專利名稱：一種酸性銅蝕刻液及其制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種酸性銅蝕刻液及其制備工藝。主要用于蝕刻在構(gòu)成半導(dǎo)體器件如半導(dǎo)體元件或液晶顯示器元件的銅。
背景技術(shù)：
近年來，由于微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，集成電路復(fù)雜度的增加，一個(gè)電子系統(tǒng)的大部分功能都可集成在一個(gè)單芯片內(nèi)(即片上系統(tǒng))，這就相應(yīng)地要求微電子封裝具有更高的性能、更多的引線、更密的內(nèi)連線，更小的尺寸或更大的芯片腔等，芯片封裝工藝也由逐個(gè)芯片封裝向圓片級(jí)封裝轉(zhuǎn)變。晶圓片級(jí)芯片規(guī)模封裝技術(shù)——WLCSP正好滿足了這些要求。在WLCSP中，為了使WLP適應(yīng)了 SMT 二級(jí)封裝較寬的焊盤節(jié)距，需將這些焊盤重新分布，是這些焊盤由芯片周邊排列改為芯片有源面上陣列排布，這就需要重新布線(RDL)技術(shù)。重新布線中UBM材料為Al/Ni/Cu、Ti/Cu/Ni或Ti/W/Au。加工這種金屬薄膜使之形成諸如布線微結(jié)構(gòu)圖案的技術(shù)實(shí)例包括濕蝕刻技術(shù)和干蝕刻技術(shù)，其中，濕蝕刻是采用化學(xué)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(jìn)行化學(xué)蝕刻的屏蔽，而使金屬膜形成圖案。與干蝕刻技術(shù)相比，濕蝕刻技術(shù)經(jīng)濟(jì)有利，不需要昂貴的裝置，而是采用相對(duì)便宜的化學(xué)試劑。采用這種濕蝕刻技術(shù)，可以均勻地蝕刻大面積的襯底，同時(shí)單位時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)效率高。專利號(hào)為7056648的美國(guó)專利提供一種各向同性蝕刻銅以及銅合金的工藝方法，所選用的蝕刻劑含有氧化劑、銅及銅合金的至少一種弱絡(luò)合劑和一種強(qiáng)絡(luò)合劑的混合物、以及水并且蝕刻劑的PH值為6至12。采用上述試劑可以得到光滑的銅或銅合金表面，但是，上述方法在蝕刻銅或者銅合金的工藝過程中蝕刻劑中的銅絡(luò)合離子的的濃度以及溶液的PH值都會(huì)發(fā)生變化，造成蝕刻速率不穩(wěn)定，蝕刻不均勻，且會(huì)造成環(huán)境污染和資源浪費(fèi)。在CN 101392376A中提到日本特開昭61-591號(hào)、51-2975公報(bào)專利中，前者它提供了一種有硫酸、過氧化氫、乙酸鈉以及余量的水所構(gòu)成的蝕刻組合物，后者公開了一種有鹽酸、無機(jī)酸或者無機(jī)酸鹽、過氧化氫及余量的水構(gòu)成的Cu單膜用蝕刻液，這些都存在Cu側(cè)蝕問題及蝕刻不均。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的為了克服銅蝕刻液組合物蝕刻單銅膜的各種缺點(diǎn)，提供一種具有蝕刻速度快，蝕刻均勻，不影響其他金屬層，穩(wěn)定性好且藥液對(duì)環(huán)境污染小的酸性銅蝕刻液。本發(fā)明的第二個(gè)目的在于克服現(xiàn)有銅蝕刻液制備工藝中的不足，設(shè)計(jì)一種簡(jiǎn)潔、合理的銅蝕刻液制備工藝。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是設(shè)計(jì)一種酸性銅蝕刻液，所述銅蝕刻液包括硫酸、過硫酸鹽、表面活性劑和純水。其中，在所述三種原料中每種原料的重量百分比分別為硫酸1°/Γ20%、、過硫酸鹽5°/Γ25%、非離子表面活性劑O. 05、. 5wt %，其余為純水。當(dāng)原料的純度變化后，其配比應(yīng)予以調(diào)整。其中，所述過硫酸鹽為過硫酸銨、過硫酸鉀和過硫酸鈉中的一種或幾種混合物。其中，所述表面活性劑為非離子表面活性劑。該非離子表面活性劑沒有明顯的乳化作用，可以使表面張力降低。該非離子表面活性劑在水溶液中的硫酸酸性條件下穩(wěn)定，具有生物降解性。在本發(fā)明的上下文中，術(shù)語“酸穩(wěn)定”是指非離子表面活性劑在20%濃度H2SO4溶液中在一周后實(shí)現(xiàn)初始測(cè)定值的優(yōu)選至少85%，特別優(yōu)選至少90%，尤其優(yōu)選至少95%的表面張力降低。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，非離子型表面活性劑選自烷氧基化C4-C22醇，烷基多葡糖苷、N-烷基多葡糖苷、N-烷基葡糖酰胺、脂肪酸烷氧基化物、脂肪酸聚乙二醇酯、月旨肪酸胺烷氧基化物、脂肪酸酰胺烷氧基化物、脂肪酸鏈烷醇酰胺烷氧基化物、N-烷氧基多羥基-脂肪酸酰胺、N-芳氧基多羥基-脂肪酸酰胺、聚異丁烯烷氧基化物、聚異丁烯/馬來酸·酐衍生物、脂肪酸甘油酯、脫水山梨糖醇酯、多羥基-脂肪酸衍生物、多烷氧基-脂肪酸衍生物和二甘油酯中的一種或幾種混合物。本發(fā)明優(yōu)選N-烷基葡糖酰胺、聚異丁烯/馬來酸酐衍生物、N-芳氧基多羥基-脂肪酸酰胺中的一種或幾種混合物；最優(yōu)為N-烷基葡糖酰胺和聚異丁烯/馬來酸酐衍生物的混合物，或者為聚異丁烯/馬來酸酐衍生物和N-芳氧基多羥基-脂肪酸酰胺的混合物。其中，所述硫酸純度分別為98%。其中，所述銅蝕刻液中顆粒度大于O. 3 μ m的顆粒不超過20個(gè)，雜質(zhì)陰離子不超過30ppb,雜質(zhì)陽離子不超過O. lppb。本發(fā)明的銅蝕刻液大大改善了之前的蝕刻均勻度和蝕刻速率。采用本發(fā)明的蝕刻液對(duì)銅金屬膜蝕刻時(shí)，由于非離子表面活性劑的加入，使液體更容易平鋪金屬表面，從而使蝕刻后的金屬表面光滑、平整，且基本無側(cè)蝕現(xiàn)象，形成具有所需要形狀的配線跟電極。本發(fā)明的技術(shù)方案還包括設(shè)計(jì)一種銅蝕刻液的制備工藝，所述制備工藝包括如下加工步驟
第一步將硫酸、過硫酸鹽、表面活性劑和純水按配比稱重配置；
第二步將硫酸加入配料罐中，攪拌下加入過硫酸鹽，將其攪拌均勻；
第三步往混勻的硫酸和過硫酸鹽混合溶液中加入非離子表面活性劑，然后加入純水，充分?jǐn)嚢瑁?br> 第四步將混合物通入過濾器進(jìn)行過濾，得到所述銅蝕刻液。其中，所述過硫酸鹽為過硫酸銨或者過硫酸鉀，其純度高于98%。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(gè)的百級(jí)凈化環(huán)境
中進(jìn)行。 其中，所述攪拌為機(jī)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(jìn)行，所述攪拌的時(shí)間為I. 5^3小時(shí)，攪拌的速度為6(Γ85轉(zhuǎn)/分鐘。本發(fā)明酸性銅蝕刻液的制備工藝簡(jiǎn)潔、合理，安全性和穩(wěn)定性好。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。實(shí)施例I :
本發(fā)明涉及一種新型酸性銅蝕刻液，該銅蝕刻液組合物由硫酸、過硫酸鹽、非離子表面活性劑和純水原料混合均勻而成。其中，每種原料的重量百分比可以分別為硫酸5%、過硫酸鉀20%、N-烷基葡糖酰胺O. 25wt %，其余為純水。其中，所述硫酸純度分別為98% ;所述過硫酸鉀的純度為98% ;所述過硫酸鉀原料中的其余雜質(zhì)成分為氯化鉀、水分和極微量不溶于所述刻蝕液的雜質(zhì)。以上述銅蝕刻液為例，其制備工藝步驟如下
第一步將硫酸、過硫酸鹽、表面活性劑和純水四種原料按配比稱重配置；
第二步將硫酸加入配料罐中，攪拌下加入過硫酸鉀，將其攪拌均勻；
第三步往混勻的硫酸和過硫酸鉀混合溶液中加入非離子表面活性劑，然后加入純水，充分?jǐn)嚢瑁?br> 第四步將混合物通入過濾器進(jìn)行過濾，得到所述銅蝕刻液。實(shí)施例2-6與實(shí)施例I的制備方法相同，但具體配比不同，具體詳見表I?！?br> 表I列出了本發(fā)明實(shí)施例蝕刻液的組成，為比較起見，同時(shí)列出了對(duì)比例蝕刻液的組成，其制備方法同實(shí)施例I。表I (各組分為質(zhì)量百分比，余量為純水)
權(quán)利要求
1.一種酸性銅蝕刻液，其特征在于，所述銅蝕刻液質(zhì)量百分比組成為硫酸19Γ20%、過硫酸鹽5°/Γ25%、表面活性劑O. 05、. 5wt %和余量的純水；所述表面活性劑為非離子型表面活性劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種酸性銅蝕刻液，其特征在于所述非離子型表面活性劑為烷氧基化C4-C22醇、烷基多葡糖苷、N-烷基多葡糖苷、N-烷基葡糖酰胺、脂肪酸烷氧基化物、脂肪酸聚乙二醇酯、脂肪酸胺烷氧基化物、脂肪酸酰胺烷氧基化物、脂肪酸鏈烷醇酰胺烷氧基化物、N-烷氧基多羥基-脂肪酸酰胺、N-芳氧基多羥基-脂肪酸酰胺、聚異丁烯烷氧基化物、聚異丁烯/馬來酸酐衍生物、脂肪酸甘油酯、脫水山梨糖醇酯、多羥基-脂肪酸衍生物、多烷氧基-脂肪酸衍生物、二甘油酯中的一種或幾種混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種酸性銅蝕刻液，其特征在于所述非離子型表面活性劑為N-烷基葡糖酰胺、聚異丁烯/馬來酸酐衍生物、N-芳氧基多羥基-脂肪酸酰胺中的一種或幾種混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種酸性銅蝕刻液，其特征在于所述非離子型表面活性劑為N-烷基葡糖酰胺和聚異丁烯/馬來酸酐衍生物的混合物，或者為聚異丁烯/馬來酸酐衍生物和N-芳氧基多羥基-脂肪酸酰胺的混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種酸性銅蝕刻液，其特征在于所述過硫酸鹽為過硫酸銨、過硫酸鉀和過硫酸鈉中的一種或幾種的混合。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種酸性銅蝕刻液，其特征在于所述硫酸純度為98%。
7.—種酸性銅蝕刻液的制備工藝，其特征在于，所述工藝包括如下步驟 第一步將硫酸、過硫酸鹽、表面活性劑和純水四種原料按權(quán)利要求I所述配比稱重配置； 第二步將硫酸加入配料罐中，攪拌下加入過硫酸鹽，將其攪拌均勻； 第三步往混勻的硫酸和過硫酸鹽混合溶液中加入非離子表面活性劑，然后加入純水，充分?jǐn)嚢瑁? 第四步將混合物通入過濾器進(jìn)行過濾，得到所述銅蝕刻液。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種酸性銅蝕刻液的制備工藝，其特征在于，所述過濾器的微濾膜孔徑為O. 05 O. 15 μ m。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種酸性銅蝕刻液的制備工藝，其特征在于，所述攪拌為機(jī)械攪拌或磁力攪拌。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種酸性銅蝕刻液的制備工藝，其特征在于，所述攪拌與混合是在常溫、常壓的狀態(tài)下進(jìn)行，所述攪拌的時(shí)間為I. 5^3小時(shí)，攪拌的速度為6(Γ85轉(zhuǎn)/分鐘。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種酸性銅蝕刻液，其特征在于，所述銅蝕刻液質(zhì)量百分比組成為硫酸1%~20%、過硫酸鹽5%~25%、表面活性劑0.05~0.5wt%和余量的純水；所述表面活性劑為非離子型表面活性劑。所述工藝包括如下步驟第一步將硫酸、過硫酸鹽、表面活性劑和純水四種原料按權(quán)利要求1所述配比稱重配置；第二步將硫酸加入配料罐中，攪拌下加入過硫酸鹽，將其攪拌均勻；第三步往混勻的硫酸和過硫酸鹽混合溶液中加入非離子表面活性劑，然后加入純水，充分?jǐn)嚢?；第四步將混合物通入過濾器進(jìn)行過濾，得到所述銅蝕刻液。本發(fā)明蝕刻液蝕刻速度快，蝕刻均勻，不影響其他金屬層，且藥液對(duì)環(huán)境污染小。
文檔編號(hào)C23F1/18GK102925894SQ20121037905
公開日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月9日
發(fā)明者戈士勇 申請(qǐng)人:江陰潤(rùn)瑪電子材料股份有限公司