[发明专利]金属氧化物蚀刻液组合物及蚀刻方法

说明书

本发明提供用于对作为半导体元件和平板显示器(FPD)等电子器件的氧化物半导体或透明电极使用的含In的金属氧化物及含Zn和In的金属氧化物进行蚀刻的蚀刻液组合物，其中，可控制为具实用性的蚀刻速度，且Zn的溶解性高，使用中的组成变化少，因此可使蚀刻液的使用寿命长。可对作为半导体元件和FPD等电子器件的氧化物半导体或透明电极使用的含In的金属氧化物及含Zn和In的金属氧化物进行微细加工，包含至少1种除氢卤酸和高卤酸等以外的某一解离阶段的25℃的酸解离常数pKa_n在2.15以下的酸和水，25℃的氢离子浓度pH在4以下的蚀刻液组合物及使用该蚀刻液组合物的蚀刻方法。

技术领域

本发明涉及作为半导体元件和平板显示器(FPD)等电子器件的氧化物半导体或透明电极使用的金属氧化物的蚀刻液组合物及使用该蚀刻液组合物的蚀刻方法。

背景技术

近年来，在电子设备不断小型化、轻量化和低耗电量化的过程中，在FPD领域，作为薄膜晶体管(TFT)的通道材料，正在探讨引入氧化物半导体来替代一直以来被广泛用于大型电视机用液晶面板(LCD)等的非晶硅(a-Si)、小型高精细LCD和有机EL显示器(OELD)等中所采用的低温多晶硅(LT p-Si)。此外，该氧化物半导体中，由铟(In)、镓(Ga)和锌(Zn)构成的IGZO被实用化。IGZO在低温成膜的非晶状态下也显示高电子迁移率(～10cm²/(V·s))、良好的驱动稳定性、均匀性。此外，非专利文献1中揭示由于可在200℃以下成膜，因此能够成膜于塑料基板上，通过用作OELD的TFT的通道材料，可实现柔性显示器。

此外，LCD和OELD的透明电极一直以来采用氧化铟锡(In-Sn-O)系的ITO，随着FPD的大型化和市场的扩大，需求增加。In是Zn的副产物，难以应对需求的激增，价格不稳定，所以正在进行不含In或使含量降低的透明电极的开发，提出有含Zn的氧化铟锌(In-Zn-O)系化合物(IZO)、氧化铝锌(Al-Zn-O)类化合物(AZO)、氧化锌(Zn-O)化合物(ZnO)。

另外，氧化物半导体被期待根据特性应用于太阳能电池材料、发光二极管材料、宽能带隙材料、可变电阻式存储器材料，IGZO等含Zn的氧化物半导体具有多种用途，是备受关注的材料。

将这些金属氧化物作为电子器件的电极、半导体元件等微细电子部件使用时，需要通过溅射法在玻璃或塑料的基板上成膜而形成所需的图案。特别是随着电子器件的微细化、高性能化，形成的图案尺寸(临界尺寸，Critical Dimension，CD)也需要精密控制，因此微细加工技术被认为非常重要。

形成微细图案的技术可例举反应离子蚀刻(RIE)等干法蚀刻，专利文献1和2中提出了利用含烃的蚀刻气体，在不产生干法蚀刻残渣的情况下蚀刻IGZO的方法。对于干法蚀刻，等离子体中生成的化学上具活性的离子具有直行性，因此相对于被加工物表面垂直入射，可获得忠实于光刻蚀刻剂等的掩模图案的图案尺寸，所以适合于微细加工。

然而，干法蚀刻需要昂贵的真空装置和高频发生装置，因此在成本方面不利，而且等离子体状态的离子可能会对基板等造成损伤。另外，由于加工后的图案的剖面呈相对基板垂直或接近垂直的形状，因此推测其后在上层用SiO₂等的绝缘膜被覆图案时会在绝缘膜间产生间隙或发生被覆性的恶化。因此，加工后的图案形状要尽可能维持CD，并且大多要求一定程度的锥形，干法蚀刻中控制困难。

此外，非专利文献2、3、4和5中提出了通过下述的剥离(lift off)法形成图案的方法：预先形成抗蚀图案，在其上通过溅射法整面形成这些氧化物半导体的膜，然后除去抗蚀剂，从而残留开口部分的材料。

然而，剥离法存在高温下光刻抗蚀剂溶解变形的问题。此外，除去光刻抗蚀剂时氧化物半导体图案的边缘翘起，也存在其后通过图案边缘的布线容易断线而成品率低的问题。另外，还存在剥离后也残留抗蚀剂片而污染基板的问题。