WO2015064468A1 - 亜鉛、スズおよび酸素から実質的になる酸化物のエッチング液およびエッチング方法 - Google Patents

亜鉛、スズおよび酸素から実質的になる酸化物のエッチング液およびエッチング方法 Download PDF

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麻里 茂田
邦夫 夕部
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Definitions

  • the present invention relates to an etching solution of an oxide substantially composed of zinc, tin and oxygen used for a display device such as a liquid crystal display (LCD) or an electroluminescence display (LED) and an etching method thereof.
  • a display device such as a liquid crystal display (LCD) or an electroluminescence display (LED) and an etching method thereof.
  • Amorphous silicon and low-temperature polysilicon are widely used as a semiconductor layer for display devices such as liquid crystal displays and electroluminescent displays.
  • various oxide semiconductor materials are used against the backdrop of large screens, high definition, and low power consumption. Development is in progress.
  • oxide semiconductor material examples include indium, gallium, and zinc oxide (IGZO), which have features such as high electron mobility and low leakage current.
  • oxide semiconductor materials with better properties include indium gallium oxide (IGO), gallium zinc oxide (GZO), zinc tin oxide (ZTO), indium zinc zinc tin oxide.
  • Oxide semiconductor materials having various compositions such as materials (IZTO), indium / gallium / zinc / tin oxide (IGZTO) have been studied. Among these, it is known that an oxide consisting essentially of zinc, tin and oxygen has high stability and chemical resistance.
  • a thin film of an oxide semiconductor material is formed over a substrate such as glass by using a film formation process such as a sputtering method.
  • a film formation process such as a sputtering method.
  • an electrode pattern is formed by etching using a resist or the like as a mask.
  • This etching process includes a wet method (wet method) and a dry method (dry method).
  • a wet method an etchant is used.
  • oxide semiconductor materials oxides consisting essentially of zinc, tin, and oxygen have excellent chemical resistance, so they are stable even when exposed to various chemicals and gases in the film formation process and etching process of other peripheral materials. It has the characteristic of being.
  • the etching rate of the oxide semiconductor material is preferably 2 nm / min or more, more preferably 3 nm / min or more, and further preferably 4 nm / min or more.
  • 10,000 nm / min or less is preferable, More preferably, it is 5000 nm / min or less, More preferably, it is 2000 nm / min or less.
  • 2 to 10,000 nm / min is preferable, more preferably 3 to 5000 nm / min, and still more preferably 4 to 2000 nm / min.
  • the oxide concentration in the etching solution increases with etching. It is desired that the etching rate decrease or change due to this is small. This is extremely important for efficient industrial production when etching an oxide semiconductor layer using an etchant.
  • the specific dissolution amount of the oxide is desirably 500 ppm or more. More preferably, it is 1000 ppm or more, more preferably 1500 ppm or more, and particularly preferably 2000 ppm or more.
  • wiring materials used for display devices such as liquid crystal displays include copper (Cu), aluminum (Al), molybdenum (Mo), and titanium (Ti). Since the etching solution may come into contact with these wiring materials during etching of the oxide semiconductor material, it is desirable that the corrosion on the wiring material is negligible or low.
  • the etching rate for the wiring material is desirably 3 nm / min or less. More preferably, it is 2 nm / min or less, and particularly preferably 1 nm / min or less.
  • Patent Document 1 US Patent Application No. 2009/75421.
  • Patent Document 2 discloses that ZTO can be etched with an oxalic acid aqueous solution.
  • an etching solution for an indium oxide-based transparent conductive film an etching solution characterized by using sulfuric acid as an oxidizing agent, phosphoric acid or nitric acid as an auxiliary oxidizing agent, and an ammonium salt as an etching inhibitor is known.
  • Patent Document 3 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-77241.
  • Patent Document 4 introduces an etching solution of amorphous-indium tin oxide (ITO), which is composed of sulfuric acid and a surfactant.
  • ITO amorphous-indium tin oxide
  • Patent Document 5 targets an indium oxide film, and (a) oxalic acid, (b) naphthalenesulfonic acid condensate or salt thereof, (c) hydrochloric acid, sulfuric acid, An etching solution characterized by a composition containing a water-soluble amine and at least one of these salts containing hydrochloric acid and (d) water is disclosed.
  • Patent Document 1 is concerned about corrosion of the wiring material (see Comparative Examples 3 and 4).
  • Patent Document 2 there is a concern about precipitation of oxalate (see Comparative Examples 1 and 2).
  • Patent Documents 3, 4 and 5 do not describe the etching characteristics of ZTO. Under such circumstances, it has a suitable etching rate in etching of an oxide consisting essentially of zinc, tin and oxygen, and even when the oxide is dissolved, the decrease and change in the etching rate are small, and the oxide It is desired to provide an etching solution that does not generate precipitates when dissolved and that has low corrosiveness to wiring materials such as aluminum, copper, and titanium.
  • the present invention has been completed based on such knowledge, and is an etching solution for etching an oxide substantially consisting of zinc, tin, and oxygen, comprising (A) sulfuric acid, methanesulfonic acid, and It has been found that the object can be achieved by treatment with an etching solution containing at least one selected from the group consisting of salts and water and having a pH value of ⁇ 1 to 3. Further, the present invention is as follows. 1.
  • An etching solution used for etching an oxide consisting essentially of zinc, tin, and oxygen comprising (A) one or more selected from the group consisting of sulfuric acid, methanesulfonic acid, and salts thereof, and water, pH An etching solution having a value of ⁇ 1 to 3. 2.
  • carboxylic acid is at least one selected from the group consisting of acetic acid, glycolic acid, malonic acid, maleic acid, succinic acid, malic acid, tartaric acid, glycine and citric acid. 4).
  • the polysulfonic acid compound is at least one selected from the group consisting of naphthalene sulfonic acid formalin condensate or a salt thereof, polyoxyethylene alkyl ether sulfate, and polyoxyethylene alkyl phenyl ether sulfate.
  • an oxide substantially consisting of zinc, tin and oxygen can be etched by using the etching solution of the present invention.
  • the etching solution of the present invention has a suitable etching rate, a decrease or change in the etching rate with respect to dissolution of the oxide is small, and no precipitate is generated. Since the corrosiveness to the wiring material is also small, a suitable etching operation can be performed stably for a long period of time.
  • the etching solution of the present invention is suitably used for etching an oxide substantially composed of zinc, tin and oxygen.
  • “consisting essentially of zinc, tin and oxygen” means that the total content of zinc, tin and oxygen contained in the oxide is 99% by mass or more, preferably 99.9% by mass or more, more preferably Means 99.99% by mass or more.
  • the content of zinc and tin contained in the oxide is preferably 1% by mass or more, more preferably 3% by mass or more, and still more preferably 10% by mass or more.
  • the etching solution of the present invention is an etching solution having a pH value of ⁇ 1 to 3 containing (A) one or more selected from the group consisting of sulfuric acid, methanesulfonic acid, and salts thereof and water. More specifically, the component (A) is preferably sulfuric acid, methanesulfonic acid, fuming sulfuric acid, ammonium sulfate, sodium sulfate, potassium sulfate, ammonium hydrogensulfate, sodium hydrogensulfate, potassium hydrogensulfate, and more preferably sulfuric acid, methanesulfone. An acid, with sulfuric acid being particularly preferred.
  • the concentration of the acid selected from the component (A) in the etching solution is preferably 0.5% by mass or more, more preferably 1% by mass, and still more preferably 2% by mass or more. Moreover, 30 mass% or less is preferable, More preferably, it is 20 mass%, More preferably, it is 15 mass% or less. Among these, 0.5 to 30% by mass is preferable, more preferably 1 to 20% by mass, and still more preferably 2 to 15% by mass. When the content is 0.5 to 30% by mass, a good etching rate can be obtained.
  • the water used in the present invention is preferably water from which metal ions, organic impurities, particle particles, and the like have been removed by distillation, ion exchange treatment, filter treatment, various adsorption treatments, and the like, and particularly pure water and ultrapure water are preferred.
  • the concentration of water in the etching solution is preferably 10% by mass or more, more preferably 20% by mass or more, and further preferably 30% by mass or more. In that case, the concentration of water is the remainder excluding various drugs.
  • the etching solution of the present invention may further contain (B) a carboxylic acid excluding oxalic acid.
  • the specific carboxylic acid is not particularly limited as long as it can supply carboxylate ions (excluding oxalate ions).
  • the carboxylate ion improves the stability of the liquid composition for etching an oxide consisting essentially of zinc, tin and oxygen, and has a function of adjusting the etching rate.
  • an aliphatic carboxylic acid having 1 to 18 carbon atoms, an aromatic carboxylic acid having 6 to 10 carbon atoms, and an amino acid having 1 to 10 carbon atoms are preferable.
  • aliphatic carboxylic acids having 1 to 18 carbon atoms formic acid, acetic acid, propionic acid, lactic acid, glycolic acid, diglycolic acid, pyruvic acid, malonic acid, butyric acid, hydroxybutyric acid, tartaric acid, succinic acid, malic acid, maleic acid, Fumaric acid, valeric acid, glutaric acid, itaconic acid, caproic acid, adipic acid, citric acid, propanetricarboxylic acid, trans-aconitic acid, enanthic acid, caprylic acid, lauric acid, myristic acid, palmitic acid, stearic acid, oleic acid Linoleic acid, linolenic acid or their salts are preferred.
  • carboxylic acids are acetic acid, glycolic acid, lactic acid, malonic acid, maleic acid, succinic acid, malic acid, tartaric acid, citric acid or salts thereof, and particularly preferred are acetic acid, maleic acid, malic acid and citric acid. . Moreover, these can be used individually or in combination.
  • the concentration of (B) carboxylic acid (excluding oxalic acid) or its salt in the etching solution is a concentration based on the carboxylic acid group, preferably 0.1% by mass or more, more preferably 1% by mass or more, and still more preferably. Is 3% by mass or more. Moreover, it is preferably 15% by mass or less, more preferably 12% by mass or less, and further preferably 10% by mass or less. Among them, it is preferably 0.1 to 15% by mass, more preferably 1 to 12% by mass, and further preferably 3 to 10% by mass. When the content is 0.1 to 15% by mass, the corrosion of the wiring material can be suppressed.
  • the etching solution of the present invention has a pH value in the range of ⁇ 1 to 3.
  • a more preferred pH value is -0.7 to 0.7, and a more preferred pH value is -0.5 to 0 to 0.5.
  • the etching liquid of this invention can contain a pH adjuster as needed.
  • the pH adjuster is not particularly limited as long as it does not affect the etching performance, but sulfuric acid having a function as the component (A), methanesulfonic acid, and carboxylic acid as the component (B) (however, oxalic acid is added). It is also possible to make adjustments using Furthermore, ammonia water, amidosulfuric acid, etc. can also be used as a pH adjuster.
  • the etching liquid of this invention can contain a polysulfonic acid compound as (C) component as needed.
  • the polysulfonic acid compound is preferably a naphthalenesulfonic acid formalin condensate and a salt thereof, a polyoxyethylene alkyl ether sulfate, a polyoxyethylene alkyl phenyl ether sulfate, or the like.
  • Naphthalene sulfonic acid formalin condensate is marketed under trade names such as Demol N (Kao Corporation), Labelin FP (Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd.), Politi N100K (Lion Corporation).
  • concentration in the etching liquid of a polysulfonic acid compound becomes like this.
  • concentration in the etching liquid of a polysulfonic acid compound becomes like this.
  • it is 0.0001 mass% or more, More preferably, it is 0.001 mass% or more.
  • it is 10 mass% or less, More preferably, it is 5 mass% or less.
  • the range of 0.0001 to 10% by mass is preferable, and 0.001 to 5% by mass is more preferable.
  • the etching solution of the present invention can contain various additives usually used in the etching solution as long as the effects of the etching solution are not impaired.
  • a solvent or a pH buffer can be used.
  • an oxide (particularly preferably ZTO) substantially consisting of zinc, tin and oxygen is used as an etching target.
  • the etching method of the present invention comprises the etching solution of the present invention, that is, (A) one or more selected from the group consisting of sulfuric acid, methanesulfonic acid, and salts thereof, and water, and has a pH value of ⁇ 1 to 3. It has the process of making an etching liquid and an etching target object contact.
  • an etching target object When using as a semiconductor material of a flat panel display, it is preferable that it is a thin film.
  • a thin film of oxide (particularly preferably ZTO) consisting essentially of zinc, tin and oxygen is formed on an insulating film such as silicon oxide, a resist is applied thereon, and a desired pattern mask is exposed and transferred.
  • An object to be etched is formed by developing and forming a desired resist pattern.
  • the film thickness is preferably in the range of 1 to 1000 nm. More preferably, it is 5 to 500 nm, and particularly preferably 10 to 300 nm.
  • the etching object may have a laminated structure composed of two or more oxide thin films having different compositions. In that case, a stacked structure including two or more oxide thin films having different compositions can be etched at once.
  • the contact temperature between the etching object and the etching solution is preferably 10 ° C. or more, more preferably 15 ° C. or more, and further preferably 20 ° C. or more.
  • the contact temperature is preferably 70 ° C. or lower, more preferably 60 ° C. or lower, and further preferably 50 ° C. or lower.
  • a temperature of 10 to 70 ° C. is preferable, 15 to 60 ° C. is more preferable, and 20 to 50 ° C. is particularly preferable.
  • the temperature is in the range of 10 to 70 ° C., a good etching rate can be obtained.
  • the etching operation in the above temperature range can suppress the corrosion of the apparatus.
  • a suitable processing temperature may be determined as appropriate in consideration of the fact that the concentration change of the etching solution due to water evaporation or the like becomes large.
  • the etching time is not particularly limited, but the just etching time from the completion of the etching of the oxide consisting essentially of zinc, tin and oxygen to the exposure of the base is usually 0.01-30. Minutes are preferable, more preferably 0.03 to 10 minutes, still more preferably 0.05 to 5 minutes, and particularly preferably 0.1 to 2 minutes.
  • a method of bringing the etching solution into contact with the etching target there is no particular limitation on the method of bringing the etching solution into contact with the etching target.
  • a method of bringing the etching solution into contact with the target in the form of dripping (single wafer spin treatment) or spraying, or immersing the target in the etching solution can be employed.
  • pH Value Measuring Method The pH value was measured at 22 ° C. by using a pH / ION meter manufactured by HORIBA, Ltd., immersing the electrode in a stirring etchant. The pH value of the pH measuring device was adjusted using pH 2 and 7 standard solutions.
  • a zinc / tin oxide (ZTO) film was formed on a glass substrate with a film thickness of 100 nm by a sputtering method, and then etched using the etching solutions shown in Tables 1 and 2.
  • the etching process was performed by immersing the ZTO film / glass substrate in an etching solution maintained at 35 ° C. for 20 to 60 seconds, and then washed with pure water and dried.
  • the film thickness of the ZTO film before and after the etching treatment is measured using an optical film thickness measuring device n & k Analyzer 1280 (manufactured by n & k Technology Inc.), and the etching rate is divided by the etching time. Calculated.
  • the evaluation results of the etching rate (initial etching rate) before dissolving the oxide were expressed according to the following criteria.
  • P Etching rate is less than 2 nm / min, or 1001 nm / min or more. Passes here are E, G, and F.
  • the film thickness of the metal film before and after the etching treatment was measured using a fluorescent X-ray analyzer SEA1200VX (manufactured by Seiko Instruments Inc.), and the etching rate was calculated by dividing the film thickness difference by the etching time.
  • the evaluation results were expressed according to the following criteria. E: Etching rate less than 1 nm / min G: Etching rate from 1 nm / min to less than 2 nm / min P: Etching rate of 2 nm / min or more Note that the pass here is E and G.
  • Example 1 32.6 g of 46.0% by mass sulfuric acid and 67.4 g of pure water were charged as component A into a 100 ml capacity polypropylene container. This was well stirred and mixed to prepare an etching solution (total weight 100.0 g). The resulting etching solution had a sulfuric acid concentration of 15.0 mass% and a pH value of -0.1. The above evaluations 1 to 4 were performed using the etching solution. The results are summarized in Table 1. The etching rate before dissolution of the oxide was 11 nm / min, and even when ZTO (1000 ppm as the ZTO concentration) was added, the liquid was transparent and there was no insoluble matter.
  • ZTO 1000 ppm as the ZTO concentration
  • the pH value after dissolution of the oxide was 0.0, the etching rate was 10 nm / min, and the amount of change was E judgment (1 nm / min).
  • the etching rate (E.R.) of the wiring material (Cu, Al) was G determination, and Mo and Ti were E determination.
  • 2000 ppm of ZTO was added, there was no insoluble part, it was transparent, and the solubility was excellent.
  • the pH value was -0.1.
  • Example 2 An etching solution was prepared in the same manner as in Example 1 except that 20% by mass of methanesulfonic acid was used instead of sulfuric acid in Example 1, and the above evaluation was performed using the etching solution. The obtained results are shown in Table 1.
  • Example 3 An etching solution was prepared in the same manner as in Example 1 except that the sulfuric acid concentration was 5% by mass, the citric acid concentration was 5% by mass, and the labeline FP was 0.1% by mass, and the above evaluation was performed using the etching solution. Carried out. The obtained results are shown in Table 1.
  • Comparative Examples 1 and 2 An etching solution was prepared in the same manner as in Example 1 except that the oxalic acid concentration was changed to 3.4% by mass (Comparative Example 1) or 1.7% by mass (Comparative Example 2) instead of the sulfuric acid of Example 1. And said evaluation was implemented using this etching liquid. The obtained results are shown in Table 2.
  • Comparative Examples 3 and 4 An etching solution was prepared in the same manner as in Example 1 except that 10% by mass of hydrochloric acid (Comparative Example 3) or 20% by mass of nitric acid (Comparative Example 4) was used instead of the sulfuric acid of Example 1. The above evaluation was carried out. The obtained results are shown in Table 2.
  • Comparative Example 7 An etching solution was prepared in the same manner as in Example 1 except that 0.5% by mass of hydrochloric acid and 20% by mass of acetic acid were used instead of sulfuric acid in Example 1, and the above evaluation was performed using the etching solution. . The obtained results are shown in Table 2.
  • the etching solution of the present invention can etch an oxide consisting essentially of zinc, tin and oxygen at a suitable etching rate, and the change in etching rate with respect to dissolution of the oxide is small. It can be seen that the etching process is possible without generation of precipitates. Furthermore, it was found that the corrosiveness to the wiring material is small, and it has excellent performance as an etching solution used in industrial production. On the other hand, in Comparative Examples 1 to 2 and 5, the ZTO dissolving ability was low (zinc / tin oxide could only be dissolved up to 100 ppm), and the amount of change in the etching rate could not be evaluated. In Comparative Examples 6 and 7, the etching rate was remarkably slow. Further, in Comparative Examples 3 to 4, the etching rate was relatively good, but the etching rates of Cu, Mo, and Al of the wiring material were large and corrosive.
  • the etching solution of the present invention can etch an oxide consisting essentially of zinc and tin at a suitable etching rate, and the change in the etching rate with respect to dissolution of the oxide is small, so that no precipitate is generated and the wiring material is obtained. Is less corrosive. Since it can be expected to have a long chemical life, it is highly advantageous in that it reduces costs when using chemicals and significantly reduces environmental impact.

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Abstract

 本発明は、亜鉛、スズおよび酸素から実質的になる酸化物のエッチングにおいて好適なエッチングレートを有し、該酸化物の溶解に対してエッチングレートの変化が小さく、かつ析出物の発生がなく、しかも配線材料への腐食性が無視できる程度に小さいエッチング液を提供する。本発明では、(A)硫酸、メタンスルホン酸、およびこれらの塩からなる群より選ばれる1種以上と水を含み、pH値が-1~3であるエッチング液を用いる。

Description

亜鉛、スズおよび酸素から実質的になる酸化物のエッチング液およびエッチング方法
 本発明は、液晶ディスプレイ(LCD)やエレクトロルミネッセンスディスプレイ(LED)等の表示デバイスに使用される亜鉛、スズおよび酸素から実質的になる酸化物のエッチング液およびそのエッチング方法に関する。
 液晶ディスプレイやエレクトロルミネッセンスディスプレイ等表示デバイスの半導体層としてアモルファスシリコンや低温ポリシリコンが広く用いられるが、ディスプレイの大画面化、高精細化、低消費電力化等を背景に各種の酸化物半導体材料の開発がなされている。
 酸化物半導体材料としては、例えばインジウム・ガリウム・亜鉛酸化物(IGZO)などが挙げられ、電子移動度が高い、リーク電流が小さいなどの特長を有する。IGZOの他にも、より特性の優れた酸化物半導体材料として、インジウム・ガリウム酸化物(IGO)、ガリウム・亜鉛酸化物(GZO)、亜鉛・スズ酸化物(ZTO)、インジウム・亜鉛・スズ酸化物(IZTO)、インジウム・ガリウム・亜鉛・スズ酸化物(IGZTO)等、種々の組成の酸化物半導体材料が検討されている。
 これらの中でも特に亜鉛、スズおよび酸素から実質的になる酸化物は、安定性や耐薬品性が高いことが知られている。
 一般に酸化物半導体材料は、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薄膜が形成される。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-ンが形成される。このエッチング工程には湿式(ウェット法)と乾式(ドライ法)があるが、ウェット法ではエッチング液が使用される。
 酸化物半導体材料の中でも、亜鉛、スズおよび酸素から実質的になる酸化物は耐薬品性に優れるため、他の周辺材料の成膜工程やエッチング工程において各種薬品やガスに晒されても安定であるという特徴を有する。しかしながら一方で、亜鉛、スズおよび酸素から実質的になる酸化物はウェットエッチング等による加工が困難であるという課題がある。
 ウェットエッチングによって酸化物半導体材料のパターン形成をする際には、以下(1)~(4)に示す性能がエッチング液に求められる。
(1)好適なエッチングレートを有すること。
(2)酸化物がエッチング液に溶解した際、エッチングレート(E.R.)の低下(変化)が小さいこと。すなわち、安定的に長期間の使用に耐え、薬液寿命が長いこと。
(3)酸化物溶解時に析出物が発生しないこと。
(4)配線等の周辺材料を腐食しないこと。
 酸化物半導体材料のエッチングレートは、2nm/min以上が好ましく、より好ましくは3nm/min以上、さらに好ましくは4nm/min以上である。また、10000nm/min以下が好ましく、より好ましくは5000nm/min以下、さらに好ましくは2000nm/min以下である。中でも、2~10000nm/minが好ましく、より好ましくは3~5000nm/min、さらに好ましくは4~2000nm/minである。エッチングレートが2~10000nm/minであるとき、生産効率の維持、および安定的にエッチング操作を行うことができる。
 また、エッチングにともなってエッチング液中の酸化物濃度は増加する。そのことによるエッチングレートの低下もしくは変化が小さいことが望まれる。エッチング液を用いる酸化物半導体層のエッチングを行う上で、このことは工業生産を効率よく行うことにおいて極めて重要である。
 また、酸化物半導体材料が溶解したエッチング液中に析出物が発生すると、エッチング処理後の基板上に残渣として残存する可能性がある。またこの残渣は、その後の各種成膜工程においてボイドの発生、密着性不良、漏電や断線を誘引する原因にもなり得る。これらの結果、表示デバイスとしての特性が不良となる恐れがある。
 また、酸化物半導体材料が溶解したエッチング液中に析出物が発生すると、この析出物がエッチング液の循環用に設けられたフィルターに詰まり、その交換が煩雑であり、コスト高につながる恐れもある。そのため、たとえエッチング液としての性能がまだ残っていても、この析出物が発生する前にエッチング液を廃棄せねばならず、結果的にエッチング液の使用期間が短くなり、エッチング液の費用が増大することにもなる。加えて、廃液処理費用も増大する。
 例えばシュウ酸を含むエッチング液を用いて酸化亜鉛をエッチングすると、シュウ酸亜鉛が固形物として析出するという大きな課題がある。一般的なシュウ酸を含むエッチング液では、溶解した亜鉛の濃度が10ppm程度で析出物が発生する(比較例1、2)。
 したがって、エッチング液中に酸化物半導体材料が溶解した際、析出物が発生しないことが求められる。具体的な酸化物の溶解量としては、500ppm以上であることが望ましい。より好ましくは1000ppm以上、さらに1500ppm以上がより好ましく、特に2000ppm以上が好ましい。
 一般に液晶ディスプレイ等の表示デバイスに用いられる配線材料としては、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、モリブデン(Mo)およびチタン(Ti)等が挙げられる。酸化物半導体材料のエッチング時にエッチング液がこれらの配線材料に接触する可能性があるため、配線材料に対する腐食が無視できるもの、もしくは低いことが望ましい。配線材料へのエッチングレートは具体的には3nm/min以下が望ましい。より好ましくは2nm/min以下、特に1nm/min以下が好ましい。
 ZTOのエッチング液としては、塩酸と硝酸を主成分としたエッチング液が知られている(特許文献1:米国特許出願第2009/75421号明細書)。
 また、特開2010-248547号公報(特許文献2)では、ZTOをシュウ酸水溶液でエッチングが可能とされている。
 一方で、インジウム酸化物系透明導電膜のエッチング液として、硫酸を酸化剤として用い、補助酸化剤としてリン酸や硝酸等、エッチング抑制剤としてアンモニウム塩等を含むことを特徴とするエッチング液が知られている(特許文献3:特開2006-77241号公報)。
 また、特開2009-218513号公報(特許文献4)は、アモルファス-インジウム・スズ酸化物(ITO)のエッチング液であって、硫酸と界面活性剤からなるエッチング液が紹介されている。
 また、国際公開第2008/32728号(特許文献5)では、インジウム酸化物系膜を対象とし、(a)シュウ酸、(b)ナフタレンスルホン酸縮合物又はその塩、(c)塩酸、硫酸、水溶性アミンおよびこれらの塩のうちの塩酸を含む少なくとも1種、並びに、(d)水を含有する組成を特徴としたエッチング液を開示している。
米国特許出願第2009/75421号明細書 特開2010-248547号公報 特開2006-77241号公報 特開2009-218513号公報 国際公開第2008/32728号
 しかしながら、特許文献1のエッチング液では配線材料への腐食が懸念される(比較例3および4参照)。
 特許文献2のエッチング液では、シュウ酸塩の析出が懸念される(比較例1および2参照)。
 特許文献3、4および5には、ZTOのエッチング特性の記載はない。
 このような状況下、亜鉛、スズおよび酸素から実質的になる酸化物のエッチングにおいて好適なエッチングレートを有し、該酸化物が溶解してもエッチングレートの低下および変化が小さく、かつ酸化物の溶解時に析出物の発生がなく、さらにはアルミニウム、銅、チタンなどの配線材料への腐食性が小さいエッチング液の提供が望まれている。
 すなわち本発明は、かかる知見に基づいて完成したものであり、亜鉛、スズおよび酸素から実質的になる酸化物をエッチングするためのエッチング液であって、(A)硫酸、メタンスルホン酸、およびそれらの塩からなる群より選ばれる1種以上と水を含み、pH値が-1~3であるエッチング液で処理することにより、その目的を達成できることを見出した。さらに本発明は下記のとおりである。
1.亜鉛、スズおよび酸素から実質的になる酸化物のエッチングに用いるエッチング液であって、(A)硫酸、メタンスルホン酸、およびそれらの塩からなる群より選ばれる1種以上と水を含み、pH値が-1~3であるエッチング液。
2.さらに(B)カルボン酸(シュウ酸を除く)を含む第1項に記載のエッチング液。
3.(B)カルボン酸が、酢酸、グリコール酸、マロン酸、マレイン酸、コハク酸、リンゴ酸、酒石酸、グリシンおよびクエン酸からなる群より選ばれる1種以上である第2項に記載のエッチング液。
4.さらに(C)ポリスルホン酸化合物を含む第1項~第3項のいずれか1項に記載のエッチング液。
5.(C)ポリスルホン酸化合物がナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物またはその塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸塩、およびポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル硫酸塩からなる群より選ばれる1種以上である第4項に記載のエッチング液。
6.第1項から第5項のいずれか1項に記載のエッチング液を用いて、亜鉛、スズおよび酸素から実質的になる酸化物を含む基板をエッチングする方法。
7.第6項に記載のエッチング方法により製造された表示デバイス。
 本発明によれば、本願発明のエッチング液を用いることにより、亜鉛、スズおよび酸素から実質的になる酸化物をエッチングすることができる。本発明の好ましい態様によれば、本発明のエッチング液は、好適なエッチングレートを有し、酸化物の溶解に対してエッチングレートの低下や変化が小さく、かつ析出物の発生がなく、さらには配線材料への腐食性も小さいため、長期間、安定的に好適なエッチング操作を行うことができる。
 本発明のエッチング液は、亜鉛、スズおよび酸素から実質的になる酸化物のエッチングに好適に用いられる。ここで「亜鉛、スズおよび酸素から実質的になる」とは、酸化物中に含まれる亜鉛、スズおよび酸素の含有量の合計が99質量%以上、好ましくは99.9質量%以上、より好ましくは99.99質量%以上であることを意味している。また、酸化物中に含まれる亜鉛およびスズの含有量は、それぞれ1質量%以上が好ましく、より好ましくは3質量%以上、さらに好ましくは10質量%以上である。
 本願発明のエッチング液は、(A)硫酸、メタンスルホン酸、およびそれらの塩からなる群より選ばれる1種以上と水を含み、pH値が-1~3であるエッチング液である。
 さらに具体的には(A)成分として、硫酸、メタンスルホン酸、発煙硫酸、硫酸アンモニウム、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸水素アンモニウム、硫酸水素ナトリウム、硫酸水素カリウムなどが好ましく、さらに好ましくは硫酸、メタンスルホン酸であり、硫酸が特に好ましい。また、(A)成分で選択される酸のエッチング液中の濃度は、0.5質量%以上が好ましく、より好ましくは1質量%、さらに好ましくは2質量%以上である。また、30質量%以下が好ましく、より好ましくは20質量%、さらに好ましくは15質量%以下である。中でも、0.5~30質量%が好ましく、より好ましくは1~20質量%、さらに好ましくは2~15質量%である。0.5~30質量%である時、良好なエッチングレートが得られる。
 本発明で使用される水は、蒸留、イオン交換処理、フィルター処理、各種吸着処理などによって、金属イオンや有機不純物、パーティクル粒子などが除去された水が好ましく、特に純水、超純水が好ましい。また、エッチング液中の水の濃度は、好ましくは10質量%以上、より好ましくは20質量%以上、さらに好ましくは30質量%以上である。その場合、水の濃度は各種薬剤を除いた残部である。
 本発明のエッチング液には、さらに(B)シュウ酸を除くカルボン酸を含むことができる。
 具体的なカルボン酸としては、カルボン酸イオン(ただしシュウ酸イオンを除く)を供給できるものであれば特に制限はない。カルボン酸イオンは、亜鉛、スズおよび酸素から実質的になる酸化物をエッチングする液体組成物の安定性を向上させ、エッチング速度の調節機能を有する。例えば炭素数1~18の脂肪族カルボン酸、炭素数6~10の芳香族カルボン酸のほか、炭素数1~10のアミノ酸などが好ましく挙げられる。
 炭素数1~18の脂肪族カルボン酸として、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、乳酸、グリコール酸、ジグリコール酸、ピルビン酸、マロン酸、酪酸、ヒドロキシ酪酸、酒石酸、コハク酸、リンゴ酸、マレイン酸、フマル酸、吉草酸、グルタル酸、イタコン酸、カプロン酸、アジピン酸、クエン酸、プロパントリカルボン酸、trans-アコニット酸、エナント酸、カプリル酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸またはそれらの塩が好ましい。
 さらに好ましいカルボン酸は酢酸、グリコール酸、乳酸、マロン酸、マレイン酸、コハク酸、リンゴ酸、酒石酸、クエン酸またはそれらの塩であり、特に好ましくは酢酸、マレイン酸、リンゴ酸、クエン酸である。また、これらは単独でまたは複数を組み合わせて用いることができる。
(B)カルボン酸(ただしシュウ酸を除く)またはその塩のエッチング液中の濃度はカルボン酸基に基づいた濃度で、好ましくは0.1質量%以上、より好ましくは1質量%以上、さらに好ましくは3質量%以上である。また、好ましくは15質量%以下、より好ましくは12質量%以下、さらに好ましくは10質量%以下である。中でも、好ましくは0.1~15質量%、より好ましくは1~12質量%、さらに好ましくは3~10質量%である。0.1~15質量%である時、配線材料への腐食を小さく抑えることができる。
 本発明のエッチング液は、pH値が-1~3の範囲である。より好ましいpH値は-0.7~0.7で、さらに好ましいpH値は-0.5~0~0.5である。
 また本発明のエッチング液は、必要に応じてpH調整剤を含有することができる。pH調整剤はエッチング性能に影響を及ぼさないものであれば特に制限はないが、(A)成分としての機能を有する硫酸、メタンスルホン酸や、(B)成分であるカルボン酸(ただしシュウ酸を除く)を用いて調整することも可能である。さらにpH調整剤として、アンモニア水、アミド硫酸などを用いることもできる。
 本発明のエッチング液は、必要に応じて(C)成分として、ポリスルホン酸化合物を含有することができる。ポリスルホン酸化合物は、ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物およびその塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸塩、およびポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル硫酸塩等が好ましい。ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物はデモールN(花王株式会社)、ラベリンFP(第一工業製薬株式会社)、ポリティN100K(ライオン株式会社)等の商品名で市販されている。
 (C)ポリスルホン酸化合物のエッチング液中の濃度は、好ましくは0.0001質量%以上、さらに好ましくは0.001質量%以上である。また、好ましくは10質量%以下、さらに好ましくは5質量%以下である。中でも、0.0001~10質量%の範囲が好ましく、さらに好ましくは、0.001~5質量%である。
 本発明のエッチング液は上記した成分のほか、エッチング液に通常用いられる各種添加剤をエッチング液の効果を害しない範囲で含むことができる。例えば、溶媒やpH緩衝剤などを用いることができる。
 本発明のエッチング方法では、亜鉛、スズおよび酸素から実質的になる酸化物(特に好ましくはZTO)をエッチング対象物とする。本発明のエッチング方法は、本発明のエッチング液、すなわち(A)硫酸、メタンスルホン酸、およびそれらの塩からなる群より選ばれる1種以上と水を含み、pH値が-1~3であるエッチング液とエッチング対象物とを接触させる工程を有するものである。本発明のエッチング方法により、連続的にエッチング操作を実施した際にも析出物の発生を防止することができる。また、エッチングレートの変化が小さいため、長期間安定的にエッチング操作を行うことができる。
 本発明のエッチング方法においてエッチング対象物の形状に制限は無いが、フラットパネルディスプレイの半導体材料として用いる場合は、薄膜であることが好ましい。例えば酸化ケイ素等の絶縁膜上に亜鉛、スズおよび酸素から実質的になる酸化物(特に好ましくはZTO)の薄膜を形成し、その上にレジストを塗布し、所望のパターンマスクを露光転写し、現像して所望のレジストパターンを形成したものをエッチング対象物とする。エッチング対象物が薄膜である場合、その膜厚は1~1000nmの範囲にあることが好ましい。より好ましくは5~500nmであり、特に好ましくは10~300nmである。またエッチング対象物は、組成の異なる二つ以上の酸化物の薄膜からなる積層構造であっても良い。その場合、組成の異なる二つ以上の酸化物の薄膜からなる積層構造を一括でエッチングすることができる。
 エッチング対象物とエッチング液との接触温度(すなわち、エッチング対象物と接触する時のエッチング液の温度)は、10℃以上が好ましく、より好ましくは15℃以上、さらに好ましくは20℃以上である。また、接触温度は70℃以下が好ましく、より好ましくは60℃以下、さらに好ましくは50℃以下である。特に10~70℃の温度が好ましく、15~60℃がより好ましく、20~50℃が特に好ましい。10~70℃の温度範囲の時、良好なエッチングレートが得られる。さらに上記温度範囲でのエッチング操作は装置の腐食を抑制することができる。エッチング液の温度を高くすることで、エッチングレートは上昇するが、水の蒸発等によるエッチング液の濃度変化が大きくなることなども考慮した上で、適宜好適な処理温度を決定すればよい。
 本発明のエッチング方法において、エッチング時間は特に制限されないが、亜鉛、スズおよび酸素から実質的になる酸化物のエッチングが完了して下地が露出するまでのジャストエッチング時間は、通常0.01~30分程度が好ましく、より好ましくは0.03~10分、さらに好ましくは0.05~5分、特に好ましくは0.1~2分である。
 エッチング対象物にエッチング液を接触させる方法には特に制限はなく、例えばエッチング液を滴下(枚葉スピン処理)やスプレーなどの形式により対象物に接触させる方法、または対象物をエッチング液に浸漬させる方法など通常のウェットエッチング方法を採用することができる。
 以下に本発明の実施例と比較例によりその実施形態と効果について具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
 pH値測定方法
 pH値は、堀場製作所のpH/IONメーターを用い、撹拌しているエッチング液に電極を浸漬し、22℃で測定した。pH測定装置のpH値の調製はpH2および7の標準液を用いて調製した。
 ガラス基板上への亜鉛・スズ酸化物の作製
 酸化亜鉛と酸化スズを粉砕、混合、焼結したものを用いて、ガラス基板上にスパッタして亜鉛、スズおよび酸素からなる亜鉛・スズ酸化物(膜厚:100nm)を成膜した。亜鉛・スズ酸化物における亜鉛とスズの合計含有量に対する亜鉛の含有量の比(原子比、Zn÷(Zn+Sn)で計算される値)は0.7であった。
1.エッチングレートの測定
 ガラス基板上に、亜鉛・スズ酸化物(ZTO)膜を膜厚100nmでスパッタ法により形成し、その後、表1および表2に示す各エッチング液を用いてエッチング処理した。エッチング処理は、上記ZTO膜/ガラス基板を35℃に保ったエッチング液に20秒~60秒間浸漬する方法で行い、その後純水で洗浄した後乾燥した。次に、エッチング処理前後のZTO膜の膜厚を光学式膜厚測定装置n&k Analyzer 1280(n&k Technology Inc.製)を用いて測定し、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た。酸化物溶解前のエッチングレート(初期エッチングレート)の評価結果を以下の基準で表記した。
E:エッチングレート4nm/min~200nm/min
G:エッチングレート3nm/min~4nm/min未満、または201nm/min~500nm/min
F:エッチングレート2nm/min~3nm/min未満、または501nm/min~1000nm/min
P:エッチングレート2nm/min未満、または1001nm/min以上
なお、ここでの合格はE、GおよびFである。
2.酸化物溶解性の確認
 表1および表2に示した各エッチング液に、亜鉛・スズ酸化物(ZTO)を所定濃度(100、500、1000、もしくは1500ppm)になるよう溶解し、不溶物の有無を目視にて確認した。評価結果を以下の基準で示した。合格はE、GおよびFである。
E:ZTO1500ppm添加後、完全に溶解。
G:ZTO1000ppm添加後、完全に溶解。
F:ZTO500ppm添加後、完全に溶解。
P:ZTO100ppm添加後、不溶物あり。
3.酸化物溶解後のエッチングレート変化量の測定
 表1および表2に示した各エッチング液に、ZTOを1000ppmになるよう溶解した後に、上記1と同様の方法でエッチングレートを測定した。ZTO溶解前後での、エッチングレートの変化量を算出した。評価結果を以下の基準で表記した。
E:エッチングレート変化量1nm/min以下
G:エッチングレート変化量1nm/min超~2nm/min以下
P:エッチングレート変化量2nm/min超
なお、ここでの合格はEおよびGである。
4.配線材料のエッチングレートの測定(腐食性)
 ガラス基板上にスパッタ法により成膜した銅(Cu)/チタン(Ti)積層膜、アルミニウム(Al)単層膜、モリブデン(Mo)単層膜およびTi単層膜を用いて、表1および表2に示した各エッチング液によるCu、Al、Mo、Tiのエッチングレートの測定を実施した。エッチング処理は、上記金属膜/ガラス基板を35℃に保ったエッチング液に1~3分浸漬する方法で行った。エッチング処理前後の金属膜の膜厚を蛍光X線分析装置SEA1200VX(Seiko Instruments Inc.製)を用いて測定し、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た。評価結果を以下の基準で表記した。
E:エッチングレート1nm/min未満
G:エッチングレート1nm/min~2nm/min未満
P:エッチングレート2nm/min以上
なお、ここでの合格はEおよびGである。
実施例1
 容量100mlのポリプロピレン容器にA成分として46.0質量%硫酸を32.6gおよび純水67.4gを投入した。これをよく攪拌混合し、エッチング液を調製した(合計重量は100.0g)。得られたエッチング液の硫酸の濃度は15.0質量%であり、pH値は-0.1であった。
 該エッチング液を用いて、上記1~4の評価を実施した。結果を表1にまとめた。
 酸化物溶解前のエッチングレートは11nm/minで、ZTO(ZTO濃度として1000ppm)を添加しても液は透明であり、不溶解分はなかった。酸化物溶解後のpH値は0.0で、エッチングレートは10nm/minで、変化量はE判定(1nm/min)であった。配線材料(Cu、Al)のエッチングレート(E.R.)はG判定で、Mo、TiはE判定であった。また、ZTOを2000ppm添加したが不溶解部はなく透明で、溶解性が優れていた。pH値は-0.1であった。
実施例2
 実施例1の硫酸の代わりにメタンスルホン酸を20質量%にした以外は、実施例1と同様にしてエッチング液を調製し、該エッチング液を用いて上記の評価を実施した。得られた結果を表1に示す。
実施例3
 硫酸濃度5質量%、クエン酸濃度を5質量%、ラベリンFPを0.1質量%にした以外は、実施例1と同様にしてエッチング液を調製し、該エッチング液を用いて上記の評価を実施した。得られた結果を表1に示す。
比較例1、2
 実施例1の硫酸の代わりにシュウ酸濃度を3.4質量%(比較例1)、または1.7質量%(比較例2)とした以外は、実施例1と同様にしてエッチング液を調製し、該エッチング液を用いて上記の評価を実施した。得られた結果を表2に示す。
 比較例3、4
 実施例1の硫酸の代わりに塩酸10質量%(比較例3)、または硝酸20質量%(比較例4)とした以外は、実施例1と同様にしてエッチング液を調製し、該エッチング液を用いて上記の評価を実施した。得られた結果を表2に示す。
 比較例5
 実施例1の硫酸の代わりに(B)成分であるマレイン酸を10質量%とした以外は、実施例1と同様にしてエッチング液を調製し、該エッチング液を用いて上記の評価を実施した。得られた結果を表2に示す。
 比較例6
 実施例1の硫酸の代わりにギ酸を20質量%とした以外は、実施例1と同様にしてエッチング液を調製し、該エッチング液を用いて上記の評価を実施した。得られた結果を表2に示す。
 比較例7
 実施例1の硫酸の代わりに塩酸を0.5質量%と酢酸20質量%とした以外は、実施例1と同様にしてエッチング液を調製し、該エッチング液を用いて上記の評価を実施した。得られた結果を表2に示す。
 上記実施例1~3から、本発明のエッチング液は、亜鉛、スズおよび酸素から実質的になる酸化物を好適なエッチングレートでエッチングでき、酸化物の溶解に対してエッチングレートの変化が小さく、析出物の発生もなく、エッチング処理が可能であることが分かる。さらに、配線材料への腐食性も小さく、工業生産で使用されるエッチング液として優れた性能を有することが分かった。
 一方、比較例1~2、5ではZTO溶解能が低く(亜鉛・スズ酸化物を100ppmまでしか溶解することができなかった)、エッチングレートの変化量を評価できなかった。また、比較例6、7ではエッチングレートが著しく遅くなった。さらに、比較例3~4ではエッチングレートは比較的良好であるが、配線材料のCuやMo、Alのエッチングレートが大きく、腐食性があった。
 本発明のエッチング液は、亜鉛とスズから実質的になる酸化物を好適なエッチングレートでエッチングでき、酸化物の溶解に対してエッチングレートの変化が小さく、析出物の発生もなく、配線材料への腐食性も小さい。薬液寿命が長いことが期待できるため、薬液使用時のコストの低減、および環境負荷を大幅に下げるメリットも高い。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002

Claims (7)

  1.  亜鉛、スズおよび酸素から実質的になる酸化物のエッチングに用いるエッチング液であって、(A)硫酸、メタンスルホン酸、およびそれらの塩からなる群より選ばれる1種以上と水を含み、pH値が-1~3であるエッチング液。
  2.  さらに(B)カルボン酸(シュウ酸を除く)を含む請求項1に記載のエッチング液。
  3.  (B)カルボン酸が、酢酸、グリコール酸、マロン酸、マレイン酸、コハク酸、リンゴ酸、酒石酸、グリシンおよびクエン酸からなる群より選ばれる1種以上である請求項2に記載のエッチング液。
  4.  さらに(C)ポリスルホン酸化合物を含む請求項1~3のいずれか1項に記載のエッチング液。
  5.  (C)ポリスルホン酸化合物がナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物またはその塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸塩、およびポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル硫酸塩からなる群より選ばれる1種以上である請求項4に記載のエッチング液。
  6.  請求項1から5のいずれか1項に記載のエッチング液を用いて、亜鉛、スズおよび酸素から実質的になる酸化物を含む基板をエッチングする方法。
  7.  請求項6記載のエッチング方法により製造された表示デバイス。
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