TWI641725B - 鈦鎢合金的蝕刻液 - Google Patents

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Abstract

本發明揭露一種鈦鎢合金的蝕刻液，該鈦鎢合金的蝕刻液包含a)10~32重量百分比之氧化劑、b)1.32~6.78重量百分比之pH調整劑、c)0.1~14重量百分比之銅腐蝕抑制劑、d)2~14重量百分比之pH緩衝劑及e)35~66重量百分比之水。本發明是藉由將pH緩衝劑加入於鈦鎢合金的蝕刻液中，使得在鈦鎢合金的蝕刻期間可以有效地減緩蝕刻液pH值的降低，故蝕刻液不會因為pH值的降低而腐蝕銅金屬。

Description

鈦鎢合金的蝕刻液
本發明是關於一種蝕刻液，特別是有關於一種鈦鎢合金的蝕刻液。
請參照第1圖，在習知的半導體封裝凸塊(flip chip bump)製程中，需要濺鍍一凸塊下金屬化(Under Bump Metallization，UBM)層10當作凸塊20電鍍時的導電層。該凸塊下金屬化(UBM)層10由上至下依序包含一種子層101(材質為銅)及一黏附層102(材質為鈦或鈦鎢合金)。電鍍完凸塊20後，須將無電鍍結構的凸塊下金屬化(UBM)層10以濕蝕刻方式去除。首先是將上層的種子層101以蝕刻去除，再將下層裸露的黏附層102去除。
普遍對於鈦鎢合金的蝕刻如中華民國專利公告號第I369724號中所揭露的，是以含有25重量百分比至35重量百分比雙氧水之蝕刻液並在35℃至50℃之間的溫度下進行蝕刻(申請專利範圍第1、9、11及19項)，然而其蝕刻速率慢，縱使藥水成本低廉但不利於操作。
進一步改良的鈦鎢合金的蝕刻液是將雙氧水的pH值調整至大於4，其蝕刻速率快，但是在蝕刻液的蝕刻中後期，其pH值會隨著鈦鎢合金於蝕刻液中的溶解量增加而下降，進而造成了由銅金屬所組成的種子層 101的腐蝕，導致銅金屬的底切量(undercut)增加。
在先前技術中控制銅金屬底切量的方法是在鈦鎢合金的蝕刻液中加入銅腐蝕抑制劑。然而，隨著銅腐蝕抑制劑的強度增加，鈦鎢合金的蝕刻速率也會隨之降低。
因此，有必要提供一種改進的鈦鎢合金的蝕刻液，以解決先前技術所存在的問題。
有鑑於此，本發明目的在於提供一種鈦鎢合金的蝕刻液，其是藉由將pH緩衝劑加入於鈦鎢合金的蝕刻液中，使得在鈦鎢合金的蝕刻期間可以有效地減緩蝕刻液pH值的降低，故蝕刻液不會因為pH值的降低而腐蝕銅金屬。
為達成上述目的，本發明提供一種鈦鎢合金的蝕刻液，其用於蝕刻鈦鎢合金且在蝕刻期間可有效地抑制銅金屬的腐蝕，該鈦鎢合金的蝕刻液包括：10~32重量百分比之氧化劑；1.32~6.78重量百分比之pH調整劑；0.1~14重量百分比之銅腐蝕抑制劑；2~14重量百分比之pH緩衝劑；以及35~66重量百分比之水。
在本發明的一實施例中，該pH緩衝劑包括：一包含有鄰苯二甲酸氫鉀(potassium hydrogen phthalate)、氯化氫及氫氧化鈉的pH緩衝劑；一包含有檸檬酸(citrate acid)、氯化氫及氫氧化鈉的pH緩衝劑；一包 含有乙酸、氯化氫及氫氧化鈉的pH緩衝劑；或一包含有乙酸及乙酸鈉(sodium acetate)的pH緩衝劑，但本發明不限於此。
在本發明的一實施例中，該銅腐蝕抑制劑包括聚丙二醇(poly(propylene glycol)，PPG)、5-氨基四唑(5-Aminotetrazole，5-ATZ)、聚乙二醇(poly(ethylene glycol)，PEG)、酚磺酸(Phenol Sulfonic Acid，PSA)、甲基苯並三唑(Methylbenzotriazole，MBT)、甲苯基三氮唑(Tolyltriazole，TTA)或1,2,3-苯并三唑(1,2,3-bezotriazol，BTA)，但本發明不限於此。
在本發明的一實施例中，該銅腐蝕抑制劑是一不影響鈦鎢合金之蝕刻速率的銅腐蝕抑制劑。
在本發明的一實施例中，該銅腐蝕抑制劑包括聚乙二醇(PEG)或酚磺酸(PSA)，但本發明不限於此。
在本發明的一實施例中，該氧化劑包括過氧化氫(H2O2)、過氧化鉀(K2O2)、過氧化鎂(MgO2)或過一硫酸氫鉀(2KHSO5．KHSO4．K2SO4；商品名為Caroat)，但本發明不限於此。
在本發明的一實施例中，該pH調整劑包括氫氧化鉀(KOH)、氫氧化鈉(NaOH)、氯化氫(HCl)、磷酸氫二銨((NH4)2HPO4)或乙酸(CH3COOH)，但本發明不限於此。
在本發明的一實施例中，該鈦鎢合金的蝕刻液之pH值的範圍是3.5~7.0。
在本發明的一實施例中，該鈦鎢合金的蝕刻液之pH值的範圍是4.0~5.0。
相較於先前技術，本發明是提供一種鈦鎢合金的蝕刻液， 其是藉由將pH緩衝劑加入於鈦鎢合金的蝕刻液中，使得在鈦鎢合金的蝕刻期間可以有效地減緩蝕刻液pH值的降低，故蝕刻液不會因為pH值的降低而腐蝕銅金屬。更進一步地，由於在鈦鎢合金的蝕刻期間可有效地減緩蝕刻液pH值的降低，而減少了蝕刻液對銅金屬的腐蝕的貢獻，因此就可選用保護性弱的銅腐蝕抑制劑，保護性弱的銅腐蝕抑制劑相對於保護性強的銅腐蝕抑制劑而言具有不降低鈦鎢合金的蝕刻速率之優勢，亦即，可減少鈦鎢合金的蝕刻時間。
10‧‧‧凸塊下金屬化層
20‧‧‧凸塊
101‧‧‧種子層
102‧‧‧黏附層
201‧‧‧焊錫層
202‧‧‧鎳金屬層
第1圖係傳統的半導體封裝凸塊製程中的一晶圓的局部放大示意圖。
第2圖係一凸塊下金屬化(UBM)層經銅蝕刻後且未進行鈦鎢合金的蝕刻的掃瞄電子圖像。
第3圖係以習知的鈦鎢合金的蝕刻液來蝕刻一凸塊下金屬化(UBM)層中的鈦鎢合金層的掃瞄電子圖像。
第4圖係以本發明較佳實施例的鈦鎢合金的蝕刻液來蝕刻一凸塊下金屬化(UBM)層中的鈦鎢合金層的掃瞄電子圖像。
第5圖係本發明較佳實施例與比較例的pH曲線。
為詳細說明本發明之技術內容、構造特徵、所達成目的及功效，以下茲舉例並配合圖式詳予說明。
以下舉出本發明的一較佳實施例及比較例(亦即，習知的鈦鎢合金的蝕刻液)來進一步詳細說明本發明的鈦鎢合金的蝕刻液所產生的技術效果。
實施例
本發明較佳實施例的鈦鎢合金的蝕刻液是由以下各成分所組成：23.7重量百分比之過氧化氫；4.47重量百分比之氫氧化鉀；6重量百分比之聚乙二醇(PEG)；10重量百分比之包含有鄰苯二甲酸氫鉀、氯化氫及氫氧化鈉的pH緩衝劑；其餘的為去離子水。接續，以實施例之鈦鎢合金的蝕刻液來蝕刻一凸塊下金屬化(UBM)層中的鈦鎢合金層。
比較例
比較例的鈦鎢合金的蝕刻液中除了過氧化氫為25.6重量百分比且其中不含有pH緩衝劑以外，其餘的成分及其比例皆相同於本發明較佳實施例的鈦鎢合金的蝕刻液。接續，以比較例之鈦鎢合金的蝕刻液來蝕刻另一凸塊下金屬化(UBM)層中的鈦鎢合金層，實施例與比較例的比較結果如下表1。
金層的厚度為1000Å
另外，請同時參照第2至5圖，第2圖為一凸塊下金屬化(UBM)層經銅蝕刻後且未進行鈦鎢合金的蝕刻的掃瞄電子圖像；第3圖為以比較例的鈦鎢合金的蝕刻液來蝕刻一凸塊下金屬化(UBM)層中的鈦鎢合金層的掃瞄電子圖像；第4圖為以本發明較佳實施例的鈦鎢合金的蝕刻液來蝕刻一凸塊下金屬化(UBM)層中的鈦鎢合金層的掃瞄電子圖像；第5圖為本發明較佳實施例與比較例的pH曲線。第2圖中的0.58μm為電鍍鎳到銅的底切量。
由表1及第2至5圖的結果可以得知，比較例的鈦鎢合金的蝕刻液的pH值會隨著鈦鎢合金的溶解量增加而下降(新酸的pH值為5，末期酸的pH值會降至2以下)，pH值越低，對銅金屬的攻擊性越強。因此，在先前技術中經常會選用保護性強的銅腐蝕抑制劑來抑制銅金屬的腐蝕，但是保護性強的銅腐蝕抑制劑卻會使得鈦鎢合金的蝕刻速率降低，而延長了蝕刻的時間。
然而，本發明較佳實施例的鈦鎢合金的蝕刻液中是獨特地添加pH緩衝劑來減緩蝕刻期間蝕刻液pH值的降低(新酸的pH值為4.5，末期酸的pH值僅降至3.5左右)並且選用保護性弱的銅腐蝕抑制劑，在兩者相互搭配的作用下，除了保持了保護性弱的銅腐蝕抑制劑所具有的不影響鈦鎢合金的蝕刻速率之優勢外，更讓保護性弱的銅腐蝕抑制劑仍可發揮保護銅金屬之效果。
如上所述，本發明的鈦鎢合金的蝕刻液是藉由將pH緩衝劑 加入於鈦鎢合金的蝕刻液中，使得在鈦鎢合金的蝕刻期間可以有效地減緩蝕刻液pH值的降低，故蝕刻液不會因為pH值的降低而腐蝕銅金屬。更進一步地，由於在鈦鎢合金的蝕刻期間可有效地減緩蝕刻液pH值的降低，而減少了蝕刻液對銅金屬的腐蝕的貢獻，因此就可選用保護性弱的銅腐蝕抑制劑，保護性弱的銅腐蝕抑制劑相對於保護性強的銅腐蝕抑制劑而言具有不降低鈦鎢合金的蝕刻速率之優勢，亦即，可減少鈦鎢合金的蝕刻時間，從而大幅度地降低生產成本。
雖然本發明已以較佳實施例揭露，然其並非用以限制本發明，任何熟習此項技藝之人士，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種更動與修飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (8)

  1. 一種鈦鎢合金的蝕刻液，用於蝕刻鈦鎢合金且在蝕刻期間抑制銅金屬的腐蝕，該鈦鎢合金的蝕刻液包括：10~32重量百分比之氧化劑；1.32~6.78重量百分比之pH調整劑；0.1~14重量百分比之銅腐蝕抑制劑；2~14重量百分比之pH緩衝劑；以及35~66重量百分比之水，其中該銅腐蝕抑制劑包括聚丙二醇(PPG)、5-氨基四唑(5-ATZ)、聚乙二醇(PEG)、酚磺酸(PSA)、甲基苯並三唑(MBT)、甲苯基三氮唑(TTA)或1,2,3-苯并三唑(BTA)。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之鈦鎢合金的蝕刻液，其中該pH緩衝劑包括：一包含有鄰苯二甲酸氫鉀、氯化氫及氫氧化鈉的pH緩衝劑；一包含有檸檬酸、氯化氫及氫氧化鈉的pH緩衝劑；一包含有乙酸、氯化氫及氫氧化鈉的pH緩衝劑；或一包含有乙酸及乙酸鈉的pH緩衝劑。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之鈦鎢合金的蝕刻液，其中該銅腐蝕抑制劑是一不影響鈦鎢合金之蝕刻速率的銅腐蝕抑制劑。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之鈦鎢合金的蝕刻液，其中該銅腐蝕抑制劑包括聚乙二醇(PEG)或酚磺酸(PSA)。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之鈦鎢合金的蝕刻液，其中該氧化劑包括過氧化氫、過氧化鉀、過氧化鎂或過一硫酸氫鉀。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之鈦鎢合金的蝕刻液，其中該pH調整劑包括氫氧化鉀、氫氧化鈉、氯化氫、磷酸氫二銨或乙酸。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之鈦鎢合金的蝕刻液，其中該鈦鎢合金的蝕刻液之pH值的範圍是3.5~7.0。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之鈦鎢合金的蝕刻液，其中該鈦鎢合金的蝕刻液之pH值的範圍是4.0~5.0。
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