專利名稱：高蝕刻速率無殘留酸性鋁蝕刻液及其制備工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及在例如電子部件的配線形成等中使用的、用于蝕刻鋁膜的鋁蝕刻液組合物及其制備工藝，更詳細來說，設計用于蝕刻在構成半導體器件如半導體元件和液晶顯示器元件的一種鋁蝕刻液組合物及其制備工藝。
背景技術：
近年來，越來越需要在微組裝中精密度較高的電極和柵極布線材料，用于半導體器件諸如半導體元件和液晶顯示器元件，建議采用電阻較低的金屬材料。鋁是一種輕金屬，密度小，是半導體制成中最主要的導線材料，它具有低電阻、易于沉積及蝕刻等優(yōu)點，鋁的導電性僅次于銀和銅，居第三位，用于制造各種導線。
加工這種金屬薄膜使之形成諸如布線微結構圖案的技術實例包括濕蝕刻技術和干蝕刻技術，其中，濕蝕刻是采用化學試劑，通過照相制版法在金屬薄膜表面上形成的光刻膠圖案被用作為進行化學蝕刻的屏蔽，而使金屬膜形成圖案。與干蝕刻技術相比，濕蝕刻技術經濟有利，不需要昂貴的裝置，而是采用相對便宜的化學試劑。采用這種濕蝕刻技術，可以均勻地蝕刻大面積的襯底，同時單位時間內生產銷率高。鋁蝕刻液，為無色透明液體，有氣味酸性。2004年化學工業(yè)出版社出版的《微細加工技術》一書中給出了一種鋁的化學蝕刻溶液，主要是由磷酸和硝酸組成的水溶液，這種蝕刻溶液的缺點是蝕刻速度慢。而在現(xiàn)有技術中，主要由磷酸、硝酸、醋酸經攪拌混勻過濾制得，上述蝕刻液組合物已廣泛應用在半導體基板、玻璃基板等的表面形成配線、電極等的方法。我公司之前撰寫的一篇專利CN 102181867 A中，是對多層膜的濕法蝕刻，即用同一種藥液對鋁膜和鑰膜兩種金屬膜同時進行蝕刻，由于各不同金屬層間的接觸會發(fā)生電池反應，導致不同差異的蝕刻行為，與單層蝕刻比，其蝕刻速率會更高(參見，例如，1994國際顯示器研究會議的離子選擇性檢測記錄(SID, CONFERENCE RECORD OF THE 1994INTERNATIONAL DISPLAY RESEARCH CONFERENCE), p. 424)。即該鑰鋁蝕刻溶液組合物在蝕刻單一鋁金屬膜時蝕刻速度慢。蝕刻液蝕刻單純的鋁材料過程中，往往還難以控制蝕刻角度和蝕刻量，影響產品的良率和蝕刻速率。近年來，人們對半導體裝置、液晶顯示器的需求量不斷增加的同時，對于這些裝置所具有的配線、電極等的微小化、高性能化的要求也越來越嚴格，而蝕刻的效果能直接導致電路板制造工藝的好壞，影響高密度細導線圖像的精度和質量。若要滿足人們對產品小型化、高性能化提出的更高要求，本領域技術人員就有必要對現(xiàn)有的鋁蝕刻液的相關技術做出進一步改進。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的之一是鑒于上述情況、并為了解決蝕刻液組合物蝕刻鋁材料過程中，對蝕刻速率慢、難以控制蝕刻角度和不同金屬層的蝕刻量而造成的多層配線的半導體裝置的配線的斷路、短路，得到較高的成品率，提供一種高蝕刻速率無殘留酸性鋁蝕刻液組合物。本發(fā)明的目的之二在于提供一種高蝕刻速率無殘留酸性鋁蝕刻液的制備工藝。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案是
一種高蝕刻速率無殘留酸性鋁蝕刻液，所述鋁蝕刻液包括磷酸、醋酸、硝酸、純水和添加劑，其中添加劑包含無機氯基化合物、無機硝酸鹽化合物和表面活性劑。其中，所述無機氯基化合物是可以離解為氯離子的化合物。其中，所述表面活性劑為陰離子表面活性劑和聚氧乙烯型非離子表面活性劑的混合物；
所述陰離子表面活性劑，為十二烷基苯磺酸鈉和十二烷基苯磺酸的組合物，或者是脂肪醇硫酸鈉和脂肪醇硫酸的組合物，或者是十二烷基硫酸鈉和十二烷基硫酸的組合物；上述組合物中鹽和酸的比為1:0. 1-5。所述聚氧乙烯型非離子表面活性劑為脂肪醇聚氧乙烯醚和烷基酚聚氧乙烯醚的組合物，二者比為1:0. 5-2。其中，每種原料的重量百分比分別為磷酸70°/Γ78%、醋酸6°/Γ Ο%、硝酸5%飛％、無機硝酸鹽化合物O. 19Γ0. 2%、無機氯基化合物O. 29ΓΟ. 3%、陰離子表面活性劑O. θΓθ. I wt·%、聚氧乙烯型非離子表面活性劑O. 05、. 5 wt %、純水8. 99Γ14. 6%，當原料的純度變化后，其配比應予以調整。其中，所述磷酸、醋酸、硝酸純度分別為磷酸85. 5%、醋酸99. 8%、硝酸61. 5%。其中，所述無機氯基化合物為氯化鉀，其氯化鉀純度高于98% ;所述無機硝酸鹽化合物為硝酸鉀，其硝酸鉀純度高于99. 5%。其中，所述鋁蝕刻液中顆粒度大于O. 3 μ m的顆粒不超過20個，雜質陰離子不超過30ppb,雜質陽離子不超過O. lppb。本發(fā)明的高蝕刻速率無殘留酸性鋁蝕刻液，大大改善了之前的蝕刻角度。采用本發(fā)明的蝕刻液對鋁金屬膜蝕刻時，由于表面活性劑的加入，使液體更容易進入光刻膠的底部，從而使形成的蝕刻角度在4(Γ80度之間，基本無側蝕現(xiàn)象，深孔刻蝕能力< 100 μ m，形成具有所需要形狀的配線跟電極。單用陰離子表面活性劑，如十二烷基苯磺酸，在蝕刻時，發(fā)泡顯著，易造成蝕刻圖形的缺陷，而加入聚氧乙烯型非離子表面活性劑時，對發(fā)泡具有抑制作用，提聞了廣品的良率。本發(fā)明的技術方案還包括設計一種鋁蝕刻液的制備工藝，所述制備工藝包括如下加工步驟
第一步將磷酸、醋酸、硝酸、無機氯基化合物、無機硝酸鹽化合物、表面活性劑和純水七種原料按配比稱重配置；
第二步將磷酸加入配料罐中，攪拌下加入醋酸，將磷酸和醋酸攪拌均勻后，攪拌下加入硝酸，將磷酸、醋酸和硝酸混合均勻；
第三步往混勻的磷酸、醋酸和硝酸中加入無機氯基化合物、無機硝酸鹽化合物和表面活性劑，然后加入純水，充分攪拌；
第四步將混合物通入過濾器中過濾，得到所述鋁蝕刻液。其中，所述過濾器的微濾膜孔徑為O. 05 O. 15 μ m0其中，所述過濾在空氣中顆粒度大于O. 5 μ m的顆粒不超過100個的百級凈化環(huán)境中進行。其中，所述攪拌為機械攪拌或磁力攪拌。其中，所述攪拌與混合是在常溫、常壓的狀態(tài)下進行，所述攪拌的時間為I. 5^3小時，攪拌的速度為6(Γ85轉/分鐘。本發(fā)明的優(yōu)點和有益效果在于由于在本發(fā)明中，在現(xiàn)有磷酸、醋酸、硝酸混合而成的鋁蝕刻液的基礎上，加入無機鹽添加劑硝酸鉀和氯化鉀，同時表面活性劑的加入，可以改善蝕刻液對金屬膜層的潤濕和腐蝕均勻性，即改善蝕刻后表面的平整度，減少側蝕刻量。
再經本發(fā)明中所述鋁蝕刻液的制備工藝混合均勻而成的蝕刻液，與現(xiàn)有鋁蝕刻液相比，對金屬鋁蝕刻速率高，反應穩(wěn)定，無殘留，基本無側蝕現(xiàn)象。
具體實施例方式下面結合實施例，對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護范圍。本發(fā)明是一種高蝕刻速率無殘留酸性鋁蝕刻液，該鋁蝕刻液的組合物可以由磷酸、醋酸、硝酸、氯化鉀和金屬硝酸鹽、表面活性劑和純水混合均勻而成。其中，所述原料中每種原料的重量百分比分別按照表中組分配制，其余為純水；當原料的純度變化后，其配比應予以調整。其中，所述磷酸、醋酸、硝酸純度可以分別為磷酸85. 5%、醋酸99. 8%、硝酸61. 5% ；所述氯化鉀的純度可以為98% ;所述金屬硝酸鹽為硝酸鉀，所述硝酸鉀純度可以為99. 5%。所述氯化鉀，硝酸鉀原料中的其余雜質成分為氯化鈉、水分和極微量不溶于所述刻蝕液的雜質。表I列出了本發(fā)明實施例蝕刻液的組成，為比較起見，同時列出了對比例蝕刻液的組成。該蝕刻液組合物具體制備工藝步驟如下
第一步將磷酸、醋酸、硝酸、氯化鉀和硝酸鉀、表面活性劑和純水七種原料按上述配比稱重配置；
第二步將磷酸加入配料罐中，攪拌下加入醋酸，將磷酸和醋酸攪拌均勻后，攪拌下加入硝酸，因為濃硝酸稀釋時將放出大量熱，而后將磷酸、醋酸和硝酸混合均勻；
第三步往混勻的磷酸、醋酸和硝酸中加入氯化鉀或硝酸鉀和表面活性劑，然后加入純水，充分攪拌；
第四步將混合物通入過濾器中過濾，得到所述鋁蝕刻液。
權利要求
1.一種高蝕刻速率無殘留酸性鋁蝕刻液，其特征在于所述鋁蝕刻液包括磷酸、醋酸、硝酸、無機氯基化合物、無機硝酸鹽化合物、表面活性劑和純水；所述表面活性劑為陰離子表面活性劑和聚氧乙烯型非離子表面活性劑的混合物；所述陰離子表面活性劑，為十二烷基苯磺酸鈉和十二烷基苯磺酸的組合物，或者是脂肪醇硫酸鈉和脂肪醇硫酸的組合物，或者是十二烷基硫酸鈉和十二烷基硫酸的組合物；所述聚氧乙烯型非離子表面活性劑為脂肪醇聚氧乙烯醚和烷基酚聚氧乙烯醚的組合物；所述無機氯基化合物是可以離解為氯離子的化合物；所述無機硝酸鹽化合物為金屬硝酸鹽；其中，在所述每種原料的重量百分比分別為所述六種原料中每種原料的重量百分比分別為磷酸70°/Γ78%、醋酸6°/Γ Ο%、硝酸4%飛％、無機硝酸鹽化合物O. 1°/Γθ. 2%、無機氯基化合物O. 29ΓΟ. 3%、陰離子表面活性劑O. 0Γ0. I wt %、聚氧乙烯型非離子表面活性劑O.05 O. 5 Wt %、余量為純水。
2.根據(jù)權利要求I所述的高蝕刻速率無殘留酸性鋁蝕刻液，其特征在于所述陰離子表面活性劑組合物中，鹽和酸的質量比為1:0. 1-5。
3.根據(jù)權利要求I所述的高蝕刻速率無殘留酸性鋁蝕刻液，其特征在于所述聚氧乙烯型非離子表面活性劑，脂肪醇聚氧乙烯醚和烷基酚聚氧乙烯醚的質量比為1:0. 5-2。
4.根據(jù)權利要求I所述的高蝕刻速率無殘留酸性鋁蝕刻液，其特征在于所述無機氯基化合物為氯化鉀；所述無機硝酸鹽化合物為硝酸鉀。
5.根據(jù)權利要求4所述的高蝕刻速率無殘留酸性鋁蝕刻液，其特征在于所述氯化鉀純度高于98% ;所述硝酸鉀純度高于99. 5%。
6.根據(jù)權利要求I所述的高蝕刻速率無殘留酸性鋁蝕刻液，其特征在于所述磷酸、醋酸、硝酸純度分別為磷酸85. 5%、醋酸99. 8%、硝酸61. 5%。
7.制備如權利要求I所述的高蝕刻速率無殘留酸性鋁蝕刻液的工藝，其特征在于所述制備工藝包括如下加工步驟第一步將磷酸、醋酸、硝酸、無機氯基化合物、無機硝酸鹽化合物、表面活性劑和純水按配比稱重配置；第二步將磷酸加入配料罐中，攪拌下加入醋酸，將磷酸和醋酸攪拌均勻后，攪拌下加入硝酸，將磷酸、醋酸和硝酸混合均勻；第三步往混勻的磷酸、醋酸和硝酸中加入無機氯基化合物、無機硝酸鹽化合物和表面活性劑，然后加入純水，充分攪拌；第四步將混合物通入過濾器中過濾，得到所述鋁蝕刻液。
8.根據(jù)權利要求7所述的高蝕刻速率無殘留酸性鋁蝕刻液的制備工藝，其特征在于所述攪拌與混合是在常溫、常壓的狀態(tài)下進行，所述攪拌的時間為I. 5^3小時，攪拌的速度為60 85轉/分鐘。
9.根據(jù)權利要求7或8所述的高蝕刻速率無殘留酸性鋁蝕刻液的制備工藝，其特征在于所述攪拌為機械攪拌或磁力攪拌。
10.根據(jù)權利要求7所述的高蝕刻速率無殘留酸性鋁蝕刻液的制備工藝，其特征在于所述過濾器的微濾膜孔徑為O. 05 O. 15 μ m。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高蝕刻速率無殘留酸性鋁蝕刻液，其特征在于所述鋁蝕刻液包括磷酸、醋酸、硝酸、無機氯基化合物、無機硝酸鹽化合物、表面活性劑和純水；所述表面活性劑為陰離子表面活性劑和聚氧乙烯型非離子表面活性劑的混合物。所述工藝是先按配比稱重配置；將磷酸加入配料罐中，攪拌下加入醋酸，將磷酸和醋酸攪拌均勻后，攪拌下加入硝酸，因為濃硝酸稀釋時將放出大量熱，而后將磷酸、醋酸和硝酸混合均勻；往混勻的磷酸、醋酸和硝酸中加入氯化鉀或硝酸鉀和表面活性劑，然后加入純水，充分攪拌；將混合物通入過濾器中過濾，得到所述鋁蝕刻液。本發(fā)明蝕刻液對金屬鋁蝕刻速率高，反應穩(wěn)定，無殘留，基本無側蝕現(xiàn)象。
文檔編號C23F1/20GK102925896SQ20121037906
公開日2013年2月13日 申請日期2012年10月9日 優(yōu)先權日2012年10月9日
發(fā)明者戈士勇 申請人:江陰潤瑪電子材料股份有限公司