[发明专利]一种选择性铜腐蚀液及应用

说明书

本发明公开了一种选择性铜腐蚀液，按重量百分比计包含：1～20%的氧化剂、0.001～5%的过氧化氢稳定剂、0.01～10%的无机酸、1～4%的可溶性有机酸二价铜盐、0.01～8%的螯合剂和/或缓蚀剂、0.001～3%的表面活性剂和余量水，氧化剂的主要组成为过氧化氢。在腐蚀液中同时加入无机酸和可溶性有机酸二价铜盐，加快腐蚀液溶出铜的预反应，有助于实现均匀蚀刻，得到可控的电极形状。本发明还公开了一种选择性铜腐蚀液在半导晶片上腐蚀铜或铜化合物层的应用。

技术领域

本发明涉及腐蚀液技术领域，具体涉及一种选择性铜腐蚀液及应用。

背景技术

铜在印刷电路板中有着较为广泛的应用，近年来，铜在半导体、微机电系统及其封装领域的应用前景也得到关注。利用电阻值低的铜金属来形成金属导线，可以有效降低RC延迟效应。然而铜与玻璃基板的附着力不佳，由于铜金属易于扩散，仅此在铜层和玻璃基板之间引入其他金属如钼或铝作为粘着层和阻障层。工艺要求从上述的层叠膜仅蚀刻去除铜或铜合金薄膜，并在除去了铜或铜合金薄膜的部分埋入其他金属制成元件，或者作为形成焊点的基底金属，仅选择蚀刻铜或铜合金膜，需要用到选择性铜腐蚀液。

现有技术中公开了如CN103814432A、CN103717787B、CN104611702A等一系列的铜钼腐蚀液，由于其对钼层同样具有蚀刻效果，因此对于选择性蚀刻铜不具有技术启示。现有技术中的选择性铜腐蚀液例如CN105603425A和CN106757033A，前一技术方案腐蚀液的主要组成为氧化剂、水、草酸盐和氨基羧酸，腐蚀液pH值为6.0～8.5，其中氧化剂为过硫酸盐或过氧化氢，草酸盐为草酸铵、草酸钠和/或草酸钾，后一技术方案腐蚀液的主要组成为过醋酸水溶液、三氟丙酮酸乙酯、二溴新戊二醇、乙二胺四乙酸、2,2-双（4-甲基苯基）六氟丙烷、4,4’-（2,2,2-三氟甲基）亚乙基双（1,2-苯二甲酸）和水。两种方案的主要区别之一在于氧化剂，前一方案采用金属腐蚀液中普遍使用的过氧化氢或过硫酸盐，后一方案采用过醋酸水溶液。实际使用中，后一方案由于过醋酸经还原后生成乙酸，而乙酸与铜离子反应生产乙酸铜，尽管大部分的铜离子会与螯合剂结合生成可溶性的铜配合物，但是不可避免的半导体蚀刻表面残留乙酸铜固体，前一方案中酸性条件下草酸盐与氧化铜反应也容易生成沉淀草酸铜，需要进一步采用弱酸性或喊有机溶剂的清洗溶液进行清洗，增加废水量的同时，延长了单个半导体元件的蚀刻处理时间，而且不利于保证铜布线的精度。因此，增加对铜螯合物的溶解度以及确定合适的氧化剂组合是技术人员对于选择性铜蚀刻的研究重点。

发明内容

本发明的目的之一在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种性能稳定、对铜和铝侵蚀小的选择性铜腐蚀液。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种选择性铜腐蚀液，其特征在于，按重量百分比计包含：1～20%的氧化剂、0.001～5%的过氧化氢稳定剂、0.01～10%的无机酸、1～4%的可溶性有机酸二价铜盐、0.01～8%的螯合剂和/或缓蚀剂、0.001～3%的表面活性剂和余量水，氧化剂的主要组成为过氧化氢。

通过同时加入无机酸和可溶性有机酸二价铜盐，可加快金属铜表面的预反应生成亚铜盐，亚铜盐与以过氧化氢为主要组成的氧化剂反应生成二价铜离子，是蚀刻过程更趋均匀。

优选的技术方案为，所述氧化剂还包括选自可溶性过硫酸氢盐、可溶性过硫酸盐和结构式为R-S=O-R’的亚砜类化合物中的一种或者两种以上的组合，其中R和R’分别选自烷基、烯烃基、苯基、苄基、(CH₂)_mS-R1，m为1以上的整数，R1为烷基。铜盐加入量过大会导致过氧化氢的氧化能力降低，从而使得被处理的片材数量减少。过硫酸氢盐、过硫酸盐和亚砜化合物与过氧化氢同时使用，可提高过氧化氢的氧化能力，使得铜腐蚀液的使用寿命更长。