JP6458913B1 - エッチング液 - Google Patents
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Abstract
Description
これに対応するため、従来はIGZO上に保護層を形成した後、ソース・ドレイン配線を形成するエッチストッパ型構造(図1参照)が採用されているが、製造が煩雑となり、その結果としてコストの増大につながっている。そこで、保護層を必要としないバックチャネルエッチ型構造(図2参照)を採用するため、IGZOへのダメージを抑えて、各種配線材料をエッチング可能なエッチング液が望まれている(非特許文献1参照)。
また、近年4K及び8Kパネルに代表されるようにパネルの高解像度化が急激に進んでいる。パネルの高解像度化が進むと画素を駆動させるための配線パターンが密になるが、バックライトから照射される光の損失を抑えるためには、配線幅を細く加工する必要がある。一方では配線に流れる電流量を確保するため、配線断面積を稼ぐには高い形状の配線加工が必要とされる。すなわち配線のテーパー角を高く加工できるエッチング液が望まれている。
現在、IGZOへのダメージを抑制したエッチング液として特開2016−11342号公報(特許文献1)に記載の低pHを特徴とした薬液が知られているが、十分なIGZOの防食性や加工性が達成できない。
[1]ヒドロキシエタンジホスホン酸(A)、ホスホン酸(B)、過酸化水素(C)、硝酸(D)、フッ素化合物(E)、アゾール(F)及びアルカリ(G)を含有するエッチング液であって、前記ホスホン酸(B)が、ジエチレントリアミンペンタメチレンホスホン酸、N,N,N’,N’−エチレンジアミンテトラキスメチレンホスホン酸及びアミノトリメチレンホスホン酸からなる群より選択される1種以上を含有し、前記ヒドロキシエタンジホスホン酸(A)の割合が0.01〜0.1質量%の範囲であり、前記ホスホン酸(B)の割合が0.003〜0.04質量%の範囲であるエッチング液。
[1]に記載のエッチング液。
ヒドロキシエタンジホスホン酸(A)は、式(1)で示される化合物である。
HEDP(A)のエッチング液中の割合は0.01〜0.1質量%の範囲であり、好ましくは0.03〜0.08質量%の範囲である。HEDP(A)の濃度範囲がこの範囲にあることで高いIGZOの防食性能を与えることができ、且つIGZO表面の荒れを防止することができる。
ホスホン酸(B)をHEDP(A)と共に使用することに より高いIGZOの防食性を与えることができ、同時に配線形状を高いテーパー角に加工することが可能になる。
本発明におけるホスホン酸(B)は、ジエチレントリアミンペンタメチレンホスホン酸、N,N,N’,N’−エチレンジアミンテトラキスメチレンホスホン酸及びアミノトリメチレンホスホン酸からなる群より選ばれる1種以上のホスホン酸である。これらの中で、N,N,N’,N’−エチレンジアミンテトラキスメチレンホスホン酸がIGZOへの防食性が高いため好ましい。
ホスホン酸(B)のエッチング液中の割合は0.003〜0.04質量%の範囲であり、好ましくは0.01〜0.03、より好ましくは0.015〜0.03質量%の範囲である。ホスホン酸(B)の濃度範囲がこの範囲にあることで高いIGZOの防食性能が達成できる。
過酸化水素(C)は酸化剤として銅を酸化する機能を有する。
過酸化水素(C)のエッチング液中の割合は4.0〜8.0質量%の範囲が好ましく、より好ましくは4.5〜7.5、特に好ましくは5.0〜6.5質量%の範囲である。過酸化水素(C)の濃度範囲がこの範囲にあることで、エッチング速度の確保と配線の局部腐食の抑制を好適に行うことができる。
硝酸(D)は過酸化水素により酸化した銅を溶解させる効果等を有する。
硝酸(D)のエッチング液中の割合は0.8〜7.0質量%の範囲が好ましく、より好ましくは1.5〜6.5、特に好ましくは2.0〜6.0の範囲である。硝酸(D)の濃度範囲がこの範囲にあることで、良好なエッチングレートが確保でき、かつ良好配線形状を得ることができる。
フッ素化合物(E)は、チタン系金属からなるバリア層をエッチングする機能がある。
フッ素化合物(E)の種類はフッ素イオンを発生するものであれば限定されない。具体例としてフッ化水素酸、フッ化アンモニウム及び酸性フッ化アンモニウムが挙げられ、これらの中で、低毒性であるためフッ化アンモニウム及び酸性フッ化アンモニウムが好ましい。フッ素化合物(E)は1種で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
フッ素化合物(E)のエッチング液中の割合は0.2〜0.8質量%の範囲が好ましく、より好ましくは0.2〜0.6質量%、特に好ましくは0.2〜0.5質量%の範囲である。フッ素化合物(E)の濃度範囲がこの範囲にあることで、チタン系金属なるバリア層の良好なエッチング速度を得ることができる。
アゾール(F)はエッチング速度のpHによる調整のために用いられる。アゾール(F)の具体例としては、1,2,4−トリアゾール、1H−ベンゾトリアゾール、5−メチル−1H−ベントトリアゾール、3−アミノ−1H−トリアゾールなどのトリアゾール類;1H−テトラゾール、5−メチル−1H−テトラゾール、5−フェニル−1H−テトラゾール、5−アミノ−1H−テトラゾールなどのテトラゾール類;1,3−チアゾール、4−メチルチアゾールなどのチアゾール類などが挙げられる。これらのうち、テトラゾール類が好ましく、なかでも液中で銅イオンと不溶性の塩を形成しない点で5−アミノ−1H−テトラゾールが好ましい。アゾール(F)は1種で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
アゾール(F)のエッチング液中の割合は、0.05〜0.35質量%の範囲が好ましく、より好ましくは0.05〜0.30質量%、特に好ましくは0.08〜0.25質量%である。アゾール(F)の濃度範囲がこの範囲にあることで、エッチング速度を好適に調整することが可能であり、良好な配線形状を得ることができる。
アルカリ(G)はエッチング速度のpHによる調整のために用いられる。アルカリ(G)は通常エッチング液として使用される種類であれば制限されず、例えばアンモニア、水酸化カリウム、第四級アンモニウムヒドロキシド及びアミン化合物が挙げられる。
アミン化合物としては、エチルアミン、イソプロピルアミンなどのアルキルアミン類;N−プロパノールアミン、N−メチルエタノールアミンに代表されるアルカノールアミン類;エチレンジアミンに代表されるジアミンが挙げられる。これらの中で、過酸化水素の安定性を悪化させない点で、第四級アンモニウムヒドロキシド、N−プロパノールアミン及びN−ブチルエタノールアミンが好ましい。アルカリ(G)は1種で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
アルカリ(G)のエッチング液中の割合は0.6〜10質量%の範囲が好ましく、好ましくは1.0〜9.0質量%、特に好ましくは2.0〜8.0質量%の範囲である。濃度範囲がこの範囲にあることでエッチング速度を好適に調節できる。
本発明のエッチング液には、本発明の目的を損なわない範囲で従来からエッチング液に用いられている添加剤、過酸化水素安定剤、界面活性剤、着色剤、消泡剤等を含むことができる。
本発明のエッチング液は、HEDP(A)、ホスホン酸(B)、過酸化水素(C)、硝酸(D)、フッ素化合物(E)、アゾール(F)、アルカリ(G)及び必要に応じてその他の成分に水(好ましくは超純水)を加えて均一になるまで攪拌することで調製される。
組成液のpHの範囲は特に制限されないが、通常1.5〜2.8であり、好ましくは1.8〜2.5である。この範囲にあることでIGZOを好適に防食しつつ、配線材料をエッチングすることができる。
本発明のエッチング液を対象物に接触させることで対象物をエッチングすることができる。
対象物に本発明のエッチング液を接触させる方法には特に制限はなく、例えば滴下(枚葉スピン処理)又はスプレーなどの形式により対象物に接触させる方法や、対象物を本発明のエッチング液に浸漬させる方法を採用することができる。
本発明のエッチング液を使用する温度範囲は、通常10〜70℃であり、好ましくは20〜50℃である。エッチング液を使用する時間は、通常0.2〜60分である。エッチング後のリンス液としては、有機溶剤と水のどちらも使用できる。
本発明のエッチング液が対象とする基板はIGZOを有していることが好ましく、IGZOは、インジウム、ガリウム、亜鉛及び酸素を含有する構成される半導体であれば特に制限はない。上記酸化物がアモルファス構造であっても結晶性を有していても良い。
IGZOを例えば、薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)等の電子素子として用いる場合、IGZOは、スパッタ法などの成膜プロセスを用いてガラス等の基板上に形成される。次いで、レジスト等をマスクにしてエッチングすることで電極パターンが形成される。さらにその上に、銅(Cu)及びチタン(Ti)等がスパッタ法などの成膜プロセスを用いて形成され、次いでレジスト等をマスクにしてエッチングすることでソース・ドレイン電極が形成される。
尚、特に指定しない限り、%は質量%を意味する。
<IGZOのエッチングレート及び表面状態評価用の基板(1)>
ガラス基板上にインジウム(In)、ガリウム(Ga)、亜鉛(Zn)及び酸素(O)の元素比が1:1:1:4であるIGZOを膜厚1000Å(100nm)でスパッタ法により形成した(100mm×100mm×1mm)。
ガラス基板にチタンを厚さ25nmでスパッタしてチタン層を形成し、次いで銅を600nmの厚さでスパッタし、配線素材の銅層を積層した。次にレジストを塗布し、パターンマスクを露光転写後、現像して配線パターンを形成し、ガラス基板上に銅層及びチタン層を含む多層薄膜を作製した(100mm×100mm×1mm)。
[IGZOのエッチングレート(E.R.(Å/sec))]
表1又は2に記載の(C)、(D)、(E)、(F)及び(G)成分濃度からなる組成物を調製した後、銅粉末6000ppm及びチタン粉末150ppmを各々添加し、金属が溶解するまで攪拌した。金属の溶解を確認した後、(A)及び(B)成分を所定濃度添加し、エッチング液とした。各々のエッチング液に基板(1)を35℃で20秒間静置浸漬することによりエッチングを行った。その後水洗し、窒素ガスを用いて乾燥させた。
エッチング後の膜厚をn&k Analyzer 1280(n&k Technology Inc.)により測定し、その膜厚差をエッチング時間で除することによりエッチングレートを算出し、以下の基準により判定した。
E:エッチングレート5Å/sec未満
G:エッチングレート5Å/sec〜8Å/sec未満
P:エッチングレート8Å/sec〜10Å/sec未満
B:エッチングレート10Å/sec以上
E、G及びPを合格とする。
IGZOのエッチングレートを測定した後のIGZO薄膜を切断し、表面の荒れ具合を走査型電子顕微鏡(型番;S5000H型、(株)日立製作所製)を用いて倍率50000倍(加速電圧2kV、加速電流10μA)で観察し、以下の基準により判定した。
E:平滑な表面状態
G:表面に僅かな荒れ発生、IGZO断面を走査型電子顕微鏡で観察した際、凹凸部の差が25nm未満あるいはIGZO表面を走査型電子顕微鏡で観察した際、単位面積(1200nm×1200nm)あたりの空隙部分の発生数が20ヶ所未満
B:表面に著しい荒れや空隙発生IGZO断面を走査型電子顕微鏡で観察した際、凹凸部の差が25nm以上あるいはIGZO表面を走査型電子顕微鏡で観察した際、単位面積(1200nm×1200nm)あたりの空隙部分の発生数が20ヶ所以上
E及びGを合格とする。
IGZOの断面観察の一例を図4に、表面観察の一例を図5に示す。
表1又は2に記載の(C)、(D)、(E)、(F)及び(G)成分濃度からなる組成物を調製した後、銅粉末6000ppm、チタン粉末150ppmを各々添加し、金属が溶解するまで攪拌した。金属の溶解を確認した後、(A)及び(B)成分を所定濃度添加し、エッチング液とした。各々のエッチング液に基板(2)を35℃で150秒間静置浸漬してエッチングを行い、その後水洗し、窒素ガスを用いて乾燥させた。
上記エッチング方法で得られた銅層及びチタン層を含む多層薄膜試料を切断し、断面を走査型電子顕微鏡(型番;S5000H型、(株)日立製作所製)を用いて倍率50000倍(加速電圧2kV、加速電流10μA)で観察した。
得られたSEM画像をもとに、図3で示されるテーパー角5を測定し、エッチング後の形状を以下の基準により判定した。
テーパー角 E:60°以上〜70°未満
G:50以上〜60°未満
B:50°未満又は70°以上
E及びGを合格とする。
B1:N,N,N’,N’エチレンジアミンテトラキスメチレンホスホン酸
B2:ジエチレントリアミンペンタメチレンホスホン酸
B3:アミノトリメチレンホスホン酸
B4:リン酸
B5:ホスホン酸
B6:ペンタエチレンオクタメチレンホスホン酸
E1:酸性フッ化アンモニウム
F1:5−アミノ−1H−テトラゾール
G1:第四級アンモニウムヒドロキシド
G2:水酸化カリウム
G3:N−ブチルエタノールアミン
G4:アンモニア
G5:1−アミノ−2プロパノール
2.配線層
3.バリア層
4.IGZO層
5.テーパー角
a;トップCDロス(a×2)
b;ボトムCDロス(b×2)
c;テイリング(c×2)
Claims (3)
- ヒドロキシエタンジホスホン酸(A)、ホスホン酸(B)、過酸化水素(C)、硝酸(D)、フッ素化合物(E)、アゾール(F)及びアルカリ(G)を含有するエッチング液であって、前記ホスホン酸(B)が、ジエチレントリアミンペンタメチレンホスホン酸、N,N,N’,N’−エチレンジアミンテトラキスメチレンホスホン酸及びアミノトリメチレンホスホン酸からなる群より選択される1種以上を含有し、前記ヒドロキシエタンジホスホン酸(A)の割合が0.01〜0.1質量%の範囲であり、前記ホスホン酸(B)の割合が0.003〜0.04質量%の範囲であり、インジウム・ガリウム・亜鉛酸化物上に形成された銅を含有する銅層及びチタンを含有するチタン系金属層をエッチングするためのエッチング液。
- 前記ホスホン酸(B)がジエチレントリアミンペンタメチレンホスホン酸である、請求項1に記載のエッチング液。
- 前記フッ素化合物(E)がフッ化アンモニウム又は酸性フッ化アンモニウムである、請求項1又は2に記載のエッチング液。
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