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JP2017195311A - 単層膜または積層膜のエッチング組成物または前記組成物を用いたエッチング方法 - Google Patents

単層膜または積層膜のエッチング組成物または前記組成物を用いたエッチング方法 Download PDF

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JP2017195311A JP2016085499A JP2016085499A JP2017195311A JP 2017195311 A JP2017195311 A JP 2017195311A JP 2016085499 A JP2016085499 A JP 2016085499A JP 2016085499 A JP2016085499 A JP 2016085499A JP 2017195311 A JP2017195311 A JP 2017195311A
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Abstract

【課題】金属単層膜または金属積層膜をエッチングするための、従来より優れたエッチングレートを実現し、サイドエッチング、テーパー角、断面形状、パターン形状を容易に制御でき、さらに性能安定性を保持しつつ、より長い液ライフを持つエッチング組成物を提供する。【解決手段】銅、チタン、モリブデンおよびニッケルからなる群から選択される金属またはこれらの窒化物からなる単層膜、銅、チタン、モリブデンおよびニッケルからなる群から選択される1または2以上含有する合金からなる単層膜または前記単層膜の1または2以上を含んでなる積層膜をエッチングするためのエッチング組成物であって、アゾール、硝酸、過酸化物および水溶性有機溶媒を含む。【選択図】なし

Description

本発明は、フラットパネルディスプレイなどに用いることができる金属単層膜または積層膜用のエッチング組成物または前記組成物を用いたエッチング方法に関する。
フラットパネルディスプレイなどの表示デバイスの配線材料には、抵抗が低い材料である銅や銅を含有する合金が用いられている。ところが、元来銅は、ガラスなどの基板との密着性が十分ではなく、また銅はシリコン半導体膜へ拡散してしまう性質がある。そのため、近時、基板と銅層などの配線材料との間に、バリア膜としてチタン層やモリブデン層などのバリアメタル層を設けることで、配線材料とガラス基板との密着性を向上させ、シリコン半導体膜への拡散防止をすることが知られている。さらに、銅層などの酸化を防ぐために、銅層の上層にキャップ膜を形成した3層の積層膜も存在する。
銅およびチタン積層膜用エッチング液としては、例えば過酸化水素、硝酸、フッ素イオン供給源、アゾール類、第四級アンモニウムヒドロキシド、過酸化水素安定剤および水を含む、pH1.5〜2.5のエッチング溶液(特許文献1)、過硫酸アンモニウム、有機酸、アンモニウム塩、含フッ素化合物、粉末のグリコール系化合物、アゾール系化合物および水を含むエッチング液(特許文献2)、過硫酸アンモニウム、アゾール系化合物および水を含むエッチング液(特許文献3)、フッ素イオン供給源、過酸化水素、硫酸塩、リン酸塩、アゾール系化合物および水を含むエッチング液(特許文献4)が提案されている。
また、銅およびモリブデン積層膜用エッチング液としては、例えば中性塩と無機酸と有機酸の中から選ばれる少なくとも一つと過酸化水素、過酸化水素安定化剤を含むエッチング溶液(特許文献5)や、過酸化水素、フッ素原子を含有しない無機酸、アミン化合物、アゾール類、過酸化水素安定剤を含むエッチング溶液(特許文献6)やアンモニア、アミノ基を持つ化合物、過酸化水素を水性媒体中に含有し、pH8.5を超えるエッチング用組成物(特許文献7)などが提案されている。
特許第5685204号 特開2013−522901 特開2008−227508 特開2008−288575 特許第4282927号 国際公開第2011/099624号 特開2010−232486
上記特許文献1、4〜7に記載のエッチング溶液では、面内均一性が十分ではなく、レジストパターン端部に凹凸が多量に発生する場合があり、この腐食がさらに進行すると、ねずみがチーズをかじった跡のような形となるマウスバイトが発生して歩留まり低下の原因や、断面形状を凹凸状に荒らす原因となり得る。加えて、引用文献7に記載のエッチング用組成物では、液ライフが短く、保存安定性が低いなど使用性の点でも問題がある。また、特許文献2および3に記載のエッチング溶液では、過硫酸塩を使用しているが、過硫酸塩を使用すると、過酸化水素に比べて、レジストパターン端部が凹凸状になりやすい。またテーパー角が制御しにくく、低くなりやすいなどの問題があった。
したがって、上記問題を解決するための金属単層膜または金属積層膜をエッチングするためのエッチング組成物において、優れたエッチングレートを実現し、サイドエッチング、テーパー角、断面形状、パターン形状を容易に制御でき、さらに性能安定性を保持しつつより長い液ライフを持つエッチング組成物を提供することにある。
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討する中で、過酸化物の安定剤として使用されるフェニル尿素やフェノールスルホン酸、銅の溶解量を増やすために使用されるマロン酸などの有機酸やキレート剤、pHの緩衝作用を得るために利用する中性塩などが面内均一性の低下を引き起こす要因となっていることに着目し研究を進めた結果、過酸化物を含むエッチング組成物に、水溶性有機溶媒を混合せしめることにより創製したエッチング組成物が、金属基板への濡れ性を高め、金属表面を平滑にエッチングし、局部腐食を抑制することができることを見出し、さらに研究を進めた結果、本発明に到達するに至った。
すなわち、本発明は、以下に関する。
[1]銅、チタン、モリブデンおよびニッケルからなる群から選択される金属またはこれらの窒化物からなる単層膜、銅、チタン、モリブデンおよびニッケルからなる群から選択される1または2以上を含有する合金からなる単層膜、または前記単層膜の1または2以上を含んでなる積層膜をエッチングするためのエッチング組成物であって、アゾール、硝酸、過酸化物および水溶性有機溶媒を含む、エッチング組成物。
[2]水溶性有機溶媒が、25℃での蒸気圧が2kPa以下である、前記[1]に記載のエッチング組成物。
[3]水溶性有機溶媒が、アルコール、グリコール、ジオール、トリオール、ケトン、炭酸エステル、スルホキシドからなる群から選択される、前記[1]または[2]に記載のエッチング組成物。
[4]水溶性有機溶媒が、エチレングリコール、ジエチレングリコールおよびジプロピレングリコールからなる群から選択される、前記[1]〜[3]のいずれか一項に記載のエッチング組成物。
[5]過酸化物が、過酸化水素、ペルオキソ硫酸アンモニウム、ペルオキソ硫酸ナトリウムおよびペルオキソ硫酸カリウムからなる群から選択される、前記[1]〜[4]のいずれか一項に記載のエッチング組成物。
[6]リン酸またはリン酸塩をさらに含む、前記[1]〜[5]のいずれか一項に記載のエッチング組成物。
[7]四級アンモニウムヒドロキシドおよびアンモニア水からなる群から選択される化合物をさらに含む、前記[1]〜[6]のいずれか一項に記載のエッチング組成物。
[8]フッ素またはフッ素化合物をさらに含む、前記[1]〜[7]のいずれか一項に記載のエッチング組成物。
[9]フッ素化合物が、フッ化アンモニウム、酸性フッ化アンモニウムおよびフッ化水素酸からなる群から選択される、[8]に記載のエッチング組成物。
[10]尿素化合物をさらに含む、前記[1]〜[9]のいずれか一項に記載のエッチング組成物。
[11]尿素化合物が、フェニル尿素、アリル尿素、1,3−ジメチル尿素およびチオ尿素からなる群から選択される、前記[10]に記載のエッチング組成物。
[12]有機酸をさらに含む、前記[1]〜[11]のいずれか一項に記載のエッチング組成物。
[13]有機酸がマロン酸またはクエン酸である、前記[12]に記載のエッチング組成物。
[14]1〜15質量%の過酸化物、1〜10質量%の硝酸、0.005〜0.2質量%のアゾール類、0.05〜1.00質量%のフッ素化合物、1〜50質量%の水溶性有機溶媒を含む、前記[1]〜[13]のいずれか一項に記載のエッチング組成物。
[15]積層膜をエッチングするためのエッチング組成物であって、積層膜が、チタン/銅/チタンの層構成でなる、前記[1]〜[14]のいずれか一項に記載のエッチング組成物。
[16]積層膜をエッチングするためのエッチング組成物であって、積層膜が、銅とニッケルからなる合金/銅/チタンの層構成でなり、前記チタンが基板側にある、前記[1]〜[14]のいずれか一項に記載のエッチング組成物。
[17]積層膜をエッチングするためのエッチング組成物であって、積層膜が、それぞれ銅の単層/モリブデンの単層の層構成でなり、前記モリブデンの単層が基板側にある、前記[1]〜[14]のいずれか一項に記載のエッチング組成物。
[18]pHが7.0未満である、前記[1]〜[17]のいずれか一項に記載のエッチング組成物。
[19]銅、チタン、モリブデンおよびニッケルからなる群から選択される金属またはこれらの窒化物からなる単層膜、銅、チタン、モリブデンおよびニッケルからなる群から選択される1または2以上を含有する合金からなる単層膜、または前記単層膜の1または2以上を含んでなる積層膜をエッチングする方法であって、前記[1]〜[18]のいずれか一項に記載のエッチング組成物を用いてエッチングする工程を含む、前記方法。
[20]液晶ディスプレイ、カラーフィルム、タッチパネル、有機ELディスプレイ、電子ペーパー、MEMSまたはICの製造工程またはパッケージ工程に用いられる、前記[19]に記載の方法。
本発明のエッチング組成物は、当該エッチング組成物に含まれる有機溶媒のために、金属への濡れ性が高まり、単層膜および/または積層膜を一括エッチングすることが可能である。また、エッチングレートを向上させるだけでなく、サイドエッチング、テーパー角の制御が容易であり、面内均一性が高く、レジスト端部や断面形状の平滑化のエッチングが可能であり、複雑かつ精緻な基板をエッチングすることができる。また、当該エッチング組成物は、優れた安定性を有しており、長く使用することができる。また、本願発明のエッチング組成物の成分を1種または2種以上含んだ補給液を、当該エッチング組成物に補充することで、上記性能を維持したまま、液ライフを延ばすことが可能である。したがって製造コストの削減や基板製造における安全性に資することもできる。
特に、銅およびチタンを含む積層膜や銅およびモリブデンを含む積層膜で、従来発生しやすかったチタンおよびモリブデンアンダーカットも容易に抑制することが可能である。また、100nm前後の膜厚のチタン層またはモリブデン層に、さらに上層が存在する場合でも、上層の界面付近が極端にエッチングされるのを防ぐ効果を有している。単層膜においても、レジストパターン端部の平滑性や断面形状が悪くなるのを防ぐ効果を有している。また、過酸化物安定剤や有機酸やキレート剤を加えても、さらに安定剤やpH緩衝剤を加えることなく、面内均一性の低下やレジストパターン端部にマウスバイトを発生させる原因を抑える効果がある。
エッチング処理したCu/Ti基板の断面の模式図である。 Moアンダーカットが発生したCu/Mo基板の断面の模式図である。 銅合金が庇状となったCuNi/Cu/Ti基板の断面の模式図である。
エッチング処理したTi基板の断面の模式図である。 Tiの上層部が極度にエッチングされたTi基板の断面の模式図である。 断面が順テーパー状のCu/Ti基板の断面のSEM写真である。
断面にMoアンダーカットが発生したCu/Mo基板の断面のSEM写真である。 断面上層部が庇状となったCuNi/Cu/Ti基板の断面のSEM写真である。 断面が順テーパー状のTi基板の断面のSEM写真である。 Ti基板のSEM写真である。
斜め上方からエッチング処理したCuNi/Cu/Ti基板を観察したレジストパターン端部の断面形状の模式図である。 斜め上方からレジストパターン端部が凹凸状に荒れたCuNi/Cu/Ti基板を観察した断面形状の模式図である。
斜め上方からエッチング処理したCuNi/Cu/Ti基板を観察したレジストパターン端部の断面形状のSEM写真である。 斜め上方からレジストパターン端部が凹凸状に荒れたCuNi/Cu/Ti基板を観察した断面形状のSEM写真である。
以下に本発明の実施形態について詳述する。
本明細書において、例えば、Cu/Ti、CuNi/Cu/Tiなどの表記をすることがあるが、Cu/Tiは銅とチタンの2層膜であることを示し、CuNi/Cu/Tiは、銅とニッケルの合金、銅、チタンの3層膜を示す。また、層の順序は、Cu/Tiは、チタンの上層に銅が積層されていること、CuNi/Cu/Tiは、チタンの上層に銅が、銅の上にニッケルの合金が積層されていることを表す。したがって、基板面にいちばん近い層は、上記いずれの積層膜もチタンの層であることを表す。
本発明のエッチング組成物は、基板の上にある単層膜および/または積層膜上に、レジストを塗布、所望のパターンマスクを露光転写し、現像してレジストパターンを形成した後、単層膜および/または積層膜をエッチングせしめ、最終的には、基板上に配線または電極パターンを形成させるものである。この点、エッチングで求められる性能は、図1に示されるように、銅配線端部のエッチング面と下層の基板とのなす角度(テーパー角)が順テーパー形状となる90°未満が好ましく、20〜60°がより好ましい。特に、銅を含まないバリアメタル層、例えば、TiやMoなどの単層膜の場合は、膜厚が薄いため、70°や80°の高角度であっても実基板において特段問題は生じないことから、順テーパー形状として、好ましい範囲に入る。
またレジスト端部から配線の下に設けられるバリア膜までの距離(サイドエッチング)は、積層膜の膜厚のおよそ3倍以内が好ましい。より好ましくはおよそ1.5倍以内である。例えば、Cu/Tiの膜厚が0.6μm(6000Å)であれば、2.0μm以内が好ましく、0.9μm以内がより好ましい。さらに図2に示されるように、銅層よりも下のバリアメタル層のエッチングが進行した状態を、いわゆるバリアメタルアンダーカットと言うが、かかる状態ではアンダーカット部が空洞になり、断線状態になるため、基板として使用できない。よって、エッチングとしては、好ましくない。
また、図3に示されるように、銅層の上にキャップ膜を形成した3層の積層膜をエッチングするとき、キャップ膜の金属が銅よりも溶解しにくい場合は、庇状になることがある。庇状の状態は、逆テーパーともいい、上記したように断線状態になるため、基板として使用できないことから、エッチングとしては好ましくない。単層のより好ましいエッチング状態は、図4に示される、Ti基板の断面図の通りである。すなわち、テーパー角が20〜60°の順テーパー形状であり、またサイドエッチングが0.9μm以下である。なお、レジストとTiの界面にエッチング液が入り込んだときの状態を、図5に示されるような、Ti基板の断面の模式図で示す。Tiの上層部が、極度にエッチングされた状態になるが、当然、好ましい状態ではない。また、図10は、過酸化水素、アンモニア水およびリン酸塩を含む、一般的なエッチング組成物で処理したTi基板のSEM写真である。Tiの上層部が極度にエッチングされた状態となり、好ましい状態ではない。
さらに、図11と図12は、斜め上方から観察した際のレジストパターン端部の形状を示す。図11は、エッチング後に端部の平滑性が高い状態を示し、図12は、平滑性が低い状態を示す。なお、エッチング後に端部は、平滑性が高い方が好ましい。すなわち、エッチング組成物は、上記諸条件をクリアするものが好ましい。
本発明のエッチング組成物が、エッチング対象とするのは、ガラスまたはシリコン基板上に成膜された、金属の単層膜や積層膜である。さらに、上記金属または合金からなる単層膜の1または2以上を含んでなる積層膜であってもよい。
本発明の一態様において、単層膜または積層膜は銅、チタン、モリブデンおよびニッケルからなる群から選択される金属の窒化物を含む。TiNまたはMoNの単層膜またはこれらを含む積層膜が好ましい。
単層膜または積層膜に使用されるチタン合金やモリブデン合金は、チタンやモリブデンを主成分とするものの、アルミニウムやマグネシウム、カルシウムなどの他の金属を含有していても良いことは言うまでもない。さらに、チタン合金またはモリブデン合金は、合金重量に対し、チタンまたはモリブデンを、それぞれ80重量%以上含むものであり、好ましくは90重量%以上含み、より好ましくは95重量%以上含む。
積層膜は、2、3、4、5層のいずれの積層でもあってもよいが、2、3層が好ましい。2層の積層膜は、Cu/Ti、Cu/MoTi、Cu/TiN、Cu/Mo、Cu/MoNなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。TiやMo、またはそれらの合金層をバリアメタルとして製膜し、さらにその上にCuまたはCu合金を成膜した積層膜等であってもよい。
また、3層の積層膜は、Ti/Cu/Ti、Mo/Cu/Mo、Ti/Cu/TiN、Mo/Cu/MoN、CuNi/Cu/Ti、CuNi/Cu/TiN、CuMgAl/Cu/CuMgAl、CuMgAlO/Cu/CuMgAlなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。IGZOなどの酸化物半導体をチャネル層に用いた場合、Cu電極が酸素雰囲気下に曝露されるため、保護膜としてTi、Moまたはそれらの合金などが使用されることが多い。しかし、これらの膜を銅の上層部に成膜すると、1液で処理することや断面形状を揃えることが困難となることから、CuNiやCuMgAlなどの銅合金がキャップ膜として使用される。
特に、銅層およびモリブデン層を含む多層薄膜は、フラットパネルディスプレイなどの表示デバイスなどの配線に多く用いられており、本発明のエッチング組成物は、当該多層膜に好適である。また、電極や配線のために形成される膜はチタンやモリブデン、ニッケルなどの合金がバリアメタルとして単層膜で用いられることが多く、シリコンなどへの拡散を抑制するために、銅や銅合金を、上記バリアメタル上に形成することも多い。本発明のエッチング組成物は、バリアメタルの単層膜のみではなく、バリアメタル上の銅や銅合金膜の選択的エッチングの際にも好適である。
また、フラットパネルディスプレイの液晶により光を制御するのはTFT(薄膜トランジスタ:Thin Film Transistor)である。TFTにはゲート電極とソース・ドレイン電極があり、ゲート電極はTFTの最下層に位置し、ソース・ドレイン電極は上層に位置する。ゲート電極は電気的特性の面から、例えばCu/TiまたはCu/Moの積層膜を厚めに設定する場合が多いのに対し、ソース・ドレイン電極では、少し薄めに設定する場合がある。例えば、ゲート電極の銅が6000Å、ソース・ドレイン電極の銅が3000Åなどであるが、これに限定されるものではない。よって、どちらの膜厚にも対応できるように本願発明のエッチング組成物を調製するのが好ましい。
積層膜の膜厚は、1000〜8000Åが好ましく、3000〜6000Åがより好ましい。積層膜に使用される銅の膜厚は、2000〜7000Åが好ましく、3000〜6000Åがより好ましい。積層膜に使用されるTiまたはMoの合金の膜厚は、100〜1000Åが好ましく、50〜500Åがより好ましい。
本発明のエッチング組成物は、水溶性有機溶媒を含む。水溶性有機溶媒は、エッチングレート、サイドエッチング、テーパー角などの制御、レジストパターン端部の平滑化、断面形状の制御に寄与するものである。本発明のエッチング組成物で用いられる水溶性有機溶媒、水と相溶する液体であることが好ましく、25℃での蒸気圧が2kPa以下であり、水と相溶する水溶性有機溶媒が好ましい。なお、常温で固体状態の水溶性有機溶媒は除かれる。とりわけ、アルコール類、グリコール類、トリオール類、ケトン類、アミド類、含窒素五員環類、炭酸エステル類、スルホキシド類などがより好ましい。なお、これらの水溶性有機溶媒を、本発明のエッチング組成物に、1種または2種以上を使用してもよいことは言うまでもない。
さらに、本発明のエッチング組成物で用いられるアルコールは、メタノール、エタノール、プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノールなどの一価アルコール、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコールなどの二価アルコールなどが好ましい。とりわけ、プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノールが好ましく、プロパノール、2−プロパノールがより好ましい。
本発明のエッチング組成物で用いられるグリコールは、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、1,3−プロパンジオール、1,3−ブタンジオール、2,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオールなどが好ましい。とりわけ、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、1,3−プロパンジオール、1,3−ブタンジオール、2,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオールがより好ましく、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、1,3−ブタンジオールが特に好ましい。
本発明のエッチング組成物で用いられるトリオールはグリセリンなどが好ましい。
本発明のエッチング組成物で用いられるケトンはアセトン、エチルメチルケトン、ジエチルケトン、メチルプロピルケトン、エチルプロピルケトン、ジプロピルケトンなどが好ましい。とりわけアセトンがより好ましい。
本発明のエッチング組成物で用いられるアミドはN,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミドなどが好ましい。とりわけN,N−ジメチルホルムアミドがより好ましい。
本発明のエッチング組成物で用いられる含窒素五員環はN−メチル−2−ピロリジノン、2−ピロリジノン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノンなどが好ましい。とりわけ1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、N−メチル−2−ピロリジノンがより好ましい。
本発明のエッチング組成物で用いられる炭酸エステルは、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネートなどが好ましい。とりわけエチレンカーボネートがより好ましい。
本発明のエッチング組成物で用いられるスルホキシドはジメチルスルホキシドなどが挙げられ、ジメチルスルホキシドが好ましい。
本発明のエッチング組成物中の水溶性有機溶媒の含有量は、エッチングレート、サイドエッチング、テーパー角などの制御、レジストパターン端部の平滑化、断面形状の制御が適度に確保することができる点から、1〜50質量%が好ましく、5〜30質量%がより好ましい。
本発明のエッチング組成物は、1種または2種以上の過酸化物を含む。過酸化物は、酸化剤として銅配線を酸化する機能を有している。とりわけモリブデンに対しては酸化溶解する機能を有している。過酸化物は、過酸化水素、ペルオキソ二硫酸アンモニウム、ペルオキソ硫酸アンモニウム、ペルオキソ硫酸ナトリウム、ペルオキソ硫酸カリウムが好ましく、過酸化水素、ペルオキソ二硫酸アンモニウムがより好ましい。本発明のエッチング組成物中の過酸化物の含有量は、過酸化水素の管理が容易であり、さらに適度なエッチング速度が確保できる点から、エッチング量の制御が容易となる1〜15質量%が好ましく、3〜6質量%がより好ましい。
本発明のエッチング組成物は、硝酸を含む。硝酸は、過酸化物により酸化した銅などの溶解に寄与するものである。本発明のエッチング組成物中の硝酸の含有量は、適度なエッチング速度が得られ、また良好なエッチング後の配線形状を得られる点から、1〜10質量%が好ましく、2〜7質量%がより好ましい。
本発明のエッチング組成物は、1種または2種以上のアゾールを含む。アゾールは、サイドエッチング、テーパー角、断面形状の制御に寄与するものである。本発明のエッチング組成物で用いられるアゾールは、1,2,4−1H−トリアゾール、1H−ベンゾトリアゾール、5−メチル−1H−ベンゾトリアゾール、3−アミノ−1H−トリアゾールおよび3−アミノ−1H−1,2,4−トリアゾールなどのトリアゾール、1H−テトラゾール、5−メチル−1H−テトラゾール、5−フェニル−1H−テトラゾールおよび5−アミノ−1H−テトラゾールなどのテトラゾール、1H−イミダゾールおよび1H−ベンゾイミダゾールなどのイミダゾール、1,3−チアゾールおよび4−メチルチアゾールなどのチアゾールなどが好ましい。とりわけ、トリアゾールおよびテトラゾールがより好ましく、特に1,2,4−1H−トリアゾール、3−アミノ−1H−1,2,4−トリアゾールおよび5−アミノ−1H−テトラゾール(ATZ)が特に好ましい。
本発明のエッチング組成物中のアゾールの含有量は、エッチング後のサイドエッチングの増大を抑えつつ、エッチング後の良好な配線断面形状を得ることができる点から、0.005〜0.2質量%が好ましく、0.01〜0.05質量%がより好ましい。
本発明のエッチング組成物は、さらにリン酸(リン酸塩)またはリン酸化合物の1種または2種以上を含んでよい。リン酸(リン酸塩)またはリン酸化合物からもたらされるリン酸イオンは、銅、チタン、モリブデン、ニッケルまたはそれらの合金のエッチングレートの制御やテーパー角の制御に寄与するものである。本発明のエッチング組成物中のさらにリン酸(リン酸塩)またはリン酸化合物の含有量は、エッチングレートやテーパー角の制御が容易となる点から、0.1〜30.0質量%が好ましく、1.0〜4.0質量%がより好ましい。
リン酸イオンは、エッチング組成物でリン酸イオンを発生するものであれば特に制限はないが、リン酸(リン酸塩)、リン酸二水素アンモニウム、リン酸水素二アンモニウム、リン酸二水素ナトリウム、リン酸水素二ナトリウム、リン酸一水素マグネシウム、リン酸二水素マグネシウム、リン酸二水素カリウム、リン酸水素二カリウム、リン酸一水素カルシウム、リン酸二水素カルシウムなどが好ましい。これらを単独でまたは組み合わせて使用することができることはいうまでもない。とりわけ、液体のために取扱いやすいという点から、リン酸(リン酸塩)がより好ましい。
本発明のエッチング組成物は、さらに1種または2種以上のアルカリ性化合物を含んでもよい。アルカリ性化合物は、pH制御、微細部への濡れ性向上、面内均一性向上に寄与するものである。アルカリ性化合物は、四級アンモニウムヒドロキシド、アンモニア水や水酸化物が好ましく、テトラメチルアンモニウム水酸化物、テトラエチルアンモニウム水酸化、トリメチル(2−ヒドロキシエチル)アンモニウム水酸化物、水酸化リチウム、水酸化ナトリウムおよび水酸化カリウムなどの水酸化アルカリ金属類、水酸化カルシウム、水酸化ストロンチウムおよび水酸化バリウムなどの水酸化アルカリ土類金属類、炭酸アンモニウム、炭酸リチウム、炭酸ナトリウムおよび炭酸カリウムなどのアルカリ金属の炭酸塩類、テトラメチルアンモニウムヒドロキシドおよびコリンなどの4級アンモニウムヒドロキシド類、エチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミンおよびヒドロキシエチルアミンなどの有機アミン類およびアンモニアがより好ましい。とりわけ、水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)が特に好ましい。
本発明のエッチング組成物中のアルカリ性化合物の含有量は、エッチング後の良好な配線断面形状を得ることができる点から、1〜20質量%が好ましく、1〜7質量%がより好ましい。
本発明のエッチング組成物は、さらにフッ素またはフッ素化合物の1種または2種以上を含んでよい。フッ素またはフッ素化合物からもたらされるフッ素イオンは、特にチタン系金属からなるバリア膜のエッチングに寄与するものである。フッ素イオンは、エッチング組成物でフッ素イオンを発生するものであれば特に制限はないが、フッ化水素酸、フッ化アンモニウム、酸性フッ化アンモニウムなどが好ましい。上記物質を単独でまたは組み合わせて使用することができることは言うまでもない。とりわけ、動物にとって低毒性であるという点から、フッ化アンモニウム、酸性フッ化アンモニウムおよびフッ化水素酸がより好ましい。
本発明のエッチング組成物中のフッ素またはフッ素化合物の含有量は、0.05〜1.00質量%が好ましく、0.1〜0.5質量%がより好ましい。フッ素イオンの含有量が上記範囲内であれば、ガラス基板の腐食速度が増大することなく、良好なチタン系金属からなるバリア膜のエッチング速度を得ることができる。この点、チタンを含む層を一括してエッチングするときは、本発明のエッチング組成物は、さらにフッ素またはフッ素化合物の1種または2種以上を含むことが好ましく、チタンを含む積層膜からチタンをエッチングせずに他の層のみを選択的にエッチングするときは、本発明のエッチング組成物は、フッ素またはフッ素化合物の1種または2種以上を含まないことが好ましい。
本発明のエッチング組成物は、さらに1種または2種以上の尿素系過酸化水素安定剤を含んでよい。尿素系過酸化水素安定剤は、過酸化物の分解抑制に寄与するものである。尿素系過酸化水素安定剤は、フェニル尿素、アリル尿素、1,3−ジメチル尿素、チオ尿素などが好ましく、とりわけフェニル尿素がより好ましい。本発明のエッチング組成物中の尿素系過酸化水素安定剤の含有量は、0.1〜2.0質量%が好ましく、過酸化水素の分解抑制効果を適度に得ることができる点から、0.1〜0.3質量%がより好ましい。
本発明のエッチング組成物は、さらに1種または2種以上の有機酸を含んでよい。有機酸は、エッチング組成物において、pH調整のための緩衝剤としての役割を有する。有機酸は、アンモニウム塩、クエン酸、クエン酸ナトリウム、クエン酸二水素ナトリウム、クエン酸二ナトリウムおよびクエン酸カリウム)、酢酸およびその塩(例えば、酢酸アンモニウム、酢酸カルシウム、酢酸カリウムおよび酢酸ナトリウム)、酒石酸およびその塩(例えば、酒石酸ナトリウム、酒石酸水素ナトリウムおよび酒石酸ナトリウムカリウム)、トリス(ヒドロキシメチル)アミノメタン(Tris)およびその塩(例えば、トリス(ヒドロキシメチル)アミノメタン塩酸塩)、マロン酸、クエン酸三アンモニウム、クエン酸二水素アンモニウム、乳酸アンモニウム、リン酸水素二アンモニウム、リン酸二水素アンモニウムなどが好ましい。とりわけ、クエン酸、マロン酸、リン酸水素二アンモニウム、リン酸二水素アンモニウムがより好ましい。
本発明のエッチング組成物は、上記した成分のほかに、さらに水、その他エッチング組成物に通常用いられる1種または2種以上の各種添加剤をエッチング組成物の効果を害しない程度に含んでよい。水は、蒸留、イオン交換処理、フィルター処理、各種吸着処理などによって、金属イオンや有機不純物、パーティクル粒子などが除去されたものが好ましく、特に純水、超純水がより好ましい。
本発明のエッチング組成物の好ましい態様において、本発明のエッチング組成物は、過酸化物、フッ素またはフッ素化合物、硝酸、アゾール、水溶性有機溶媒および水を含み、より好ましくは過酸化物、フッ素またはフッ素化合物、硝酸、アゾール、アルカリ性化合物、水溶性有機溶媒および水を含み、さらに好ましくは、過酸化物、フッ素またはフッ素化合物、硝酸、アゾール、アルカリ性化合物、リン酸、水溶性有機溶媒および水を含む。
本発明のエッチング組成物の一側面において、過酸化物、フッ素またはフッ素化合物、硝酸、アゾール、アルカリ性化合物、尿素系過酸化水素安定剤、水溶性有機溶媒および水を含むエッチング組成物、過酸化物、硝酸、アゾール、アルカリ性化合物、リン酸、尿素系過酸化水素安定剤、水溶性有機溶媒および水を含むエッチング組成物、または過酸化物、フッ素またはフッ素化合物、硝酸、アゾール、アルカリ性化合物、リン酸、尿素系過酸化水素安定剤、水溶性有機溶媒および水を含むエッチング組成物が好ましい。本発明のエッチング組成物は、対象とする膜に応じて、その組成を変化させることができる。
本発明のエッチング組成物は、pH7よりも大きいと、過酸化物が分解しやすい点から、pH7未満であることが好ましい。また、チタンを含む層をエッチングする場合には、チタンが溶解しやすいという点からpHは4以下が好ましい。
次に本発明の、銅、チタン、モリブデンまたはニッケルからなる単層膜、銅、チタン、モリブデンまたはニッケルを含む合金の単層膜または前記単層膜を含む積層膜をエッチングする方法には、上記エッチング組成物を用いてエッチングする工程を含む。さらに、本発明のエッチング組成物とエッチング対象物とを接触させる工程を含む。エッチング対象物は、上記したとおりである。
また、エッチング対象物にエッチング組成物を接触させる方法は、通常、エッチング組成物を滴下(枚葉スピン処理)やスプレーなどの形式により対象物に接触させる方法または、対象物をエッチング組成物に浸漬させる方法などの湿式(ウェット)エッチング方法を採用することができるが、エッチング組成物を対象物に滴下(枚葉スピン処理)して接触させる方法、対象物をエッチング組成物に浸漬して接触させる方法が好ましい。
エッチング組成物の使用温度は、エッチング組成物の温度が20℃以上であれば、エッチング速度が低くなりすぎず、生産効率が著しく低下することがなく、その一方、沸点未満の温度であれば、組成物変化を抑制し、エッチング条件を一定に保つことができる。かかる点から、エッチング処理の温度は、15〜60℃が好ましく、特に30〜50℃がより好ましい。エッチング組成物の温度を高くすることで、エッチング速度は上昇するが、その一方で、エッチング組成物の組成変化を小さく抑えることなども考慮した上で、適宜最適な処理温度を決定することができる。
さらに、液晶ディスプレイ、カラーフィルム、タッチパネル、有機ELディスプレイ、電子ペーパー、MEMSまたはICの製造工程またはパッケージ工程を含んでもよい。
エッチングを行っていると、エッチングなどで発生した金属がエッチング組成物中に溶解してしまう。当該エッチング組成物を使用し続けると、その溶解した金属量や過酸化物の分解により、JETやS/E、T/Aが変化してしまう。これらの性能が変化すると、断面形状も変化するため、同型の製品を作り続けることができなくなってしまう。そこで、通常、コスト削減などのため、銅などの金属の溶解量を増やすことで、長く使用することを目的に補給液が使用され、補給液は、当該金属溶解量の増加で消費される有機酸を補給するために、エッチング組成物に添加することで使用される。この点、本発明では、本発明のエッチング組成物に使用される過酸化物、硝酸、フッ素および/またはフッ素化合物、TMAHまたは水溶性有機溶媒を1種または2種以上を補給液として、本発明の使用されたエッチング組成物に添加することができる。これにより、通常のエッチング組成物に有機酸や過酸化物のみ、または両方を用いて補給液として添加した場合よりも大幅な液ライフの延長が可能となる。
以下に実施例および比較例を挙げ、本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例などによって何ら制約されるものではない。
1.金属基板の作製
・Ti基板の作製
ガラスを基板とし、チタン(Ti)をスパッタし、チタンからなるバリア膜を形成した。次いでレジストを塗布し、パターンマスクを露光転写後、現像して、パターンを形成したチタン単層薄膜を作製した。また、Tiの膜厚は、1000Åであった。なお、以下の実施例、比較例に用いたTi基板とは、当該基板のことである。
・Cu/Ti基板の作製
ガラスを基板とし、チタン(Ti)をスパッタし、チタンからなるバリア膜を形成した。さらに銅をスパッタして銅配線を形成した。次いでレジストを塗布し、パターンマスクを露光転写後、現像して、パターンを形成した銅/チタン多層薄膜を作製した。また、Cu/Tiの膜厚は、5200Å/250Åであった。なお、以下の実施例、比較例に用いたCu/Ti基板とは、当該基板のことである。
・CuNi/Cu/Ti基板の作製
ガラスを基板とし、チタン(Ti)をスパッタし、チタンからなるバリア膜を形成した。次いで銅をスパッタして銅配線を形成し、さらに銅合金の銅ニッケル(CuNi)をスパッタして銅の保護膜を形成した。次いでレジストを塗布し、パターンマスクを露光転写後、現像して、パターンを形成した銅合金/銅/チタン多層薄膜を作製した。また、CuNi/Cu/Tiの膜厚は、250Å/5200Å/250Åであった。なお、以下の実施例、比較例に用いたCuNi/Cu/Ti基板とは、当該基板のことである。
・Cu/Mo基板の作製
ガラスを基板とし、モリブデン(Mo)をスパッタし、モリブデンからなるバリア膜を形成した。次いで銅をスパッタして銅配線を形成した。次いでレジストを塗布し、パターンマスクを露光転写後、現像して、パターンを形成した銅/モリブデン多層薄膜を作製した。また、Cu/Moの膜厚は、5500Å/300Åであった。なお、以下の実施例、比較例に用いたCu/Mo基板とは、当該基板のことである。
2.エッチング試験
2−1.水溶性有機溶媒添加によるエッチング試験
(A)過酸化水素、(B)酸性フッ化アンモニウム、(C)硝酸、(D)5−アミノ−1H−テトラゾール(ATZ)および水を混合したエッチング組成物(表1)をビーカーに入れ、35℃に保たれた恒温槽で温度を安定化させた。エッチング組成物をスターラーで撹拌しながら、1×1cmのCu/Ti基板を浸漬させ、エッチング時間を測定した。銅とチタンが消失した時点で測定したエッチング時間をジャストエッチング時間とし、ジャストエッチング時間の約1.5倍を実際のエッチング時間(すなわち、50%オーバーエッチング時間であり、これを50%O.E.と表記する。)とした。表1に記載のエッチング組成物100重量%に対し、10、20、30重量%のジプロピレングリコール(DPG)をそれぞれ、添加したエッチング組成物と、表1に記載のエッチング組成物に、DPGを加えないエッチング組成物を作製した。
次いで、上記のエッチング組成物を、それぞれビーカーに入れ、スターラーで撹拌しながら、各Cu/Ti基板を浸漬し、エッチング試験を行った。試験に供した各基板を、それぞれ実施例1〜3とした。なお、実施例1〜3は、表1のエッチング組成物にDPGを、それぞれ10、20、30重量%ずつ加え、エッチング試験に供したCu/Ti基板を指す。エッチング時間は、表2に記載されるジャストエッチング時間の1.5倍をオーバーエッチング時間としてエッチングを行った。さらに、試験に供した各Cu/Ti基板を水洗、乾燥による処理後、SEMで断面形状を確認し、各基板のサイドエッチング量、テーパー角、Ti残渣、レジストパターン端部の平滑性、断面形状などの各性能を評価した。その結果を表2にまとめた。
なお、各実施例は、いずれもTi残渣は良好であり、レジストパターン端部の平滑性は、端部が凹凸状になっておらず、また断面形状は、良好であった。また、実施例1のSEM写真を図6に示す。
次に、基板をTi基板に変更し、上記と同様のエッチング組成物を用いエッチング試験を行い、各基板の評価を行った。その結果を表3にまとめた。なお、比較例1は、表1のエッチング組成物にDPGを加えず、エッチング試験に供したTi基板を指し、実施例4〜6は、表1のエッチング組成物にDPGを、それぞれ10、20、30重量%ずつ加え、エッチング試験に供したTi基板を指す。その結果、比較例1の基板では、Tiの断面形状が、図3に示されるような庇状になり、T/Aを測定できなかった。しかし、実施例4〜6の基板は、DPGを添加することで断面形状は良好となり、さらに端部の平滑性が向上し、DPGの添加濃度により、JETも制御可能となることが示された。また、実施例4のSEM写真を図9に示す。
なお、Ti残渣は、Aが良好、Bが不良を表す。レジストパターン端部の平滑性は、Aが良好、Bが不良を表す。なお、不良とは端部が凹凸状になっていることを指す。断面形状は、Aが良好、Bが不良を表す(以下、同じである。)。
2−2.水溶性有機溶媒添加によるエッチング試験
(A)過酸化水素、(B)酸性フッ化アンモニウム、(C)硝酸、(D)5−アミノ−1H−テトラゾール(ATZ)、(E)水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)および水を混合したエッチング組成物(表4)に、DPGを加えるものと加えないものでエッチング試験を行った。Cu/Ti基板、Ti基板およびCu/Mo基板をそれぞれ用いて、上記同様の試験条件でエッチング試験を行った。
Cu/Ti基板をエッチング処理した結果を表5にまとめた。比較例2は、表4のエッチング組成物にDPGを加えず、エッチング試験に供したCu/Ti基板を指し、実施例7〜9は、表4のエッチング組成物にDPGを、それぞれ10、20、30重量%ずつ加え、エッチング試験に供したCu/Ti基板を指す。結果は、積層膜においても、DPGを添加することで、JET、T/Aが制御でき、レジストパターン端部の平滑性が改善できることが示された。
Ti基板をエッチング処理した結果を表6にまとめた。なお、比較例3は、表4のエッチング組成物にDPGを加えず、エッチング試験に供したTi基板を指し、実施例10〜12は、表4のエッチング組成物にDPGを、それぞれ10、20、30重量%ずつ加え、エッチング試験に供したTi基板を指す。結果は、DPGを添加することで、JETが制御可能となり、レジストパターン端部の平滑性や断面形状が改善できることが示された。
Cu/Mo基板をエッチング処理した結果を表7にまとめた。なお、比較例4は、表4のエッチング組成物にDPGを加えず、エッチング試験に供したCu/Mo基板を指し、実施例13および14は、表4のエッチング組成物にDPGを、それぞれ10、20重量%ずつ加え、エッチング試験に供したCu/Mo基板を指す。結果は、上記同様単層膜においても、DPGを添加することで、JET、T/Aが制御できることが示された。なお、各実施例の端部の平滑性、断面形状は、いずれも良好であった。
2−3.水溶性有機溶媒添加によるエッチング試験
(A)過酸化水素、(B)酸性フッ化アンモニウム、(C)硝酸、(D)5−アミノ−1H−テトラゾール(ATZ)、(E)水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)、(F)リン酸および水を混合したエッチング組成物(表8)に、DPGを加えるものと加えないものでエッチング試験を行った。CuNi/Cu/Ti基板を用いて、エッチング試験を行った。なお、O.E.を50%または100%とした以外は、上記同様の試験条件でエッチング試験を行った。
50%O.E.で処理したCuNi/Cu/Ti基板の結果を表9にまとめた。なお、比較例5は、表8のエッチング組成物にDPGを加えず、エッチング試験に供したCuNi/Cu/Ti基板を指し、実施例15〜17は、表8のエッチング組成物にDPGを、それぞれ10、20、30重量%ずつ加え、エッチング試験に供したCuNi/Cu/Ti基板を指す。結果は、DPGを添加することで、JETが制御できることが示された。また、各実施例は、いずれもTi残渣は良好であり、レジストパターン端部の平滑性は、端部が凹凸状になっておらず、また断面形状は、良好であった。
100%O.E.で処理したCuNi/Cu/Ti基板の結果を表10にまとめた。なお、比較例6は、表8のエッチング組成物にDPGを加えず、エッチング試験に供したCuNi/Cu/Ti基板を指し、実施例18〜20は、表8のエッチング組成物にDPGを、それぞれ10、20、30重量%ずつ加え、エッチング試験に供したCuNi/Cu/Ti基板を指す。結果は、DPGを添加することで、JETを制御でき、レジストパターン端部の平滑性も改善できることが示された。
2−4.水溶性有機溶媒添加によるエッチング試験
(A)過酸化水素、(B)酸性フッ化アンモニウム、(C)硝酸、(D)5−アミノ−1H−テトラゾール(ATZ)、(E)水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)、(F)リン酸、(G)フェニル尿素および水を混合したエッチング組成物(表11)に、DPGを加えるものと加えないものでエッチング試験を行った。CuNi/Cu/Ti基板、Cu/Ti基板およびCu/Mo基板を用いて、エッチング試験を行った。なお、O.E.は50%または100%に変更し、上記同様の試験条件でエッチング試験を行った。
50%O.E.で処理したCuNi/Cu/Ti基板の結果を表12にまとめた。なお、比較例7は、表11のエッチング組成物にDPGを加えず、エッチング試験に供したCuNi/Cu/Ti基板を指し、実施例21〜23は、表11のエッチング組成物にDPGを、それぞれ10、20、30重量%ずつ加え、エッチング試験に供したCuNi/Cu/Ti基板を指す。結果は、DPGを添加することで、JET、S/E、T/Aが制御でき、レジストパターン端部と断面形状の平滑性も改善できることが示された。また比較例7のSEM写真を図8、14に、実施例23のSEM写真を図13に示す。
また、比較例8は、表11のエッチング組成物を作成するときに、リン酸を混合しないエッチング組成物(すなわち、(A)過酸化水素、(B)酸性フッ化アンモニウム、(C)硝酸、(D)5−アミノ−1H−テトラゾール(ATZ)、(E)水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)、(G)フェニル尿素および水を混合したエッチング組成物)を別途作製し、当該エッチング組成物にDPGを加えず、エッチング試験に供したCuNi/Cu/Ti基板を指す。比較例7と比較例8の結果から、リン酸がないと、面内均一性が大きく低下し、S/Eが大きくなり、端部の平滑性や断面形状が悪くなることが示された。これは、フェニル尿素が添加されていることが原因と推測される。しかし、当該成分にリン酸を添加した成分、すなわち表11のエッチング組成物に、さらに水溶性有機溶媒であるDPGを添加すると、S/EやT/Aの制御が容易になり、レジストパターン端部の平滑性や断面形状を大幅に改善できることが示された。このことから、水溶性有機溶媒はリン酸の効果をさらに向上させる効果があるということが推測された。
100%O.E.で処理したCuNi/Cu/Ti基板の結果を表13にまとめた。なお、比較例9は、表11のエッチング組成物にDPGを加えず、エッチング試験に供したCuNi/Cu/Ti基板を指し、実施例24〜26は、表11のエッチング組成物にDPGを、それぞれ10、20、30重量%ずつ加え、エッチング試験に供したCuNi/Cu/Ti基板を指す。結果は、DPGを添加することで、JET、S/E、T/Aが制御でき、レジストパターン端部と断面形状の平滑性も改善できることが示された。
50%O.E.で処理したCu/Ti基板の結果を表14にまとめた。なお、比較例10は、表11のエッチング組成物にDPGを加えず、エッチング試験に供したCu/Ti基板を指し、実施例27〜29は、表11のエッチング組成物にDPGを、それぞれ10、20、30重量%ずつ加え、エッチング試験に供したCu/Ti基板を指す。結果は、DPGを添加することで、JET、S/E、T/Aが制御できることが示された。なお、各実施例は、いずれもTi残渣は、良好であり、レジストパターン端部の平滑性は、端部が凹凸状になっておらず、また断面形状は、良好であった。
また、比較例11は、表11のエッチング組成物を作成するときに、リン酸を混合しないエッチング組成物(すなわち、(A)過酸化水素、(B)酸性フッ化アンモニウム、(C)硝酸、(D)5−アミノ−1H−テトラゾール(ATZ)、(E)水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)、(G)フェニル尿素および水を混合したエッチング組成物)を別途作製し、当該エッチング組成物にDPGを加えず、エッチング試験に供したCu/Ti基板を指す。比較例10と比較例11の結果から、リン酸が含まれていないため、レジストパターン端部や断面形状が悪くなることが示された。これは、上記同様に、フェニル尿素が添加されていることが原因と推測される。しかし、当該成分にリン酸を添加した成分、すなわち表11のエッチング組成物に、さらに水溶性有機溶媒であるDPGを添加すると、S/EやT/Aの制御が容易になり、レジストパターン端部の平滑性や断面形状を大幅に改善できることが示された。このことから、上記同様に、水溶性有機溶媒はリン酸の効果をさらに向上させる効果があるということが推測された。
50%O.E.で処理したCu/Mo基板の結果を表15にまとめた。なお、比較例12は、表11のエッチング組成物にDPGを加えず、エッチング試験に供したCu/Mo基板を指し、実施例30〜32は、表11のエッチング組成物にDPGを、それぞれ10、20、30重量%ずつ加え、エッチング試験に供したCu/Mo基板を指す。結果は、DPGを添加することで、JET、T/Aが制御できることが分かる。
2−5.水溶性有機溶媒添加によるエッチング試験
(A)過酸化水素、(C)硝酸、(D)5−アミノ−1H−テトラゾール(ATZ)、(E)水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)、(F)リン酸、(G)フェニル尿素および水を混合したエッチング組成物(表16)に、DPGを加えるものと加えないものでエッチング試験を行った。Cu/Ti基板を用いて、エッチング試験を行った。なお、O.E.は50%とし、上記同様の試験条件でエッチング試験を行った。
Cu/Ti基板の結果を表17にまとめた。なお、比較例13は、表16のエッチング組成物にDPGを加えず、エッチング試験に供したCu/Ti基板を指し、実施例33は、表16のエッチング組成物にDPGを、30重量%加え、エッチング試験に供したCu/Ti基板を指す。結果は、DPGを添加することで、JET、S/E、T/Aが制御でき、レジストパターンの消失を抑制し、レジストパターン端部を平滑化し、断面形状を順テーパーにできることが示された。これにより、Cu単層膜にも、水溶性有機溶媒の添加効果があることが確認できた。
上記したとおり、Cu積層膜に使用されるバリアメタルには、主にMoやTiが使用されるのが一般的であるが、その用途によっては、Taや他の金属、または数種の金属による合金などが使用される場合もある。このような場合、本発明のエッチング組成物を用いれば、当該積層膜に対して、Cuの単層膜のみを選択的にエッチングすることが可能であることが示された。この点、バリアメタル層は、他のエッチング組成物で処理したい場合など、本発明品のエッチング組成物のように、Cuのみを溶かす選択エッチングが可能であれば、他のエッチング組成物を組み合わせて、二液による二段階エッチングを行い、これにより、積層膜を規定の範囲内のS/EやT/Aに処理することができることができることが示唆された。なお、チタンを含む基板を一括してエッチングするときは、フッ素またはフッ素化合物を含むエッチング組成物で行うことができるのに対し、チタンを含む基板を選択的にエッチングするときは、フッ素またはフッ素化合物を含まないエッチング組成物で行うことができることが示された。
2−6.添加剤添加によるエッチング試験
(A)過酸化水素、(B)酸性フッ化アンモニウム、(C)硝酸、(D)5−アミノ−1H−テトラゾール(ATZ)および水を混合したエッチング組成物(表18)と、(A)過酸化水素、(B)酸性フッ化アンモニウム、(C)硝酸、(D)5−アミノ−1H−テトラゾール(ATZ)、(H)DPGおよび水を混合したエッチング組成物(表19)に、添加剤を加えるものと加えないものでエッチング試験を行った。Cu/Ti基板、Cu/Mo基板を用いて、エッチング試験を行った。なお、O.E.は50%とし、上記同様の試験条件でエッチング試験を行った。なお、添加剤として使用したマロン酸は、溶液の緩衝作用とCuやMoの溶解性向上のために添加し、水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)は、pH制御のために使用した。
Cu/Ti基板の結果を表20および表21にまとめた。なお、比較例14〜18は、表18のエッチング組成物にマロン酸/TMAHを、それぞれ0/2、2/2、2/3、2/4、2/5重量%ずつ加え、エッチング試験に供したCu/Ti基板を指す(表20)。実施例34〜36は、表19のエッチング組成物にマロン酸/TMAHを、それぞれ0/0、2/2、2/3、重量%ずつ加え、エッチング試験に供したCu/Ti基板を指す(表21)。結果は、DPGを添加することで、レジストパターン端部の平滑性が改善されたことが示された。pH5以上ではTiの溶解性が大幅に低下したため、Cu/Ti基板はpH4以下が好ましいことが示された。
Cu/Mo基板の結果を表22、表23にまとめた。なお、比較例19〜24は、表18のエッチング組成物にマロン酸/TMAHを、それぞれ0/2、2/2、2/3、2/4、2/5、2/6重量%ずつ加え、エッチング試験に供したCu/Mo基板を指す(表22)。実施例37〜39、表19のエッチング組成物にマロン酸/TMAHを、それぞれ2/2、2/3、2/4重量%ずつ加え、エッチング試験に供したCu/Mo基板を指す(表23)。結果は、DPGを添加した組成物はMoのアンダーカットを抑制するため、pH範囲がDPGを添加しない組成物よりも広く、S/E、断面形状の改善効果も大きいことが示された。表23から、pH4以下では、Moのアンダーカットが発生しないことが認められた。しかし、表22と表23から、pH4の組成で比較すると、DPGを添加してエッチングした基板は添加しない基板に比べて、S/Eがとても小さいことから、組成比率を調整することで、pHがpH5やpH6のような組成でもMoアンダーカットを抑制することができることが示された。なお、pH7以上では過酸化水素の分解促進が懸念されることから、組成物のpHは、pH7未満が有効と推測される。また比較例21のSEM写真を図7に、比較例22のSEM写真を図13に示す。
次に、以下に示す比較例25〜30は、表18のエッチング組成物を作成するときに、酸性フッ化アンモニウムを混合しないエッチング組成物(すなわち、(A)過酸化水素、(C)硝酸、(D)5−アミノ−1H−テトラゾール(ATZ)および水を混合した示されるエッチング組成物)を別途作製し、当該エッチング組成物にマロン酸/TMAHを、それぞれ0/2、2/2、2/3、2/4、2/4.5、2/5.5重量%ずつ加え、エッチング試験に供したCu/Mo基板を指す(表24)。比較例25〜30の結果は、pH2〜pH3においてのみ、比較的良好な断面形状が得られたが、その他のpHでは、CuまたはMoが溶解しないか、Moアンダーカットが発生した。また、酸性フッ化アンモニウムを含むエッチング組成物で処理した比較例19〜24と比較すると、酸性フッ化アンモニウムは、Moのアンダーカットを抑制する効果を有しており、さらに水溶性有機溶媒であるDPGを添加することで、Moアンダーカットの抑制効果がより向上することが示された。
2−7.pH依存によるエッチング試験
(A)過酸化水素、(B)酸性フッ化アンモニウム、(C)硝酸、(D)5−アミノ−1H−テトラゾール(ATZ)および水を混合したエッチング組成物(表25)と、(A)過酸化水素、(B)酸性フッ化アンモニウム、(C)硝酸、(D)5−アミノ−1H−テトラゾール(ATZ)、(H)DPGおよび水を混合したエッチング組成物(表26)でエッチング試験を行った。Cu/Ti基板を用いて、エッチング試験を行った。なお、O.E.は50%とし、上記同様の試験条件でエッチング試験を行った。なお、添加剤で使用したクエン酸は、溶液の緩衝作用とCuやTiの溶解性向上のために添加し、TMAHはpH制御のために使用した。
Cu/Ti基板の結果を表27、表28にまとめた。なお、比較例31〜33は、表25のエッチング組成物にクエン酸/TMAHを、それぞれ10/2、10/3、10/8重量%ずつ加え、エッチング試験に供したCu/Ti基板を指し(表27)、実施例40〜42は、表26のエッチング組成物にクエン酸/TMAHを、それぞれ10/2、10/3、10/8重量%ずつ加え、エッチング試験に供したCu/Ti基板を指す(表28)。結果は、pHが上昇するのに伴い、S/Eは大きくなる。しかし、DPGを添加した基板は、DPGを添加しない基板よりもS/Eの上昇を抑制できることが示された。また、DPGを添加しない基板はレジストパターン端部が凹凸状となるが、DPGを添加した基板は端部を平滑にできることが示された。
Cu/Mo基板の結果を表29、表30にまとめた。なお、比較例36〜39は、表25のエッチング組成物にクエン酸/TMAHを、それぞれ10/2、10/3、10/8、10/10重量%ずつ加え、エッチング試験に供したCu/Ti基板を指し(表29)、実施例43〜46は、表26のエッチング組成物にクエン酸/TMAHを、それぞれ10/2、10/3、10/8、10/10重量%ずつ加え、エッチング試験に供したCu/Mo基板を指す(表30)。結果は、表25の組成物で処理した基板は、すべてMoのアンダーカットが発生した。ところがS/Eで比較すると、DPGを添加しない基板は、pH上昇に伴い、S/Eが大きく進行するのに対して、DPGを添加した基板はS/Eが抑制されることが示された。また、DPGを添加しない基板はレジストパターン端部が凹凸状になるが、DPGを添加した基板は平滑にできることが示された。表29の基板は、全てMoのアンダーカットが発生している。しかし、マロン酸を使用したときと同様に、組成比率を調整することで、これを抑制できることが示唆された。さらにDPGを添加することで、S/Eを抑制できることも示唆された。なお、クエン酸の代わりにマロン酸を使用したときと同様に、pH7以上では過酸化物の分解促進が懸念されることから、pH範囲はpH7未満が有効と推測される。
2−8.水溶性有機溶媒添加によるエッチング試験
(A)過酸化水素、(B)酸性フッ化アンモニウム、(C)硝酸、(D)5−アミノ−1H−テトラゾール(ATZ)、(E)水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)、(G)フェニル尿素および水を混合したエッチング組成物(表31)に、2−プロパノール(IPA)、ジエチレングリコール(DEG)、ジメチルスルホキシド(DMSO)、1,3−ブタンジオール(BD)、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン(DMI)、N−メチル−2−ピロリジノン(NMP)、グリセリン(Gly)、N,N−ジメチルアセトアミド(DMAc)をそれぞれ加えるものと加えないものでエッチング試験を行った。CuNi/Cu/Ti基板を用いて、エッチング試験を行った。なお、O.E.は50%とし、上記同様の試験条件でエッチング試験を行った。
水溶性有機溶媒として、IPAを用い、CuNi/Cu/Ti基板をエッチング処理した結果を表32にまとめた。なお、比較例40は、表31のエッチング組成物にIPAを加えず、エッチング試験に供したCuNi/Cu/Ti基板を指し、実施例47〜49は、表31のエッチング組成物にIPAを、それぞれ10、20、30重量%ずつ加え、エッチング試験に供したCuNi/Cu/Ti基板を指す。結果は、IPAも、添加しない基板に比べてJET、S/E、T/Aが制御でき、レジストパターン端部を平滑にし、断面形状を順テーパーにできることが示された。
水溶性有機溶媒として、DEG、DMSOを用い、CuNi/Cu/Ti基板をエッチング処理した結果を表33にまとめた。なお、実施例50〜52は、表31のエッチング組成物にDEGを、それぞれ10、20、30重量%ずつ加え、エッチング試験に供したCuNi/Cu/Ti基板を指し、実施例53〜55は、表31のエッチング組成物にDMSOを、それぞれ10、20、30重量%ずつ加え、エッチング試験に供したCuNi/Cu/Ti基板を指す。結果は、DEGやDMSOも、添加しない基板に比べてJET、S/E、T/Aが制御でき、レジストパターン端部を平滑にし、断面形状を順テーパーにできることが示された。
水溶性有機溶媒として、BD、DMIを用い、CuNi/Cu/Ti基板をエッチング処理した結果を表34にまとめた。なお、実施例56〜58は、表31のエッチング組成物にBDを、それぞれ10、20、30重量%ずつ加え、エッチング試験に供したCuNi/Cu/Ti基板を指し、実施例59〜61は、表31のエッチング組成物にDMIを、それぞれ10、20、30重量%ずつ加え、エッチング試験に供したCuNi/Cu/Ti基板を指す。結果は、BDやDMIも、添加しない基板に比べてJET、S/E、T/Aが制御でき、レジストパターン端部を平滑にし、断面形状を順テーパーにできることが示された。
水溶性有機溶媒として、NMP、Glyを用い、CuNi/Cu/Ti基板をエッチング処理した結果を表35にまとめた。なお、実施例62〜64は、表31のエッチング組成物にNMPを、それぞれ10、20、30重量%ずつ加え、エッチング試験に供したCuNi/Cu/Ti基板を指し、実施例65〜67は、表31のエッチング組成物にGlyを、それぞれ10、20、30重量%ずつ加え、エッチング試験に供したCuNi/Cu/Ti基板を指す。結果は、NMPやGlyも、添加しない基板に比べてJET、S/E、T/Aが制御でき、レジストパターン端部を平滑にし、断面形状を順テーパーにできることが示された。
水溶性有機溶媒として、DMAcを用い、CuNi/Cu/Ti基板をエッチング処理した結果を表36にまとめた。なお、実施例68〜70は、表31のエッチング組成物にDMAcを、それぞれ10、20、30重量%ずつ加え、エッチング試験に供したCuNi/Cu/Ti基板を指す。結果は、DMAcも、添加しない基板に比べてJET、S/E、T/Aが制御でき、レジストパターン端部を平滑にし、断面形状を順テーパーにできることが分かる。
上記結果から、水溶性有機溶媒を用いることで、JET、S/E、T/Aが制御することができ、さらにレジストパターン端部を平滑にし、断面形状を順テーパーにできることが示された。
2−9.過酸化物によるエッチング試験
(A)ペルオキソ二硫酸アンモニウム、(B)酸性フッ化アンモニウム、(C)硝酸、(D)5−アミノ−1H−テトラゾール(ATZ)、(G)フェニル尿素および水を混合したエッチング組成物(表37)でエッチング試験を行った。CuNi/Cu/Ti基板を用いて、エッチング試験を行った。なお、O.E.は50%とし、上記同様の試験条件でエッチング試験を行った。
CuNi/Cu/Ti基板の結果を表38にまとめた。なお、比較例41は、表37のエッチング組成物にDPGを加えず、エッチング試験に供したCuNi/Cu/Ti基板を指し、実施例71および72は、表37のエッチング組成物にDPGを、それぞれ10、20重量%ずつ加え、エッチング試験に供したCuNi/Cu/Ti基板を指す。結果は、DPGを添加した基板は、DPGを添加しない基板に比べてJET、S/E、T/Aが制御でき、さらに、断面形状を順テーパー状にすることができることが示された。これにより、ペルオキソ二硫酸アンモニウムなどの過酸化物でも、過酸化水素とほぼ同様の効果が得られることから、ペルオキソ二硫酸アンモニウムなどは、過酸化水素の代替とすることができることが示された。
3.液ライフと補給試験
3−1.液ライフ評価試験
(A)過酸化水素(B)フッ化水素酸、(C)硝酸、(D)5−アミノ−1H−テトラゾール(ATZ)、(E)TMAH、(G)フェニル尿素、(H)DPGおよび水を混合したエッチング組成物(表39)を用いて、液ライフ評価試験を行った。液ライフ評価試験は、銅の溶解量増加時の性能変化を確認する試験である。また、銅の溶解については、銅基板の代わりに銅粉末を溶かして試験した。試験に供した基板は、CuNi/Cu/Ti基板を用いて、エッチング試験を行った。なお、O.E.は50%とし、上記同様の試験条件でエッチング試験を行った。
CuNi/Cu/Ti基板の結果を表40にまとめた。なお、実施例74は、表39のエッチング組成物に銅を添加しないエッチング組成物で処理したCuNi/Cu/Ti基板を指し、実施例75〜77は、表39のエッチング組成物にそれぞれ銅量を1000、2000および3000ppm溶解したエッチング組成物で処理したCuNi/Cu/Ti基板を指す。銅を0ppmから2000ppmまで溶解させたエッチング組成物で処理した比較例75〜77は、徐々に性能は低下していることが示された。また、銅3000ppmの溶解させたエッチング組成物で、処理した実施例77は、大きく性能が低下し、Ti残渣が発生していることが示された。なお、以下の表には示していないが、4000ppmまで銅を加えると、エッチング組成物に銅そのものが完全には溶解しなかった。
3−2.液ライフの補給試験
次に、表39のエッチング組成物に、補給液として(A)過酸化水素(B)フッ化水素酸、(C)硝酸、(D)TMAHおよび水を混合したエッチング組成物(表41)の組成物を添加しながら、液ライフの補給試験を行った。なお、補給液の添加方法は、銅溶解量1000ppmごとに、エッチング組成物の体積に対して、1.8体積%または2.0体積%添加したものをエッチング組成物として用いた。試験に供した基板は、CuNi/Cu/Ti基板を用いて、エッチング試験を行った。なお、O.E.は50%とし、上記同様の試験条件でエッチング試験を行った。
CuNi/Cu/Ti基板の結果を表42にまとめた。なお、実施例78は、表39のエッチング組成物に追加の銅粉末および補給液を添加しないエッチング組成物で処理したCuNi/Cu/Ti基板を指し、実施例79〜82は、表39のエッチング組成物に銅粉末をそれぞれ、8000、16000、24000、32000ppm添加し、さらに、表41の補給液をそれぞれ14.4、32.0、46.8および62.4体積%添加したエッチング組成物で処理したCuNi/Cu/Ti基板を指す。結果は、実施例77では、Ti残渣が銅溶解量3000ppmで発生したのに対して、実施例82では、銅を32000ppm溶かしても、Ti残渣が発生していないことが示された。また、性能に関しても、初期の性能とほぼ同等の性能を維持していることが示された。これにより、過酸化物、硝酸、フッ素および/またはフッ素化合物、TMAHまたは水溶性有機溶媒などを含む組成物を補給液として、本発明の使用されたエッチング組成物に添加することで、液ライフを延長できることが確認された。
本発明のエッチング組成物を用いてエッチングすると、単層膜および/または積層膜を一括エッチングし、複雑精緻な基板を製造することができる上、高い生産性を達成することが可能である。また当該エッチング組成物を用いたエッチング方法により製造された基板は、より高度な高性能なフラットパネルディスプレイなどに用いることができる。さらに、補給液を用いることで、液ライフが延ばすことにより、基板生産のコスト削減に寄与し、さらには安全性を向上させることができる。

Claims (20)

  1. 銅、チタン、モリブデンおよびニッケルからなる群から選択される金属またはこれらの窒化物からなる単層膜、銅、チタン、モリブデンおよびニッケルからなる群から選択される1または2以上を含有する合金からなる単層膜、または前記単層膜の1または2以上を含んでなる積層膜をエッチングするためのエッチング組成物であって、アゾール、硝酸、過酸化物および水溶性有機溶媒を含む、エッチング組成物。
  2. 水溶性有機溶媒が、25℃での蒸気圧が2kPa以下である、請求項1に記載のエッチング組成物。
  3. 水溶性有機溶媒が、アルコール、グリコール、ジオール、トリオール、ケトン、炭酸エステル、スルホキシドからなる群から選択される、請求項1または2に記載のエッチング組成物。
  4. 水溶性有機溶媒が、エチレングリコール、ジエチレングリコールおよびジプロピレングリコールからなる群から選択される、請求項1〜3のいずれか一項に記載のエッチング組成物。
  5. 過酸化物が、過酸化水素、ペルオキソ硫酸アンモニウム、ペルオキソ硫酸ナトリウムおよびペルオキソ硫酸カリウムからなる群から選択される、請求項1〜4のいずれか一項に記載のエッチング組成物。
  6. リン酸またはリン酸塩をさらに含む、請求項1〜5のいずれか一項に記載のエッチング組成物。
  7. 四級アンモニウムヒドロキシドおよびアンモニア水からなる群から選択される化合物をさらに含む、請求項1〜6のいずれか一項に記載のエッチング組成物。
  8. フッ素またはフッ素化合物をさらに含む、請求項1〜7のいずれか一項に記載のエッチング組成物。
  9. フッ素化合物が、フッ化アンモニウム、酸性フッ化アンモニウムおよびフッ化水素酸からなる群から選択される、請求項8に記載のエッチング組成物。
  10. 尿素化合物をさらに含む、請求項1〜9のいずれか一項に記載のエッチング組成物。
  11. 尿素化合物が、フェニル尿素、アリル尿素、1,3−ジメチル尿素およびチオ尿素からなる群から選択される、請求項10に記載のエッチング組成物。
  12. 有機酸をさらに含む、請求項1〜11のいずれか一項に記載のエッチング組成物。
  13. 有機酸がマロン酸またはクエン酸である、請求項12に記載のエッチング組成物。
  14. 1〜15質量%の過酸化物、1〜10質量%の硝酸、0.005〜0.2質量%のアゾール類、0.05〜1.00質量%のフッ素化合物、1〜50質量%の水溶性有機溶媒を含む、請求項1〜13のいずれか一項に記載のエッチング組成物。
  15. 積層膜をエッチングするためのエッチング組成物であって、積層膜が、チタン/銅/チタンの層構成でなる、請求項1〜14のいずれか一項に記載のエッチング組成物。
  16. 積層膜をエッチングするためのエッチング組成物であって、積層膜が、銅とニッケルからなる合金/銅/チタンの層構成でなり、前記チタンが基板側にある、請求項1〜14のいずれか一項に記載のエッチング組成物。
  17. 積層膜をエッチングするためのエッチング組成物であって、積層膜が、それぞれ銅の単層/モリブデンの単層の層構成でなり、前記モリブデンの単層が基板側にある、請求項1〜14のいずれか一項に記載のエッチング組成物。
  18. pHが7.0未満である、請求項1〜17のいずれか一項に記載のエッチング組成物。
  19. 銅、チタン、モリブデンおよびニッケルからなる群から選択される金属またはこれらの窒化物からなる単層膜、銅、チタン、モリブデンおよびニッケルからなる群から選択される1または2以上を含有する合金からなる単層膜、または前記単層膜の1または2以上を含んでなる積層膜をエッチングする方法であって、請求項1〜18のいずれか一項に記載のエッチング組成物を用いてエッチングする工程を含む、前記方法。
  20. 液晶ディスプレイ、カラーフィルム、タッチパネル、有機ELディスプレイ、電子ペーパー、MEMSまたはICの製造工程またはパッケージ工程に用いられる、請求項19に記載の方法。
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