本发明氮化物半导体蚀刻液能选择性蚀刻多晶硅SiON、SiN上的氮化物金属膜，用于半导体及显示面板制造领域。具体地，本发明氮化物半导体蚀刻液与现有技术相比较具有以下优点：
1、本发明氮化物半导体蚀刻液中含有钠盐，尤其是具有弱酸性的二乙烯三胺五甲叉膦酸钠，可以作为金属缓蚀剂，以特定的比例与过氧化氢同时使用蚀刻效果更优，可以与氮化物金属膜发生蚀刻反应，有利于精准控制蚀刻速率；同时其可以抑制过氧化氢分解，防止蚀刻后的金属离子吸附到基材表面，污染基材。
2、本发明氮化物半导体蚀刻液粘度低于10Pa·s，易清洗干净，能够避免清洗后出现蚀刻液残留的问题。
3、本发明氮化物半导体蚀刻方法工艺简单，不需要高温浸泡，蚀刻后清洗时用超纯水即可将蚀刻液清洗干净。
因此，本发明氮化物半导体蚀刻液在半导体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是使用对比例1蚀刻液蚀刻氮化物金属膜后放大200倍明场的光学显微镜照片；
图2是使用实施例1蚀刻液蚀刻氮化物金属膜后放大200倍明场光学显微镜照片；
图3是对比例1(左)和实施例1(右)蚀刻氮化物金属膜后放大200倍暗场光学显微镜照片。
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
本实施例公开了多种氮化物半导体蚀刻液，其包含的组分及重量配比如表1所示。所述氮化物半导体蚀刻液的制备方法，包括以下步骤：按照表1称取各组份；先加入超纯水，在搅拌的同时加入过氧化氢，再加入无机酸、钠盐，搅拌至完全溶解，最后加入有机酸，搅拌至均匀透明，即得所述氮化物半导体蚀刻液。
表1实施例1-12氮化物半导体蚀刻液的组分及重量配比
对比例1-4
对比例1-4公开了多种氮化物半导体蚀刻液，其包含的组分及重量配比如表2所示。所述氮化物半导体蚀刻液的制备方法与实施例1相同。
表2对比例1-4氮化物半导体蚀刻液，其包含的组分及重量配比
性能测试与说明
下面对上述各实施例或对比例的各种性能进行测试，测试结果如表3所示，使用本发明实施例1-12的蚀刻液，具有较高的蚀刻速率，可以保持长时间有效，蚀刻后无残留，且对金属无损伤；而对比例1-4的蚀刻液蚀刻速率低、寿命短、蚀刻后有残留，且对金属有损伤。
表3性能测试结果
图1是使用对比例1蚀刻液蚀刻氮化物金属膜后放大200倍明场的光学显微镜照片；图2是使用实施例1蚀刻液蚀刻氮化物金属膜后放大200倍明场光学显微镜照片；图3是对比例1(左)和实施例1(右)蚀刻氮化物金属膜后放大200倍暗场光学显微镜照片如图1-3可见使用实施例1的蚀刻液蚀刻氮化物金属膜后，金属无损伤；而对比例1的蚀刻液蚀刻氮化物金属膜后，金属有明显损伤。
其中：
性能1失效时间的测试方法为：
将蚀刻液放置于室温下避光保存，并分别考察不同储存时间后的外在形态，从而考察了其各自的稳定性能。
性能2蚀刻效果的测试方法为：
步骤1：将所述氮化物金属膜的蚀刻液按比例配制后，使用该蚀刻液在40℃下浸泡镍基材1h。
步骤2：将所述浸泡后的基材用超纯水冲洗三次，即完成氮化物金属膜蚀刻后的冲洗。
步骤3：用光学显微镜观察氮化物金属膜蚀刻后，氮化物金属膜是否有残留，金属基材是否有损伤。
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蚀刻速率的测试方法为：
采用厚度仪通过五点测试取平均值来测定厚度，并测试蚀刻前基材的质量，待氮化物金属膜蚀刻完成后再测量蚀刻后基材质量，用蚀刻后的质量除以蚀刻前的质量再乘以蚀刻前厚度再除以蚀刻时间，即得出蚀刻速率。
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 (10)

1.一种氮化物半导体蚀刻液，其特征在于，包括重量配比如下的各组分：
过氧化氢 1-20份；
钠盐 1-10份；
无机酸 5-40份；
有机酸 5-10份；
超纯水 10-30份。
2.根据权利要求1所述氮化物半导体蚀刻液，其特征在于，所述过氧化氢的浓度为1-20％。
3.根据权利要求1所述氮化物半导体蚀刻液，其特征在于，所述钠盐为二乙烯三胺五甲叉膦酸钠、二乙烯三胺五甲叉膦酸五钠和二乙烯三胺五甲叉膦酸七钠中的一种或多种。
4.根据权利要求3所述氮化物半导体蚀刻液，其特征在于，所述过氧化氢和二乙烯三胺五甲叉膦酸钠的质量比为4:1-1:4。
5.根据权利要求1所述氮化物半导体蚀刻液，其特征在于，所述无机酸为硝酸、氢氟酸、硫酸和盐酸中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述氮化物半导体蚀刻液，其特征在于，所述有机酸为甲酸、乙酸、乙二酸、乳酸和柠檬酸中的一种或多种。
7.一种权利要求1-6任意一项所述氮化物半导体蚀刻液的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：分别称取各组份；
步骤2：先加入超纯水，在搅拌的同时加入过氧化氢，再加入无机酸、钠盐，搅拌至完全溶解，最后加入有机酸，搅拌至均匀透明，即得所述氮化物半导体蚀刻液。
8.一种权利要求1-6任意一项所述氮化物半导体蚀刻液在氮化物金属膜蚀刻领域的用途。
9.一种权利要求1-6任意一项所述氮化物半导体蚀刻液蚀刻氮化物金属膜的方法，其特征在于，包括如下步骤：将所述氮化物金属膜的蚀刻液用超纯水稀释至50-80倍，然后在30-50℃下浸泡基材1-5h，即完成氮化物金属膜的蚀刻。
10.根据权利要求9所述氮化物半导体蚀刻液蚀刻氮化物金属膜的方法，其特征在于，将蚀刻后的基材放入超纯水中冲洗两到三次，即完成氮化物金属膜蚀刻后的清洗。
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