CN117721467A - 半导体用铜蚀刻液及其在旋转喷淋工艺中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种半导体用铜蚀刻液及其在旋转喷淋工艺中的应用，按质量百分比计，该铜蚀刻液含有1%~3%的过氧化物、1%~5%的磷酸、0.1%~1%的pH调节剂、0.5%‑1%的腐蚀抑制剂和0.01%‑0.1%的添加剂，余量为去离子水；其中腐蚀抑制剂为多酚类化合物；添加剂为磷酸酯甜菜碱。其中pH调节剂调节溶液的pH，使其维持酸性环境，减缓了过氧化物的分解，增强其稳定性，同时恒定的pH范围能有效地控制氧化铜的溶解速率进而稳定铜的蚀刻速率。腐蚀抑制剂抑制了对Ti的蚀刻，使得该蚀刻液对Ti粘附层有较高的选择比。添加剂的引入，降低了药液的表面张力，使其能很好的应用于旋转喷淋工艺，获得较好的均一性。
Description
技术领域
本发明属于半导体制造中金属层湿法蚀刻技术领域，具体涉及一种适用于旋转喷淋工艺的半导体用铜蚀刻液。
背景技术
在5G通信、智能家电与工业控制、工业物联网与医疗电子等多个战略性新兴产业迅速发展的时代，射频前端、MEMS传感器特种工艺半导体领域，以铜金属电阻低、电导率高、电迁移效应较小、制造成本低等优势，已经实现了从Al制程到铜制程的转换。
在铜作为金属电极层时，其下面还需加上Ti层，作为扩散阻挡层及粘附层，这就需要在蚀刻铜金属层时对Ti层有很高的选择比。许多专利文献报道了关于铜腐蚀的配方，但因其含氯含氟而对Ti阻挡层及Oxide等绝缘介质层有很强的腐蚀性，或者因其含有钠、钾等金属的盐而不适应于半导体高品质的制造需求。同时，该蚀刻技术被广泛用在封装、电路板、精密加工和电子零件加工等领域，其大多采用的浸泡工艺技术，导致其配方因其成分复杂、浓度高、成本高、黏度大、易起泡等缺陷无法直接应用于旋转喷淋工艺。
因此有待开发一款适用于半导体旋转喷淋工艺的低浓度组分的铜蚀刻液，其蚀刻速率稳定、对Ti层有很高的选择比，同时蚀刻均一性好。
发明内容
本发明提供了一种半导体用铜蚀刻液及其在旋转喷淋工艺中的应用，其对Ti层选择性高，且能够用于旋转喷淋工艺，获得较好的均一性。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：一种半导体用铜蚀刻液，按质量百分比计，该铜蚀刻液含有1％～3％的过氧化物、1％～5％的磷酸、0.1％～1％的pH调节剂、0.5％-1％的腐蚀抑制剂和0.01％-0.1％的添加剂，余量为去离子水；其中添加剂为磷酸酯甜菜碱。
进一步地，所述的过氧化物为过氧化氢、乙基过氧基苯、4,4′-过氧基二苯甲酸中的至少一种。
进一步地，所述的pH调节剂为醇胺或者氨基酸。
进一步地，所述pH调节剂为单乙醇胺、三乙醇胺、5-氨基-1-戊醇、L-赖氨酸或DL-瓜氨酸中的至少一种。
进一步地，所述的腐蚀抑制剂为茶多酚、鞣花酸、菜籽多酚中的至少一种。
进一步地，所述磷酸酯甜菜碱为十二烷基羟丙基磷酸酯甜菜碱、十四烷基羟丙基磷酸酯甜菜碱、十六烷基羟丙基磷酸酯甜菜碱中的任意一种。
进一步地，该铜蚀刻液的pH为1.6-2.0。优选pH为1.7-1.9。
本发明还涉及所述的半导体用铜蚀刻液的制备方法，按配比取各原料组分，依次按顺序加入去离子水、磷酸、腐蚀抑制剂、过氧化物和添加剂，每添加一个组分后，混匀后再加入下一个组分，最后加入pH调节剂调整至所需pH即得。
本发明还涉及所述的半导体用铜蚀刻液在旋转喷淋工艺中的应用。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的适用于半导体用的铜蚀刻液，以过氧化物为氧化剂，磷酸为溶解剂，添加pH调节剂控制溶液的pH，维持酸性环境，减缓过氧化物的分解，增强其稳定性，从而维持蚀刻速率的稳定性；同时恒定的pH范围能有效的控制氧化铜的溶解速率进而稳定铜的蚀刻速率。通过添加腐蚀抑制剂抑制对Ti的蚀刻，保持蚀刻液对Ti层较高的选择比；并通过添加磷酸酯甜菜碱添加剂，降低药液的表面张力的同时，避免了蚀刻液易起泡等缺陷，使其在铜金属层表面有很好的浸润性，加速了反应物和产物在铜界面处与药液间的交换速度，从而提高了蚀刻反应速率，并获得了良好的蚀刻均一性，能很好的应用于旋转喷淋工艺。
本发明提供的蚀刻液，各组分含量范围较低，大大降低了生产成本，用于半导体领域，能够维持稳定的蚀刻速率及良好的均一性，同时对Ti膜层有较高的选择比。
附图说明
图1为实施例及对比例中Cu试片的测试点示意图。
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。
本发明的半导体用铜蚀刻液由表1所述成分组成，余量为去离子水，配制顺序为去离子水、磷酸、腐蚀抑制剂、过氧化物、添加剂、最后添加有机醇胺或氨基酸调节溶液的pH。每添加一个组分后，用搅拌棒搅拌均匀后再加入下一个组分，直到添加完最后一个组分后均匀混合即可制得半导体用铜蚀刻液。其中各组分含量为质量百分数，用％表示。pH为蚀刻液的pH。
将上述制备好的半导体用铜蚀刻液在25℃条件下，对在硅基底上镀有Ti、Cu金属膜层的试片进行蚀刻实验。蚀刻方式为旋转喷淋蚀刻，Cu金属膜层蚀刻20s，Ti金属膜层蚀刻10min，利用四点探针记录金属膜层蚀刻前后的厚度，计算出各金属层的蚀刻速率，连续蚀刻Cu试片3片、Ti试片3片，量测出铜片如图1所示9个点的蚀刻速率，并求出每片9个测试点的平均蚀刻速率和每片的蚀刻均一性U％记录于表2中。U％＝(蚀刻速率MAX-蚀刻速率MIN)/2*蚀刻速率平均值，其中蚀刻速率MAX、蚀刻速率MIN、蚀刻速率平均值分别为9个测试点蚀刻速率的最大值、最小值和平均值。分别量测3片Ti中心点位置的蚀刻速率，并计算出3片的平均蚀刻速率并记录于表2中。
表2
根据上述实施例实验结果可以看出，本发明所提供的半导体用铜蚀刻液在旋转喷淋工艺下能够维持稳定的蚀刻速率及良好的均一性，同时对Ti膜层有较高的选择比。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。
Claims (10)
1.一种半导体用铜蚀刻液，其特征在于：按质量百分比计，该铜蚀刻液含有1%~3%的过氧化物、1%~5%的磷酸、0.1%~1%的pH调节剂、0.5%-1%的腐蚀抑制剂和0.01%-0.1%的添加剂，余量为去离子水；其中腐蚀抑制剂为多酚类化合物；添加剂为磷酸酯甜菜碱。
2.根据权利要求1所述的半导体用铜蚀刻液，其特征在于：所述的过氧化物为过氧化氢、乙基过氧基苯、4,4′-过氧基二苯甲酸中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的半导体用铜蚀刻液，其特征在于：所述的pH调节剂为醇胺或者氨基酸。
4.根据权利要求3所述的半导体用铜蚀刻液，其特征在于：所述pH调节剂为单乙醇胺、三乙醇胺、5-氨基-1-戊醇、L-赖氨酸或DL-瓜氨酸中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的半导体用铜蚀刻液，其特征在于：所述的多酚类化合物为茶多酚、鞣花酸、菜籽多酚中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的半导体用铜蚀刻液，其特征在于：所述磷酸酯甜菜碱为十二烷基羟丙基磷酸酯甜菜碱、十四烷基羟丙基磷酸酯甜菜碱、十六烷基羟丙基磷酸酯甜菜碱中的任意一种。
7.根据权利要求1~6任意一项所述的半导体用铜蚀刻液，其特征在于：该铜蚀刻液的pH为1.6-2.0。
8.根据权利要求7所述的半导体用铜蚀刻液，其特征在于：所述pH为1.7-1.9。
9.权利要求1~8任意一项所述的半导体用铜蚀刻液的制备方法，其特征在于：按配比取各原料组分，依次按顺序加入去离子水、磷酸、腐蚀抑制剂、过氧化物和添加剂，每添加一个组分后，混匀后再加入下一个组分，最后加入pH调节剂调整至所需pH即得。
10.权利要求1~8任意一项所述的半导体用铜蚀刻液在旋转喷淋工艺中的应用。
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