[發(fā)明專利]銅選擇性蝕刻液和鈦選擇性蝕刻液

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610046399.6
• 申請日: 2016-01-25
• 公開（公告）號: CN105603425A
• 公開（公告）日: 2016-05-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 江月華
• 申請（專利權(quán)）人: 熙騰電子科技（上海）有限公司
• 主分類號: C23F1/14
• 分類號: C23F1/14;C23F1/38
• 代理公司: 上海領(lǐng)洋專利代理事務(wù)所(普通合伙) 31292
• 代理人: 羅曉鵬

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導體元件加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及銅選擇性蝕刻液和鈦選 擇性蝕刻液。

背景技術(shù)

ROHS法(RestrictionofHazardousSubstSnces)國際標準對廣泛應(yīng)用于半 導體、印刷電路板、IC卡等設(shè)備上的半導體元件(比如凸塊)的無鉛(Pb) 化管理做了強制性規(guī)定。制作無鉛焊料凸塊的過程為，首先在半導體基板(如 硅(Si)基板)上通過濺射法依次堆積出數(shù)百納米厚的屏障層鈦(Ti)金屬 膜和數(shù)百納米厚的作為電鍍銅的種子層或電極的銅(Cu)金屬膜；其次，以 Cu金屬膜作為電極通過電鍍法堆積出數(shù)至數(shù)十微米厚的Cu柱(Cu-pillar)； 然后，再在Cu柱上依次堆積出數(shù)至數(shù)十微米厚的鎳(Ni)或鉻(Cr)積層和 數(shù)至數(shù)十微米厚的無鉛Sn/Ag、Sn/Zn等合金積層；在半導體基板上堆積各 類金屬薄膜積層過程中及之后，可通過光蝕微影法和蝕刻技術(shù)將鈦(Ti)金 屬膜及其上面的Cu金屬膜進行蝕刻，加工成無鉛焊料凸塊的模型。

蝕刻技術(shù)通常為化學藥品蝕刻，即濕法腐蝕，濕法腐蝕具有以下優(yōu)點： 首先無需高成本的配置，所使用的化學藥品(蝕刻液)也比較廉價，經(jīng)濟成 本較低；其次，在處理面積較大或是數(shù)量角度的基板時，也可以實現(xiàn)蝕刻的 均勻性；另外，蝕刻過程不受蝕刻對象的大小和形狀的限制，可以用于三維 結(jié)構(gòu)物體。目前濕法腐蝕在薄膜生產(chǎn)領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。

制作無鉛焊料凸塊時，蝕刻液的腐蝕能力和選擇性將直接影響無鉛焊料 凸塊形狀的精確性和穩(wěn)定性。理想情況下，對Cu金屬膜進行蝕刻時應(yīng)避免 腐蝕無鉛Sn/Ag、Sn/Zn等合金積層，而對Ti金屬膜進行蝕刻時應(yīng)避免腐蝕 Sn/Ag、Sn/Zn等合金積層還應(yīng)避免腐蝕Cu柱。

現(xiàn)有的Cu金屬膜蝕刻液主要是含有胺、氨水等成分的堿性蝕刻液或是 由三氯化鐵和鹽酸的混合液及硫酸和過氧化氫的混合液等構(gòu)成的酸性蝕刻 液。

現(xiàn)有的Ti金屬膜蝕刻液主要為酸性蝕刻液，比如氟酸和過氧化氫混合 液，氟酸和硝酸的混合液，或是鹽酸/硝酸＝1:9～1:20的逆王水用醋酸稀釋 20～25倍以后得到的混合液。

含有氟酸的蝕刻液在蝕刻工藝中使用較為廣泛，但是氟酸屬于有毒物 質(zhì)，而且可溶解多種金屬，不具有選擇性，能夠?qū)εcTi金屬膜同時存在的 Ni、鋁(Al)以及無鉛Sn/Ag、Sn/Zn等合金造成極大損害(腐蝕)。

不含氟酸的普通酸性蝕刻液也存在很多問題，首先腐蝕選擇性較差，易 腐蝕無鉛Sn/Ag、Sn/Zn等合金；其次酸性溶液中過氧化氫易分解，對過氧 化氫的含量控制將變得更加困難；再者，溶解速度較快，咬邊現(xiàn)象比較突出， 對凸塊的尺寸重現(xiàn)性及形狀也有較大影響。

對Ti金屬膜進行選擇性蝕刻的蝕刻方法，目前有報道是將過氧化氫和 螯合劑結(jié)合使用，這些方法是使用含有過氧化氫的酸性蝕刻液對Ti金屬膜 進行蝕刻，蝕刻過程過氧化氫起氧化作用、螯合劑起絡(luò)合作用，可使Ti的 溶解化學平衡向溶解方向移動，加快Ti的溶解速度。常用的螯合劑為乙二 胺四乙酸(EDTA)，但是EDTA遇過氧化氫后可經(jīng)過N-氧化物的催化被迅速 氧化分解，使得蝕刻液壽命較短。而且含有過氧化氫的酸性蝕刻液在反應(yīng)過 程中，過氧化氫會逐漸分解，從而也會導致蝕刻液壽命縮短，無法有效控制 蝕刻液中的過氧化氫濃度。另外與其他酸性蝕刻液相同，蝕刻速度較快，容 易側(cè)向蝕刻造成焊接咬邊及產(chǎn)生蝕刻殘渣。

現(xiàn)有的鈦選擇性蝕刻液的Ti/Cu的選擇蝕刻比相對較低，加之目前文獻 中尚未有關(guān)于在Ti蝕刻時是否對無鉛Sn/Ag、Sn/Zn等合金產(chǎn)生影響等相關(guān) 內(nèi)容的記述，對于無鉛焊料凸塊制作工藝的適用性尚不明確。

因此，在無鉛焊料凸塊的制作工藝中，急需研發(fā)出對無鉛Sn/Ag、Sn/Zn 等合金和Cu柱沒有負面影響的蝕刻液。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中無鉛焊料凸塊制作組工藝中使用的蝕刻液的蝕刻選擇 性和均勻性相對較低的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種可確保對銅金屬膜 蝕刻的選擇性和均勻性的銅選擇性蝕刻液。

本發(fā)明的銅選擇性蝕刻液由銅氧化液和銅螯合液組成，所述銅氧化液包 括氧化劑和/或水、所述銅螯合液包括草酸鹽、氨基羧酸和水，所述銅選擇 性蝕刻液pH值為6.0～8.5。