CN117779035A - 一种选择性铜及铜合金蚀刻液 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种选择性铜及其合金蚀刻液，所述的蚀刻液成分包括占蚀刻液总重量3‑12％的双氧水、4‑8％的有机酸、2‑6％的复配非离子型表面活性剂、0.05‑0.3％的络合剂，剩余为去离子水。有机酸可提供酸性环境，还可作为螯合剂与蚀刻产生的铜离子配位形成稳定的螯合物，使得蚀刻速率和蚀刻寿命更加稳定，其优选为柠檬酸。具有特定比例的复配型表面活性剂可以降低蚀刻液的表面张力，增强对试片表面的浸润性，使得蚀刻效果均匀且无残留，且能够保留原基板图案，达到良好的蚀刻效果。

Description

一种选择性铜及铜合金蚀刻液

技术领域

本发明属于金属湿法蚀刻和半导体显示技术交叉领域，具体涉及一种选择性铜及其合金蚀刻液。

背景技术

近年来，我国集成电路、显示面板产业快速发展。目前，用于以上制程的蚀刻技术主要包括气态的干法蚀刻和液态的湿法蚀刻。干法蚀刻选择比较差，工艺设备投资昂贵，湿法蚀刻是最早发展起来的蚀刻技术，能够控制对原材料的低损耗，广泛应用于半导体领域。蚀刻液作为功能性湿电子化学品的一种，能够将显影后未被掩模版覆盖的金属层通过蚀刻去除，而未蚀刻部分则保留下来作为电极使用。针对不同的金属层，蚀刻液的组成也不同。

为了减少信号延迟，用于线路布置的金属膜层通常选用具有较低电阻的铜或铜合金，线路蚀刻常以湿法对特制化学品进行蚀刻，将未经光刻胶保护的金属蚀刻掉形成线路。目前常用的铜及铜合金蚀刻液主要是双氧水系，但大多已报道的蚀刻液组分含量复杂，不易调控且稳定性较差，本发明旨在突出一种组分简单，具有高选择性，蚀刻均匀的铜及其合金蚀刻液。

发明内容

本发明是用于改善上述以往技术问题的发明，其目的在于，提供一种选择性铜及其合金蚀刻液，所述的蚀刻液成分包括占蚀刻液总重量3-12％的双氧水、4-8％的有机酸、2-6％的复配非离子型表面活性剂、0.05-0.3％的络合剂，剩余为去离子水。

进一步地，本发明涉及上述有机酸，选自柠檬酸、草酸、丙二酸、酒石酸、葡萄糖酸中的一种或几种，优选为柠檬酸。

进一步地，本发明涉及上述复配非离子型表面活性剂，由质量含量为2-6％的主表面活性剂和0.05-0.5％的次表面活性剂组成。

进一步地，本发明涉及上述主表面活性剂，选自聚乙二醇、异丙醇中的一种或几种，优选为聚乙二醇。

进一步地，本发明涉及上述次表面活性剂，选自脂肪醇聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚、异十醇聚氧乙烯醚、烯丙氧基聚氧乙烯醚、异辛醇聚氧乙烯醚、辛基酚聚氧乙烯醚中的一种或几种。

进一步地，所述蚀刻液成分中的络合剂，选自有机碱，优选为N，N-二甲基甲酰胺、吡啶、2，2'-联吡啶、4，4'-联吡啶、N-苯基脲中的一种或几种，进一步优选为N，N-二甲基甲酰胺。

本发明具有以下有益效果：

1、引入柠檬酸等有机酸可以提供酸性环境，提高蚀刻液的蚀刻速率，还可作为螯合剂与蚀刻产生的铜离子配位形成更加稳定的金属螯合物，避免铜离子加快双氧水的分解，使得蚀刻速率更加稳定，并且可以延长蚀刻液液的使用寿命。引入有机碱络合剂，其中的氨基可络合铜离子，避免形成氧化亚铜等催化剂，延缓双氧水分解。相对于难溶的N-苯基脲、吡啶类络合剂，本发明优选易溶的N，N-二甲基甲酰胺，便于生产。

2、非离子型表面活性剂不能在水溶液中溶解为离子，因此，稳定性高，不受酸、碱、盐的影响。此外，其水溶液的表面张力低，临界胶束浓度低，胶束聚集度大，使得其具有高表面活性、强去污能力和很强的增溶作用。且与离子型表面活性剂相比，非离子型表面活性剂的起泡不明显，这会减少对生产过程中所用滤芯的损伤，从而延长滤芯的寿命。两种具有特定比例的非离子型表面活性剂复配，其协同作用具有高疏水疏油性，能够极大地降低表面张力，从而提高蚀刻液的渗透性，最终达到蚀刻均匀的效果。

3、本发明设计的具有高选择性和高蚀刻速率的蚀刻液，组分简单，且蚀刻效果均匀，同样适用于铜合金等多层金属膜层的蚀刻。

具体实施方式

为更好地理解本发明，下文将结合图表的方式来充分地描述实施例，但是本发明要求保护的范围并不局限于实施例显示的范围。

本发明实施例和对比例中蚀刻温度均为室温25℃，蚀刻方式均是对试片采用裂片方式浸泡选择性蚀刻，搅拌速度为300rpm/min，记录结构片表面的铜及其合金刻完所需的时间，即为蚀刻终点时间，根据金属膜层厚度比蚀刻终点时间计算出蚀刻速率。本发明中铜及其合金蚀刻液的母液的选择是通过调控蚀刻液中双氧水的含量以及络合剂的种类来调节金属铜及其合金的蚀刻速率，进而通过调节复配非离子型表面活性剂的成分和含量比例使得蚀刻液能够高选择性地蚀刻铜及其合金。整个蚀刻过程中，蚀刻液对铜的蚀刻速率基本保持在左右。随后，将蚀刻后的结构片通过光镜放大观察，检验具有复杂结构的基板上的铜及其合金是否被有选择性地刻蚀干净，验证蚀刻液的蚀刻效果，若有大量铜残留则均匀性不好，反之。

实施例1-15中各组分与含量见表1。

表1含量为wt％，其中每个实施例中均含有5.5wt％的双氧水。

观察溶液现象，透明澄清用“□”表示，浑浊用“Δ”表示。取等量溶液于离心管中，同条件下翻转5次，静止1分钟后观察溶液起泡高度，低于0.5cm用“◇”表示，高于0.5cm用“◇◇”表示。用超景深显微镜观察试片，作为蚀刻后的铜残留的评价，将无铜残的状态记作“O”，将有少量铜残的状态记作“×”，将有大量铜残的状态记作“××”。以上实验结果见表2。

表2

显然，以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明。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 (6)

1.一种选择性铜及其合金蚀刻液，其特征在于，所述的蚀刻液成分包括占蚀刻液总重量3-12％的双氧水、4-8％的有机酸、2-6％的复配非离子型表面活性剂、0.05-0.3％的络合剂，剩余为去离子水。

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有机酸为柠檬酸、乙二酸、丙二酸、酒石酸、葡萄糖酸中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的蚀刻液，其特征在于，所述复配非离子型表面活性剂，由质量含量为2-6％的主表面活性剂和0.05-0.5％的次表面活性剂组成。

4.根据权利要求3所述的蚀刻液，其特征在于，主表面活性剂为聚乙二醇。

5.根据权利要求3所述的蚀刻液，其特征在于，所述次表面活性剂选自脂肪醇聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚、异十醇聚氧乙烯醚、烯丙氧基聚氧乙烯醚、异辛醇聚氧乙烯醚、辛基酚聚氧乙烯醚中的一种或几种。

6.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络合剂，选自N，N-二甲基甲酰胺、吡啶、2，2'-联吡啶、4，4'-联吡啶、N-苯基脲中的一种或几种，优选为N，N-二甲基甲酰胺。