一种用于显示屏的酸性双氧水体系的蚀刻液添加剂、蚀刻液及其制备方法
文献发布时间：2024-04-18 20:01:30
技术领域
本发明属于蚀刻液添加剂制备技术领域，具体涉及一种用于显示屏的酸性双氧水体系的蚀刻液添加剂、蚀刻液及其制备方法。
背景技术
随着显示技术的发展，尤其是平板显示技术向着大型化及高分辨率化发展，传统的铝或铝合金金属导线会随着配线的变长，其电阻也随之增加，从而出现放大信号延迟等问题，从而影响显示效果。所以为适应面板行业的发展，就需要用低电阻和优良的抗电迁移性的铜或其合金配线来替代铝或铝合金，来提高信号传输速度。同时，钼具有与玻璃等基板的密合性高、难以产生向硅半导体膜的扩散、且兼具阻挡性；因此，铜/钼或铜/钼铌膜层逐渐成为液晶显示装置中薄膜晶体管的栅极(Gate)、源极 (Source)、漏极(Drain)以及与薄膜晶体管连接的栅极线和数据线等金属层结构，由于金属特性的不同，相应的也开发出新型的金属蚀刻液。铜蚀刻液目前多为酸性-双氧水体系配以一定的添加剂，现已在实际生产中得到应用，是一种较为成熟的技术。
常规的刻蚀液铜离子在溶液中不稳定，容易进行氧化反应或催化双氧水分解，导致刻蚀液的稳定刻蚀期较短，而在现有技术的湿法蚀刻中，大面板显示屏常常需要进行大面积的同时蚀刻，不同物质结构的界面之间，不同的蚀刻阶段，不同的反应过程，常规的刻蚀液无法控制刻蚀的效果，容易导致蚀刻不均匀，影响后续不导电层覆盖，尤其是对于复杂图案的蚀刻要求无法满足其精度要求。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于显示屏的酸性双氧水体系的蚀刻液添加剂、蚀刻液及其制备方法，旨在解决现有技术中的如下技术问题：
（1）常规蚀刻液在及逆行大面积同时蚀刻时，无法控制刻蚀的效果，容易导致蚀刻不均匀，影响后续不导电层覆盖的问题。
（2）常规蚀刻液中铜离子不稳定，容易及逆行氧化反应或催化双氧水分解，导致刻蚀液的稳定刻蚀期较短的问题。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种用于显示屏的酸性双氧水体系的蚀刻液添加剂，所述添加剂的原料包括以下组分：
PH调节剂，其质量百分比为5%-40%；
复合表面活性剂，其质量百分比10%-30%；
超纯水，其质量百分比为50%-85%。
为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
进一步地，所述PH调节剂采用酸性化合物与碱性化合物组合而成，所述酸性化合物的质量百分比为3%-30%，所述碱性化合物的质量百分比为2%-10%。
进一步地，所述酸性化合物由有机酸中的一种或多种组合而成，所述碱性化合物由无机碱或有机碱中的一种或多种组合而成。
进一步地，所述有机酸为甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、正己酸、正戊酸、正庚酸、正辛酸，丙二酸、月桂酸、柠檬酸、磺基水杨酸、苹果酸、马来酸、甘氨酸、精氨酸、酒石酸、葡萄糖酸中的一种或多种组合而成。
进一步地，所述无机碱为氢氧化铵，所述有机碱为烷醇胺类化合物、烷基胺类化合物，烷基季铵类化合物中的一种或多种组合而成。
进一步地，所述复合表面活性剂包括壬基酚聚氧乙烯醚 、聚醚、甘油聚醚脂肪酸酯、甘油聚醚酯、乙二醇丁醚、乙二醇甲醚、异丁醇、丁醇、乙二醇、丙二醇、丙三醇、聚乙二醇、烷基磺酸钠、仲烷基磺酸钠 、仲烷基硫酸酯钠、脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、己内多酯多元醇- 多乙烯亚胺嵌段共聚物、丙烯酸酯高分子型、磷酸酯类、咪唑、甲基苯并三氮唑、2-烷基苯并咪唑、乙二胺四乙酸（EDTA）、二乙烯三胺五乙酸（DTPA）、N,N-二甲氨基二膦酸、磷酸二氢铵、乙二胺四亚甲基膦酸盐 (EDTMP)、羟基亚甲基磷酸盐(HEDP)、氨基三亚甲基磷酸盐(ATMP)中的一种或多种组合而成。
一种用于显示屏的酸性双氧水体系的蚀刻液，包括添加剂和基础液，所述添加剂相对蚀刻液的质量百分比为0.05%-5%，所述基础液包括双氧水、硝酸和水，所述双氧水、硝酸和水的质量百分比为（3%-10%）:（2%-5%）：（85%-95%）。
一种用于显示屏的酸性双氧水体系的蚀刻液的制备方法，包括如下步骤：
在混配罐中添加质量百分比为50%-85%的超纯水；
在搅拌状态下加入质量百分比为5%-40%的PH调节剂、质量百分比为10%-30%的复合表面活性剂，搅拌均匀得到蚀刻液添加剂；
将蚀刻液添加剂按照质量百分比为0.05%-5%添加至基础液中，搅拌均匀并过滤得到蚀刻液。
进一步地，所述PH调节剂中的酸性化合物或碱性化合物浓度不小于99wt%。
进一步地，所述超纯水的电阻不低于18.25 MΩ·cm。
附图说明
图1为未使用本发明蚀刻液添加的铜蚀刻液蚀刻后的Cu/Mo结构的扫描电镜图。
图2为使用本发明实施案例中的蚀刻液添加剂对含0ppm铜离子的铜蚀刻液蚀刻后的Cu/Mo结构的扫描电镜图。
图3为使用本发明实施案例中的蚀刻液添加剂对含2000ppm铜离子的铜蚀刻液蚀刻后的Cu/Mo结构的扫描电镜图
图4为使用本发明实施案例中的蚀刻液添加剂对含7000ppm铜离子的铜蚀刻液蚀刻后的Cu/Mo结构的扫描电镜图。
图5为本发明一种用于显示屏的酸性双氧水体系的蚀刻液的制备方法的流程图。
本发明的有益效果：
本发明的添加剂所采用的成分配比组合，可以降低液蚀刻液表面的张力，调节调控并稳定蚀刻角度，以免对Cu/Mo或Cu/MoNb层浸润不足，导致蚀刻不均匀，造成蚀刻严重，或者角度过大或者过小，影响后续不导电层覆盖；在保持蚀刻性能的同时，通过螯合剂稳定铜离子在溶液中的状态，使其不进行氧化反应或催化双氧水分解，从而延长刻蚀液的稳定刻蚀期，使蚀刻液蚀刻寿命延长，节约成本；在减少泡沫的同时，减少对纳米级别光刻胶的损伤。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
实施方式一
一种用于显示屏的酸性双氧水体系的蚀刻液添加剂，该添加剂的原料包括以下组分：
PH调节剂，其质量百分比为5%-40%；
复合表面活性剂，其质量百分比10%-30%；
超纯水，其质量百分比为50%-85%。
其中，PH调节剂采用酸性化合物与碱性化合物组合而成，酸性化合物的质量百分比为3%-30%，该酸性化合物由有机酸中的一种或多种组合而成，本申请中的甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、正己酸、正戊酸、正庚酸、正辛酸，丙二酸、月桂酸、柠檬酸、磺基水杨酸、苹果酸、马来酸、甘氨酸、精氨酸、酒石酸、葡萄糖酸中的一种或多种组合而成。
碱性化合物的质量百分比为2%-10%，该碱性化合物也由无机碱或有机碱中的一种或多种组合而成；无机碱为氢氧化铵，有机碱为烷醇胺类化合物、烷基胺类化合物，烷基季铵类化合物中的一种或多种组合而成，具体而言，烷醇胺类化合物包括单乙醇胺、单异丙醇胺、正丙醇胺、单甲基乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、二甘醇胺等；烷基胺类化合物包括甲胺、乙胺、丙胺、二甲胺、二乙胺、二丙胺、三甲胺、三乙胺、三丙胺等；烷基季铵类化合物包括氢氧化四甲基铵等。
复合表面活性剂包括壬基酚聚氧乙烯醚 、聚醚、甘油聚醚脂肪酸酯、甘油聚醚酯、乙二醇丁醚、乙二醇甲醚、异丁醇、丁醇、乙二醇、丙二醇、丙三醇、聚乙二醇、烷基磺酸钠、仲烷基磺酸钠 、仲烷基硫酸酯钠、脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、己内多酯多元醇-多乙烯亚胺嵌段共聚物、丙烯酸酯高分子型、磷酸酯类、咪唑、甲基苯并三氮唑、2-烷基苯并咪唑、乙二胺四乙酸（EDTA）、二乙烯三胺五乙酸（DTPA）、N,N-二甲氨基二膦酸、磷酸二氢铵、乙二胺四亚甲基膦酸盐 (EDTMP)、羟基亚甲基磷酸盐(HEDP)、氨基三亚甲基磷酸盐(ATMP)中的一种或多种组合而成。
实施方式二
一种用于显示屏的酸性双氧水体系的蚀刻液，该蚀刻液包括添加剂和基础液，添加剂相对蚀刻液的质量百分比为0.05%-5%，基础液包括双氧水、硝酸和水，双氧水、硝酸和水的质量百分比为（3%-10%）:（2%-5%）：（85%-95%）。
实施方式三
如图1所示，一种用于显示屏的酸性双氧水体系的蚀刻液的制备方法，包括如下步骤：
在混配罐中添加质量百分比为50%-85%的超纯水，该超纯水的电阻不低于18.25 MΩ·cm；
在搅拌状态下加入质量百分比为5%-40%的PH调节剂、质量百分比为10%-30%的复合表面活性剂，搅拌均匀得到蚀刻液添加剂，该PH调节剂中的酸性化合物或碱性化合物浓度不小于99wt%；
将蚀刻液添加剂按照质量百分比为0.05%-5%添加至基础液中，搅拌均匀并过滤得到蚀刻液。
根据上述添加剂的配比组合，选取多个分配比组合提供以下多个实施例和多个对比例。
实施例1
制备蚀刻液添加剂：
PH调节剂采用甘氨酸和N-甲基单乙醇胺组合而成，其中甘氨酸的质量百分比为15%，N-甲基单乙醇胺的质量百分比为7%；复合表面活性剂采用聚乙二醇200、烷基酚聚氧乙烯醚、2-烷基苯并咪唑和丁醇组合而成，其中聚乙二醇200的质量百分比为5%，烷基酚聚氧乙烯醚的质量百分比为5%，2-烷基苯并咪唑的质量百分比为5%，丁醇的质量百分比为3%；超纯水的质量百分比为60%。
将上述添加剂按一定的比例0.05%-5%（W/W）添加至Cu/Mo基础液中，搅拌循环过滤后即得Cu/Mo蚀刻液。
在设定时间内进行蚀刻并观察蚀刻特征：
A
A
A
如图1-4所示，上述A
实施例2
制备蚀刻液添加剂：
PH调节剂采用柠檬酸和单异丙醇胺组合而成，其中硫酸的质量百分比为15%，单异丙醇胺的质量百分比为7%；复合表面活性剂采用聚乙二醇200、脂肪醇聚氧乙烯醚、2-烷基苯并咪唑和乙二醇组合而成，其中聚乙二醇200的质量百分比为5%，脂肪醇聚氧乙烯醚的质量百分比为5%，2-烷基苯并咪唑的质量百分比为5%、乙二醇的质量百分比为3%；超纯水的质量百分比为60%。
将上述添加剂按一定的比例0.05%-5%（W/W）添加至Cu/Mo基础液中，搅拌循环过滤后即得Cu/Mo蚀刻液。
在设定时间内进行蚀刻并观察蚀刻特征：
B
B
B
上述B
实施例3
制备蚀刻液添加剂：
H调节剂采用甘氨酸和单异丙醇胺组合而成，其中甘氨酸的质量百分比为20%，单异丙醇胺质量百分比为5%；复合表面活性剂采用聚乙二醇400、脂肪醇聚氧乙烯醚、甲基苯并三氮唑和乙二胺四乙酸组合而成，其中聚乙二醇400的质量百分比为10%，脂肪醇聚氧乙烯醚的质量百分比为5%，甲基苯并三氮唑的质量百分比为5%，乙二胺四乙酸的质量百分比为3%；超纯水的质量百分比为52%。
将上述添加剂按一定的比例0.05%-5%（W/W）添加至Cu/Mo基础液中，搅拌循环过滤后即得Cu/Mo蚀刻液。
在设定时间内进行蚀刻并观察蚀刻特征：
C
C
C
上述C
实施例4
制备蚀刻液添加剂：
PH调节剂采用柠檬酸和N-甲基单乙醇胺组合而成，其中柠檬酸的质量百分比为20%，N-甲基单乙醇胺的质量百分比为7%；复合表面活性剂采用聚乙二醇600、烷基酚聚氧乙烯醚、甲基苯并三氮唑和二乙烯三胺五乙酸组合而成，其中聚乙二醇600的质量百分比为5%，烷基酚聚氧乙烯醚的质量百分比为5%，甲基苯并三氮唑的质量百分比为5%，二乙烯三胺五乙酸的质量百分比为5%；超纯水的质量百分比为53%。
将上述添加剂按一定的比例0.05%-5%（W/W）添加至Cu/Mo基础液中，搅拌循环过滤后即得Cu/Mo蚀刻液。
在设定时间内进行蚀刻并观察蚀刻特征：
D
D
D
上述D
实施例5
制备蚀刻液添加剂：
PH调节剂采用甘氨酸和单异丙醇胺组合而成，其中甘氨酸的质量百分比为13%，单异丙醇胺的质量百分比为5%；复合表面活性剂采用聚乙二醇400、烷基酚聚氧乙烯醚、甲基苯并三氮唑和乙二胺四乙酸组合而成，其中聚乙二醇400的质量百分比为5%，烷基酚聚氧乙烯醚的质量百分比为5%，甲基苯并三氮唑的质量百分比为5%，乙二胺四乙酸的质量百分比为3%；超纯水的质量百分比为64%。
将上述添加剂按一定的比例0.05%-5%（W/W）添加至Cu/Mo基础液中，搅拌循环过滤后即得Cu/Mo蚀刻液。
在设定时间内进行蚀刻并观察蚀刻特征：
E
E
E
上述E
实施例6
制备蚀刻液添加剂：
PH调节剂采用精氨酸和二甘醇胺组合而成，其中精氨酸的质量百分比为15%，二甘醇胺的质量百分比为7%；复合表面活性剂采用聚乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、咪唑和乙二胺四乙酸组合而成，其中聚乙烯醚的质量百分比为5%，脂肪醇聚氧乙烯醚的质量百分比为5%，咪唑的质量百分比为5%，乙二胺四乙酸的质量百分比为3%；超纯水的质量百分比为50%。
将上述添加剂按一定的比例0.05%-5%（W/W）添加至Cu/Mo基础液中，搅拌循环过滤后即得Cu/Mo蚀刻液。
在设定时间内进行蚀刻并观察蚀刻特征：
F
F
F
上述F
比较例1
制备蚀刻液添加剂：
PH调节剂采用甘氨酸和二甘醇胺组合而成，其中甘氨酸的质量百分比为15%，二甘醇胺的质量百分比为7%；复合表面活性剂采用聚乙二醇200、烷基酚聚氧乙烯、2-烷基苯并咪唑和乙二醇组合而成，其中聚乙二醇200的质量百分比为5%，烷基酚聚氧乙烯的质量百分比为5%，2-烷基苯并咪唑的质量百分比为5%，乙二醇质量百分比为3%；超纯水的质量百分比为50%。
将上述添加剂按一定的比例0.05%-5%（W/W）添加至Cu/Mo基础液中，搅拌循环过滤后即得Cu/Mo蚀刻液。
在设定时间内进行蚀刻并观察蚀刻特征：
G
G
G
上述G
对比例2
制备蚀刻液添加剂：
PH调节剂采用柠檬酸和N-甲基单乙醇胺组合而成，其中柠檬酸的质量百分比为15%，N-甲基单乙醇胺的质量百分比为7%；复合表面活性剂采用聚乙二醇600、脂肪醇聚氧乙烯醚、2-烷基苯并咪唑和乙二醇组合而成，其中聚乙二醇600的质量百分比为5%，脂肪醇聚氧乙烯醚的质量百分比为5%，2-烷基苯并咪唑的质量百分比为5%，乙二醇质量百分比为3%；超纯水的质量百分比为50%。
将上述添加剂按一定的比例0.05%-5%（W/W）添加至Cu/Mo基础液中，搅拌循环过滤后即得Cu/Mo蚀刻液。
在设定时间内进行蚀刻并观察蚀刻特征：
H
H
H
上述G
对比例3
制备蚀刻液添加剂：
PH调节剂包括柠檬酸和单异丙醇胺，其中柠檬酸的质量百分比为15%，单异丙醇胺的质量百分比为7%；复合表面活性剂采用聚乙二醇400、脂肪醇聚氧乙烯醚和乙二醇，其中聚乙二醇400的质量百分比为5%、脂肪醇聚氧乙烯醚的质量百分比为5%,乙二醇的质量百分比为3%，超纯水的质量百分比为95.5%。
将上述添加剂按一定的比例0.05%-5%（W/W）添加至Cu/Mo基础液中，搅拌循环过滤后即得Cu/Mo蚀刻液。
在设定时间内进行蚀刻并观察蚀刻特征。
I
I
L
上述C
对比例4
制备蚀刻液添加剂：
PH调节剂包括柠檬酸和单异丙醇胺，其中柠檬酸的质量百分比为15%，单异丙醇胺的质量百分比为7%；复合表面活性剂采用聚乙二醇400、脂肪醇聚氧乙烯醚和乙二醇，其中聚乙二醇400的质量百分比为5%、脂肪醇聚氧乙烯醚的质量百分比为5%,乙二醇的质量百分比为3%，超纯水的质量百分比为63%。
将上述添加剂按一定的比例0.05%-5%（W/W）添加至Cu/Mo基础液中，搅拌循环过滤后即得Cu/Mo蚀刻液。
在设定时间内进行蚀刻并观察蚀刻特征。
I
I
L
上述C
对比例5
制备蚀刻液添加剂：
PH调节剂包括柠檬酸，其中柠檬酸的质量百分比为15%；复合表面活性剂采用聚乙二醇、脂肪醇聚氧乙烯醚和2-烷基苯并咪唑，其中聚乙二醇的质量百分比为5%、脂肪醇聚氧乙烯醚的质量百分比为5%，2-烷基苯并咪唑的质量百分比为5%；超纯水的质量百分比为63%。
将上述添加剂按一定的比例0.05%-5%（W/W）添加至Cu/Mo基础液中，搅拌循环过滤后即得Cu/Mo蚀刻液。
在设定时间内进行蚀刻并观察蚀刻特征。
J
J
J
上述J
对比例6
制备蚀刻液添加剂：
PH调节剂包括甘氨酸和单异丙醇胺，其中甘氨酸的质量百分比为8%，单异丙醇胺的质量百分比为7%；复合表面活性剂采用聚乙二醇、2-烷基苯并咪唑和乙二醇，其中聚乙二醇的质量百分比为5%，2-烷基苯并咪唑的质量百分比为5%，乙二醇的质量百分比为3%；超纯水的质量百分比为72%。
将上述添加剂按一定的比例0.05%-5%（W/W）添加至Cu/Mo基础液中，搅拌循环过滤后即得Cu/Mo蚀刻液。
在设定时间内进行蚀刻并观察蚀刻特征。
K
K
K
上述K
对比例7
制备蚀刻液添加剂：
PH调节剂包括柠檬酸和单异丙醇胺，其中柠檬酸的质量百分比为8%，单异丙醇胺的质量百分比为7%；复合表面活性剂采用脂肪醇聚氧乙烯醚和乙二醇，其中脂肪醇聚氧乙烯醚的质量百分比为5%，乙二醇的质量百分比为3%；超纯水的质量百分比为77%。
将上述添加剂按一定的比例0.05%-5%（W/W）添加至Cu/Mo基础液中，搅拌循环过滤后即得Cu/Mo蚀刻液。
在设定时间内进行蚀刻并观察蚀刻特征。
L
L
L
上述L
根据上述的实施例和对比例可知，在高浓度铜离子条件下，本发明的添加Cu/Mo蚀刻液添加剂的铜蚀刻液的蚀刻稳定性依然极佳，具有较好的蚀刻角度，且无Mo金属层的Undercut现象。由于蚀刻液添加剂中含有分散剂、螯合剂，蚀刻抑制剂，所以蚀刻液反应性稳定；另外，该蚀刻液添加剂不会造成光刻胶变形，从而降低了CD-Loss和taper的均一性。同时，该添加剂与蚀刻液融合之后，可以增大Cu/Mo或Cu/MoNb材料的溶解度，提高了基础液的使用寿命，同时也将废液量最小化。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。