一種蝕刻液組合物及該組合物的金屬膜刻蝕方法與流程
2024-01-26 10:58:15
本發明涉及蝕刻液領域，具體涉及一種蝕刻液組合物及使用該組合物的刻蝕方法。
背景技術：
液晶顯示裝置(LCD，Liquuid Crystal Display)包括液晶顯示面板及背光模組。通常液晶顯示面板包括CF(Color Filter)基板、TFT(Thin Film Transistor)陣列基板、及設於CF基板與TFT陣列基板之間的液晶(Liquid Crystal)。通過給TFT陣列基板供電與否來控制液晶分子改變反向，將背光模組的光線投射到CF基板產生畫面。
TFT-LCD等微電路在製造時，通過在TFT陣列基板上形成鋁、鋁合金、銅和銅合金等導電性金屬膜或二氧化矽、氮化矽等絕緣膜上，均勻的塗抹光刻膠，然後通過刻有圖案的薄膜，進行光照射成像，再用蝕刻液(溼式蝕刻法)或腐蝕性的氣體(乾式蝕刻)對未被光刻膠掩蓋的金屬層或絕緣膜上進行蝕刻，待其形成預期形狀後，剝離去除不需要的光刻膠等一系列的光刻工程而完成的。
大型顯示器的柵極及數據金屬配線所使用的銅合金，與使用鋁鉻配線相比，具有阻抗低且沒有環境問題等優點，然而銅與玻璃基板及絕緣膜的粘附性較差且易擴散為氧化矽膜，所以通常使用鈦、鉬等作為下層薄膜金屬。
由於鉬不容易被一般的蝕刻液蝕刻，或者蝕刻速度較慢，因此常會出現蝕刻完成時仍有鉬的殘留，為了避免鉬殘而延長蝕刻時間，又會導致較大的關鍵尺寸損失(CD-Loss，critical dimension-loss，即PR光阻膠邊界與金屬膜邊界的差值)的問題。現有技術中，常使用含氟的刻蝕液來提高對金屬鉬的刻蝕效果，但含氟的刻蝕劑會增加廢液處理成本，還對環境造成汙染。另外，現有的蝕刻液還容易產生不適宜角度的錐角，即造成不良蝕刻，錐角過大會造成下一層膜沉積時斷裂，錐角過小時錐角熱脹冷縮容易變形。
技術實現要素：
針對上述存在的問題，在本領域希望尋求一種環境友好且性能佳的蝕刻液組合物，該蝕刻液組合物可以有效解決鉬殘渣完全刻蝕時存在較大的CD-Loss，該蝕刻液還可以解決對銅/鉬金屬膜蝕刻時形成的較大角度錐角的不良蝕刻。
本發明的通過在蝕刻液組合物中含有特定含量的待定組分，可適宜地調節銅/鉬金屬膜的蝕刻速度，使其成為具有適當錐角的蝕刻輪廓，並在控制相應的CD Loss下保證沒有鉬殘留。
本申請一方面提供一種蝕刻液組合物，以組合物的總重量為100％計，包含下述組分：
4-25重量％的過氧化氫，
0.01-10重量％的蝕刻抑制劑，
0.01-10重量％的螯合劑，
0.01-3重量％的蝕刻添加劑，
0.01-10重量％的過氧化氫穩定劑，
餘量為水，所述水為去離子水。
本申請的發明人經研究發現，以特定含量的過氧化氫作為蝕刻液的主要成分，能夠實現對銅和鉬的有效刻蝕，同時輔以特定含量的蝕刻添加劑，能夠進一步改善對鉬的刻蝕能力，在控制相應的CD Loss的條件下保證沒有鉬殘留；另一方面，特定種類和含量的蝕刻抑制劑能夠一定程度上抑制橫向刻蝕反應的進行，從而保證被刻蝕的金屬膜具有適當錐角的蝕刻輪廓。進一步的，所述蝕刻液含有特定含量的螯合劑和穩定劑，有利於提高蝕刻液的穩定性和蝕刻效果的均勻性。此外，由於所述蝕刻液中不含氟，降低了廢液處理成本，對環境友好。
在本發明的一個優選的實施方式中，所述蝕刻抑制劑選自雜環芳香族化合物、雜環脂肪族化合物、芳香族多元醇、喹啉和直鏈結構多元醇中的至少一種。
根據本發明，所述雜環芳香族化合物選自呋喃、噻吩、吡咯、惡唑、噻唑、吡唑、三唑、四唑、苯亞呋喃、吲哚、苯亞咪唑、苯亞吡唑和氨基四唑中的至少一種；所述雜環脂肪族化合物選自呱嗪、甲基呱嗪、吡咯烷和四氧嘧啶中的至少一種；所述芳香族多元醇選自五倍子酸、甲基酸酯、乙酯、丙醇鹽和丁基脂中的至少一種；所述直鏈結構多元醇選自甘油、赤蘚糖醇、山梨糖醇、甘露醇和木糖醇中的至少一種；所述喹啉為6-羥基喹啉和/或8-羥基喹啉。
在本發明的另一個優選的實施方式中，所述蝕刻添加劑包括有機酸及其鹽和/或無機酸及其鹽，其中，
所述有機酸選自醋酸、甲酸、丁酸、檸檬酸、乙醇酸、草酸、丙二酸、戊酸、丙酸、酒石酸、葡萄糖酸、甘氨酸、琥珀酸、丁二酸、烷基二甲基磺酸、烷基苯磺酸、烷基二苯醚二磺酸、烷基萘磺酸、萘磺酸、萘二磺酸、甲醛與萘磺酸聚合物、丙烯醯胺甲基丙烷磺酸聚合物、丙烯酸、乙烯基苯磺酸聚合物和磺酸鹽化合物中的至少一種。
所述無機酸選自硝酸、硫酸、鹽酸、次氯酸、高錳酸、磷酸、硼酸、次硫酸、高氯酸、過一硫酸、過二硫酸和過二碳酸及其鹽中的至少一種。
在本發明的另一個優選的實施方式中，所述螯合劑選自亞氨基二乙酸、次氮基三乙酸、乙二胺四乙酸、二乙烯三胺五乙酸、亞甲基磷酸、羥基乙叉二膦酸、亞乙基二胺四亞甲基磷酸、肌氨酸、丙氨酸、氨基丁酸、穀氨酸、甘氨酸和1-二膦酸中的至少一種。
在本發明的另一個優選的實施方式中，所述過氧化氫穩定劑選自乙二醇、丙二醇、聚乙二醇、聚丙乙烯二醇、乙醇和異丙醇中的至少一種。
在本發明的另一個優選的實施方式中，以組合物的總重量為100％計，包含下述組分：
5-15重量％的過氧化氫，
0.01-0.15重量％的蝕刻抑制劑，
0.01-8重量％的螯合劑，
0.3-1.5重量％的蝕刻添加劑，
5-10重量％的過氧化氫穩定劑，
餘量為水。
本發明另一方面提供一種導電性金屬膜的刻蝕方法，包括將上述蝕刻液組合物與所述導電性金屬膜接觸，所述導電性金屬膜以選自鋁、鋁合金、銅和銅合金中的至少一種構成上層金屬膜，以鉬和/或鈦構成下層金屬膜。
在本發明的另一個優選的實施方式中，完成蝕刻後，所述上層金屬膜的厚度為300-400nm，所述下層金屬膜的厚度為20-30nm。
在本發明的一個優選的實施方式中，所述導電性金屬膜在蝕刻過程中形成具有30-70度的錐角的蝕刻輪廓。
本發明所提供的蝕刻液能夠對導電金屬膜形成有效的蝕刻，使其成為具有適當錐角的蝕刻輪廓，並且在控制相應的CD Loss的條件下能夠保證沒有鉬殘留。特別適用於以選自鋁、鋁合金、銅和銅合金中的至少一種構成上層金屬膜，以鉬和/或鈦構成下層金屬膜的導電金屬膜的蝕刻作業。
此外，上述技術特徵可以各種適合的方式組合或由等效的技術特徵來替代，只要能夠達到本發明的目的。
附圖說明
圖1為本發明的一個具體實施方式的金屬膜側面的蝕刻輪廓圖像。
圖2為本發明的另一個具體實施方式的金屬膜側面的蝕刻輪廓圖像。
圖3為本發明的對比例1的金屬膜側面的蝕刻輪廓圖像。
附圖標記說明：
1-光阻膠；2-銅膜；3-鉬膜；4-基板；5-銅鉬導電金屬膜。
具體實施方式
下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
在下述實施例中，蝕刻終點、關鍵尺寸損失和錐角採用SEM儀器根據電鏡掃描方法進行測定。
實施例1
蝕刻液組合物A，以組合物的總重量為100％計，包含下述組分：
10重量％的過氧化氫，0.1重量％的6-羥基喹啉，1重量％的IDA(亞氨基二乙酸)，5重量％的乙二胺四乙酸，0.375重量％的H3PO4，5重量％的ET(乙醇)，餘量為水。
以銅鉬金屬膜(銅為上層金屬膜，鉬為下層金屬膜)為蝕刻對象，採用刻蝕液組合物A進行蝕刻試驗，先沉積金屬膜，後經過塗膠曝光顯影得到光阻圖案，再通過刻蝕液刻蝕後剝離掉PR膠得到刻蝕後需要的圖案；實驗數據如表1所示。
如圖1和圖2所示，完成蝕刻試驗後，銅鉬金屬膜的CD-loss為883nm，金屬膜的刻蝕邊緣具有65.07度的錐角，銅膜的厚度為357.2nm，鉬膜的厚度為27.29nm。
實施例2
蝕刻液組合物B，以組合物的總重量為100％計，包含下述組分：
10重量％的過氧化氫，0.1重量％的6-羥基喹啉，1重量％的IDA，0.375重量％的H3PO4和0.75重量％的HAc(醋酸)，10重量％的ET，餘量為水。
採用蝕刻液組合物B按照與實施例1相同的方式進行的蝕刻試驗，試驗數據如表1所示。
實施例3
蝕刻液組合物C，以組合物的總重量為100％計，包含下述組分：
10重量％的過氧化氫，0.05重量％的6-羥基喹啉，1重量％的IDA，0.375重量％的H2SO4和0.75重量％的HAc，5重量％的ET，餘量為水。
採用蝕刻液組合物C按照與實施例1相同的方式進行的蝕刻試驗，試驗數據如表1所示。
實施例4
蝕刻液組合物D，以組合物的總重量為100％計，包含下述組分：
10重量％的過氧化氫，0.1重量％的8-羥基喹啉，1重量％的IDA，5重量％的乙二胺四乙酸，0.375重量％的H3PO4和1重量％的戊酸，5重量％的EG(乙二醇)，餘量為水。
採用蝕刻液組合物D按照與實施例1相同的方式進行的蝕刻試驗，試驗數據如表1所示。
實施例5
蝕刻液組合物E，以組合物的總重量為100％計，包含下述組分：
10重量％的過氧化氫，0.05重量％的8-羥基喹啉，1重量％的IDA，0.375重量％的H3PO4和1重量％的戊酸，10重量％的EG，餘量為水。
採用蝕刻液組合物E按照與實施例1相同的方式進行的蝕刻試驗，試驗數據如表1所示。
對比例1
蝕刻液組合物F，以組合物的總重量為100％計，包含下述組分：
10重量％的H2O2，0.05重量％的8-羥基喹啉，1重量％的IDA，5重量％的HNO3，10重量％的乙醇，餘量為水。
採用蝕刻液組合物F按照與實施例1相同的方式進行的蝕刻試驗，試驗數據如表1所示。如圖3所示，完成蝕刻試驗後，銅鉬金屬膜的CD-loss為1330nm，金屬膜的刻蝕邊緣具有90度的錐角，銅膜的厚度為341.3nm，鉬膜的厚度為25nm。
通過上述試驗對蝕刻液組合物的蝕刻能力：蝕刻終點、關鍵尺寸損失和錐角進行評價。蝕刻終點是利用蝕刻液完成對銅鉬金屬膜的蝕刻至沒有鉬等金屬殘留狀態下所用的時間。蝕刻終點的值越小，說明蝕刻液的蝕刻能力越強，關鍵尺寸損失和錐角定義同上。結果見下表1。
表1
根據表1可知，對比例1的蝕刻液組合物雖然蝕刻能力較強，但是關鍵尺寸損失較大，蝕刻精度不夠，且錐角大，恐會造成下一層膜沉積時斷裂。
雖然在本文中參照了特定的實施方式來描述本發明，但是應該理解的是，這些實施例僅僅是本發明的原理和應用的示例。因此應該理解的是，可以對示例性的實施例進行許多修改，並且可以設計出其他的布置，只要不偏離所附權利要求所限定的本發明的精神和範圍。應該理解的是，可以通過不同於原始權利要求所描述的方式來結合不同的從屬權利要求和本文中所述的特徵。還可以理解的是，結合單獨實施例所描述的特徵可以使用在其他所述實施例中。