蚀刻剂及蚀刻方法技术

一种用于通过湿蚀刻对金属薄膜形成图案的蚀刻剂，尤其用于生产诸如半导体元件和液晶显示器元件的半导体器件的一种蚀刻剂，是要应用于一种多层膜上，这种多层膜具有由铝或铝合金构成的第一层和其上形成的由各含至少一种选自氮，氧、硅和碳元素的铝或铝合金构成的第二层，和含有磷酸量３５～６５重量％及硝酸量０．５～１５重量％；和利用该蚀刻剂进行蚀刻。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于通过湿蚀刻对金属薄膜形成图案的蚀刻剂和用该蚀刻剂进行蚀刻的方法。更具体地说，本专利技术涉及用于生产半导体器件诸如半导体元件和液晶显示器元件的一种蚀刻剂和一种蚀刻方法。
技术介绍
近来，越来越需要在微组装中精密度较高的电极和栅极布线材料，用于半导体器件诸如半导体元件和液晶显示器元件。已有建议提出采用电阻较低的金属材料。低电阻金属材料的实例包括铝和铝合金，这些材料也正被使用得越来越多。加工这种金属薄膜使之形成诸如布线微结构图案的技术实例包括，湿蚀刻技术，其中通过照相制版法在金属薄膜表面上形成的光刻胶图案被用作为进行化学蚀刻的屏蔽，而使金属膜形成图案，和还包括干蚀刻技术，诸如离子蚀刻和等离子蚀刻。与干蚀刻技术相比，湿蚀刻技术经济有利，因为它们不需要昂贵的装置，而且采用的是相对便宜的化学试剂。此外，采用这种湿蚀刻技术，可以均匀地蚀刻大面积的衬底，同时达到的单位时间生产效率高。因此，这种湿蚀刻技术常常被用作为生产薄膜图案的一种方法。在这种加工形成布线的过程中，有时在热处理步骤中，如在半导体器件生产过程的薄膜沉积中衬底的加热(substrate heating)，铝和铝合金会形成蚀丘(hillocks，热处理后铝表面上形成的水泡状突出部分)。蚀丘形成使其难以在铝布线上叠加绝缘层。也就是，已知甚至在表面有蚀丘的铝布线上形成绝缘层时，这些蚀丘会继续穿透绝缘层，造成绝缘失效。当这些蚀丘突出部分触及另一层传导薄膜时，会引起短路。也已知的是，当铝或铝合金被用于作为布线材料和该布线直接与作为透明电极的ITO(氧化铟-氧化锡合金)接触时，则在接触ITC的铝或铝合金表面会形成一层改变层，结果，其接触部分增大了接触电阻。为了预防蚀丘的产生和如上所述改变层的形成，已经提出了各种多层布线，包括一层铝或铝合金层和其上叠加一层不同金属层，如高熔点金属层，诸如钼、钼合金或铬(参见例如JP-A-9-127555、JP-A-10-256561、JP-A-2000-133635、JP-A-2001-77098和JP-A-2001-311954)。(这里所用术语“JP-A”指的是“未审查公开的日本专利申请”。但是，对于多层膜的湿蚀刻，某些金属的组合已导致了极低的生产效率，因为必需用两种不同的蚀刻剂对构成多层膜的各单个层连续进行蚀刻。众所周知，即使在可用一种蚀刻剂对构成多层膜的所有层同时进行蚀刻时，由于各不同金属层间的接触也会发生电池反应，导致不同差异的蚀刻行为，诸如与单层蚀刻比，其蚀刻速率会更高。(参见，例如，1994国际显示器研究会议的离子选择性检测记录(SID，CONFERENCE RECORD OF THE 1994 INTERNATIONAL DISPLAYRESEARCH CONFERENCE)，p.424)。因此，金属层之间出现蚀刻速率差异，这可能导致对下金属层的下切(under cutting，即其中对下金属层的蚀刻比对上金属层的蚀刻更快，造成上金属层悬伸的现象)或上金属层的侧面蚀刻(即其中上金属层的蚀刻比下金属层蚀刻更快的现象)。尤其，当发生下切时，栅极绝缘膜(例如SiNx)覆盖对悬伸部份可能不充分，因为蚀刻后的多层膜分布不是截面渐进的，造成绝缘电阻受损等。为了消除如上所述的问题，已提出一种由多层膜形成的多层布线，包括置于绝缘衬底表面上由铝或铝合金构成的第一层，和在第一层上构成并含至少一种选自氮、氧、硅和碳杂质的第二层。(参见、例如，JP-A-11-284195)。这种多层膜生产效率极佳，因为对薄膜淀积只需一种金属靶。这是因为形成这种多层膜中的第二层，可以通过反应溅射法，将诸如N2、O2或CO2的气体加至通过溅射等方法沉积的金属薄膜中；等离子处理法，使用这些气体中任何同一种气体；或在表面上形成诸如SiNx或SiOx的含硅薄膜，并使所得涂层退火的一种方法。由于其第二层可以防止蚀丘产生并能形成耐腐蚀性极好的多层膜，这种技术经济优于用不同金属靶分别构成薄膜的技术。对于这种多层膜的第二层如氮化铝或氮化铝合金的一般蚀刻剂实例包括氢氧化钠水溶液和热磷酸。已知的铝或铝合金的一般蚀刻剂是磷酸含量70重量％或以上并含硝酸和乙酸的水溶液。但是，碱蚀刻剂如氢氧化钠水溶液的应用，已经出现了一个固有的问题，即通过照相制版法形成图案的光刻胶树脂层溶离。此外，对于包括由铝或铝合金构成的第一层和其上由铝或铝合金构成的各含氮、氧、硅和碳中至少一种的第二层的多层膜，都是用任一种对铝(或其合金)的一般蚀刻剂进行蚀刻的，这就已经存在了各组成层之间蚀刻速率显著不同的问题。具体地说，不仅第二层(上层)蚀刻速率比其甚至单层蚀刻时的低，而且用这种蚀刻剂会引起各叠加层的电池反应，进一步加快了对第一层(下层)的蚀刻速率。因此，进行这种蚀刻时，下切(undercutting)是不可避免的，为此对叠加的上下层的蚀刻非常难以形成高精度的精细布线线路分布。专利技术综述本专利技术业已实现的目的在于，提供一种蚀刻剂和蚀刻方法，当采用包括由铝或铝合金构成低电阻的第一层和其上构成含至少一种氮、氧、硅和碳的第二层的多层膜作为布线材料时，用这种蚀刻剂和蚀刻方法，通过对该多层膜的一次蚀刻操作，可以获得精度符合要求的精细布线线路分布，同时抑制了下切(悬伸的形成)。为克服上述问题本专利技术人进行了深入的研究。结果意外发现，对这种多层膜蚀刻，采用含磷酸及硝酸和其组成处于特定范围的磷酸含量比现有低的蚀刻剂时，可以通过一次蚀刻操作，达到所需布线线路分布。具体地说，本专利技术人已发现，当采用如下蚀刻剂，即其磷酸含量为35～65重量％和硝酸含量0.5～15重量％，而且优选另外含1～15重量％的乙酸或含0.1～15重量％脂族或芳族磺酸及/或其盐，对诸如多层膜进行蚀刻时，则对可通过一次蚀刻操作，使该多层膜蚀刻形成所需布线线路分布，例如逐渐减小的形状，同时又抑制了下切。从而实现了本专利技术。本专利技术提供用于多层膜的蚀刻剂，其多层膜包括由铝或铝合金构成的第一层和其上形成由各含至少一种选自氮、氧、硅和碳元素的铝或铝合金构成的第二层，该蚀刻剂的磷酸含量35～65重量％和硝酸含量0.5～15重量％。本专利技术另外提供一种用该蚀刻剂进行蚀刻的方法。附图简要说明根据以下详细描述和附图，本专利技术的上述及其它目的都会是明显的，其中附图说明图1是说明在对氮化铝/铝的多层膜蚀刻中氮化铝膜厚度和悬伸长度间的关系图；图2是说明布线线路分布实施例的视图；图3是说明蚀刻剂总酸比随蚀刻处理时间流逝的变化图；和图4是说明总蚀刻时间比随蚀刻处理时间流逝的变化图。本专利技术详细说明对本专利技术详细地阐明于下。为简化说明，在此说明中采用氮化铝或氮化铝合金作为应用本专利技术蚀刻剂的多层膜中第二层材料的实施例，第二层材料由各含选自氮，氧、硅和碳的元素至少一种的由铝或铝合金构成。本专利技术蚀刻剂至少含有磷酸和硝酸。磷酸含量在35～65重量％，优选45～55重量％，硝酸含量0.5～15重量％，优选3～12重量％。如果磷酸含量过高，氮化铝或氮化铝合金(第二层)与铝或铝合金(第一层)之间蚀刻速率差异会变得较大，但是整个多层膜的蚀刻速率也变得较高。结果发生下切，第二层突出，形成悬伸。另一方面，磷酸含量太低，也不切实际，因为蚀刻速率太低。硝酸不仅作为氧化剂，促进金属氧化反应，而且还起酸的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于多层膜的蚀刻剂，该多层膜包括含有铝或铝合金的第一层及第一层上形成的各含选自氮、氧、硅和碳的至少一种元素的铝或铝合金的第二层，该蚀刻剂的磷酸含量３５～６５重量％和硝酸含量０．５～１５重量％。

【技术特征摘要】
JP 2002-4-24 122984/021.一种用于多层膜的蚀刻剂，该多层膜包括含有铝或铝合金的第一层及第一层上形成的各含选自氮、氧、硅和碳的至少一种元素的铝或铝合金的第二层，该蚀刻剂的磷酸含量35～65重量％和硝酸含量0.5～15重量％。2.按照权利要求1的蚀刻剂，进一步包括乙酸，乙酸含量为1～15重量％。3.按照权利要求1的蚀刻剂，其中第二层对第一层的厚度比是1/10～1/1。4.一种对衬底表面上形成的多层膜进行蚀刻的方法，该多层膜包括含有铝或铝合金的第一层及第一层上形成的包括各含选自氮、氧、硅和碳的至少一种元素的铝或铝合金的第二层，此方法包括利用一种至少包括磷酸和硝酸的蚀刻剂，其中磷酸含量为35～65重量％和硝酸含量为0.5～15重量％。5.按照权利要求4的蚀刻方法，其中此蚀刻剂进一步包括乙酸，其乙酸含量为1～15重量％。6.按照权利要求4的蚀刻剂，其中第二层对第一层的厚度比是1/10～1/1。7.按照权利要求4的蚀刻方法，其中在完成合理蚀刻后进行一段时期的过蚀刻，其时间为基于合理蚀刻时间的100～500％。8.按照权利要求4的蚀刻方法，其中对衬底表面上形成的多层膜进行蚀刻...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐藤范之，吉田卓司，井上和武，石川诚，上原口好夫，
申请(专利权)人：三菱化学株式会社，先进显示股份有限公司，
类型：发明
国别省市：JP[日本]