一种蚀刻液组合物及其镍铬硅薄膜的湿法刻蚀方法与流程

本发明涉及一种薄膜电阻领域，尤其涉及一种蚀刻液组合物及其镍铬硅薄膜的湿法刻蚀方法。

背景技术

近年来，随着电子信息技术的快速发展，薄膜电阻由于具有高电阻率、低电阻温度系数、高稳定性、无寄生效应和低噪音等优良特性，在航空、国防以及电子计算机、通讯仪器、电子交换机等高新领域有了越来越广泛的应用。

低电阻温度系数薄膜材料在高精度电子设备，微电子电路和各种功能传感器中有着重要应用，寻求低电阻温度系数薄膜材料一直是研究的热点。

镍铬合金是制造薄膜电阻的常用材料，但其电阻温度系数较大，为了降低镍铬薄膜的电阻温度系数，在镍铬合金中加入硅元素，可以降低薄膜的电阻温度系数。eschippel研究表明，利用真空蒸发沉积制备的镍铬硅薄膜（成分ni5-20wt%、cr20-40wt%、si50-65wt%）的电阻温度系数为50ppm/℃。chen-suchiang等人使用射频磁控溅射镍铬硅薄膜在400℃使用退火处理使电阻温度系数降低到8ppm/℃。在中国专利cn106435478a中，韩建强等人采用磁控溅射镍铬硅薄膜，在保护气体氛围中440-460℃进行退火处理，将电阻温度系数降低到2ppm/℃。

目前，镍铬硅电阻制造因受限于磁控溅射工艺稳定性和成本相对较高，均采用膜厚10um以上丝网印刷厚膜工艺，厚膜电阻常见精度均在10%、5%左右，而薄膜电阻电阻精度可以做到0.1%、0.01%，因此镍铬硅薄膜电阻必然是未来的发展方向。

技术实现要素：

本发明的目的就在于提供一种解决上述问题，在镍铬硅薄膜电阻的制造过程中使用的，用于蚀刻镍铬硅薄膜的蚀刻液组合物。其能够快速高效地对镍铬硅薄膜控制性良好的进行蚀刻，能得到表面平坦光滑的镍铬硅膜层，且能实现镍铬硅电阻的湿法刻蚀光刻工艺。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种蚀刻液组合物，所述的蚀刻液组合主要为硝酸铈铵、氢氟酸、十八烷基三甲基氯化铵、2—氧乙酸基丁导酸和水的混合物。本专利的发明者们潜心研究，反复试验，发现在硝酸铈铵、氢氟酸、水体系中加入适量的十八烷基三甲基氯化铵、2—氧乙酸基丁导酸的蚀刻镍铬硅薄膜的蚀刻液组合物可以解决蚀刻中所遇到的问题。进一步对组合物中各组份的配合量进行试验分析后完成了本蚀刻液组合物发明。

作为优选，所述硝酸铈铵的质量百分比浓度为5-25%，硝酸铈铵的作用是在酸性环境下对镍铬金属膜的蚀刻，当其质量百分比低于5%时，对镍铬金属膜蚀刻速度太慢；常温时因其在溶液体系中溶解度的限制，质量百分比不能高于25%，因此不优选；优选浓度为10-20%，在酸性环境下对镍铬金属膜的蚀刻速度和溶解度提供稳定有效的保障，确保良品率。

所述氢氟酸的质量百分比浓度为1-20%，氢氟酸的作用是对薄膜中硅组分的蚀刻，当其质量百分比低于1%时，对硅蚀刻速度太慢；当其质量百分比高于20%时，对硅的刻蚀速度过快，同时会对陶瓷基板产生腐蚀，因此不优选；优选浓度为5-10%，此时对硅的刻蚀速度适中，对陶瓷基板无影响，效果稳定性强，适用性广。

所述十八烷基三甲基氯化铵的质量百分比浓度为0.1-5%，十八烷基三甲基氯化铵作为蚀刻镍铬硅薄膜的表面活性剂和促进剂，十八烷基三甲基氯化铵的使用可以增加蚀刻液和金属薄膜的亲密性和穿透性，可以通过其用量对反应速度进行调节以满足不同客户对蚀刻速度的要求；优选浓度为0.5-2%，能满足大多数客户需求。

所述2—氧乙酸基丁导酸的质量百分比浓度为0.5-10%，2—氧乙酸基丁导酸可以有效的与ni2+、cr3+离子形成稳定的螯合物，从而有效的提高蚀刻速度，不但极大提高了生产效率，也能有效避免因蚀刻速度慢，导致光致抗蚀剂长时间浸泡于蚀刻液中，将会使部分光刻胶脱落，导致部分金属走线蚀刻效果不佳的现象，从而大大提高良品率；优选浓度为2-5%，此时的蚀刻速度和蚀刻系数最佳，确保生产的良品率。

本发明的蚀刻液组合物中的水的用量为余量，具体可以是自来水，软水或去离子水，优选去离子水。由于蚀刻过程中会产生大量的离子及杂质，所以对水没有硬性的要求，常用的自来水或是软水就可以使用。但考虑到不同地方水质的不同，有可能引起对蚀刻液组合物难以预料的影响，所以优选去离子水。

制备镍铬硅薄膜蚀刻液方法如下，将原料硝酸铈铵、氢氟酸、十八烷基三甲基氯化铵、2—氧乙酸基丁导酸和水按比例充分的搅拌混匀后，经0.1μm的过滤器过滤，即可获得镍铬硅薄膜蚀刻液。

一种利用所述蚀刻液组合物进行镍铬硅薄膜的湿法刻蚀方法，方法步骤如下，

步骤一选择光刻胶，

选用国产苏州瑞红rzj系列正性光刻胶。蚀刻镍铬硅薄膜时，最好使用rzj-304、rzj-306型光刻胶，与光刻胶能很好的匹配，与进口光刻胶相比成本较低；

步骤二将基片在清洗剂中清洗并在热板上烘干，

基片在清洗剂zq-05中超声清洗2~3min，用去离子水洗净，然后将基板放于在热板上，在100℃温度下烘烤1~2min，增强镍铬硅膜层与光刻胶的结合力；

步骤三用旋转涂敷法涂覆光刻胶，

用旋转涂敷法以适当的速率涂上光刻胶，膜厚控制在1.0~3.0um，让光刻胶层均匀包覆基片表面，膜厚一致。

步骤四基片放于热板上前烘，

基片放于热板上，在100℃下烘烤90s，使光刻胶充分固化。

步骤五然后在紫外光源下曝光，

控制曝光功率40~45mj/cm²,曝光时间10~15s，使光刻胶中光敏基团发生分解转换，形成可溶性膜层。

步骤六在显影液中显影，

在显影液中显影20~30s，显影后用去离子水冲洗，用过滤空气吹干，使光刻胶中光敏基团发生分解转换，形成可溶性膜层。

步骤七将基片放于热板上后烤，

将基片放于热板上，在120℃下烘烤2~3min，去除水分，增加光刻胶与氮化钽膜层的结合力。

将蚀刻液组合物混匀后，经0.1μm过滤器过滤形成镍铬硅薄膜蚀刻液，将镍铬硅薄膜蚀刻液在40~45℃进行蚀刻，蚀刻时间为70s，形成所需的镍铬硅电阻图形。

步骤九用专用剥膜液去除光刻胶；

步骤十以纯水冲洗后，用过滤空气将基片吹干，完成镍铬硅电阻膜层的制作，进入后续生产工序。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明提出一种针对镍铬硅薄膜的蚀刻组合物，用于镍铬硅薄膜的蚀刻时，能够提高并控制蚀刻速度，并且有效抑制了光刻胶层的劣化，其结果是能够得到表面平坦光滑的蚀刻面。突破现有技术壁垒，研发出了薄膜电阻领域中镍铬硅薄膜的湿法刻蚀技术。

附图说明

图1为本发明工艺流程图。

具体实施方式

实施例：下面将对本发明作进一步说明。为达到目标效果，本专利的发明者们潜心研究，反复试验，发现在硝酸铈铵、氢氟酸、水体系中加入适量的十八烷基三甲基氯化铵、2—氧乙酸基丁导酸的蚀刻镍铬硅薄膜的蚀刻液组合物可以解决蚀刻中所遇到的问题。进一步对组合物中各组份的配合量进行试验分析后完成了本蚀刻液组合物发明。

本发明的蚀刻液组合物特征是其包含：氢氟酸、十二烷基氨基丙酸、邻二氮菲和水组成的混合物，所述氢氟酸的质量百分比浓度为5-30%，所述邻二氮菲的质量百分比浓度为1-15%，所述十二烷基氨基丙酸的质量百分比浓度为0.1-10%，所述余量为水。

（1）镍铬硅薄膜的蚀刻速度测定

在专用陶瓷基板上采用磁控溅射法呈镍铬硅薄膜，使膜厚达到450nm。在镍铬硅薄膜上涂布rzj-304光刻胶，形成抗蚀涂层图案。将该基板在12℃的温度条件下浸入表1所示的蚀刻液组合物中1分钟，进行蚀刻。然后进行水洗、干燥处理，剥离光刻胶后，用扫描电镜(sem)测定蚀刻量。

（2）镍铬硅薄膜的蚀刻面的表面平滑以及抗蚀涂层的渗透观察

在专用陶瓷基板上采用溅射法成膜镍铬硅薄膜，使膜厚达到450nm。在镍铬硅薄膜上涂布rzj-304光刻胶，形成抗蚀涂层图案。将该基板在50℃的温度条件下，以从蚀刻率计算出的恰好蚀刻时间的1.5倍对其浸渍处理，进行蚀刻。然后进行水洗、干燥处理，剥离抗蚀涂层后，用扫描电镜（sem）观察镍铬硅薄膜的蚀刻面的表面平滑以及抗蚀涂层的渗透的状态。

表1

m%-质量百分比

⊙-无缺陷

×-有缺陷

表1中未示出的去离子水的质量百分比为余量。

实施例1-8

从实施例中可以看出，本发明所配制的蚀刻液混合物，即硝酸铈铵、氢氟酸、十八烷基三甲基氯化铵、2—氧乙酸基丁导酸和水的混合物，具有较快的蚀刻速度，有效减少了蚀刻时间，解决了因光刻胶时间浸泡于蚀刻液中，将会使部分光刻胶脱落，导致部分金属走线蚀刻效果不佳的问题；并且本蚀刻液的蚀刻速度相对稳定，不会引起表面粗糙以及蚀刻液向抗蚀涂层渗透的现象，得到了优异平坦性、平滑性的镍铬硅薄膜，提高了产品良率；另外十八烷基三甲基氯化铵和2—氧乙酸基丁导酸的含量，对蚀刻速度可以适当控制，这样通过调节蚀刻液混合物中的十八烷基三甲基氯化铵和2—氧乙酸基丁导酸的含量，满足不同顾客对蚀刻速度的要求。

比较例1-7

从比较例中可以看到，不含十八烷基三甲基氯化铵的蚀刻液，由于没有表面活性剂的促进作用，蚀刻效率大大的降低，十八烷基三甲基氯化铵的含量太低时，也不能有效改善蚀刻液对光刻胶的亲和力，导致蚀刻液向光刻胶渗透，引起不需蚀刻的镍铬硅薄膜表面粗糙，良品率降低；2—氧乙酸基丁导酸的使用量在更优选范围内时，能有效提高蚀刻速度，含量过高时，引起蚀刻速度的不稳定，导致表面粗糙。

由以上结果可以确认，本发明的蚀刻液组合物能够将镍铬硅薄膜控制性良好且不发生抗蚀涂层渗透的情况下进行蚀刻，从而高效地得到表面平坦光滑的金属膜配线。

一种利用所述蚀刻液组合物进行镍铬硅薄膜的湿法刻蚀方法，方法步骤如下，

步骤一选择光刻胶，

选用国产苏州瑞红rzj系列正性光刻胶。蚀刻镍铬硅薄膜时，最好使用rzj-304、rzj-306型光刻；

步骤二将基片在清洗剂中清洗并在热板上烘干，

基片在清洗剂zq-05中超声清洗2~3min，用去离子水洗净，然后将基板放于在热板上，在100℃温度下烘烤1~2min；

步骤三用旋转涂敷法涂覆光刻胶，

用旋转涂敷法以适当的速率涂上光刻胶，膜厚控制在1.0~3.0um；

步骤四基片放于热板上前烘，

基片放于热板上，在100℃下烘烤90s；

步骤五然后在紫外光源下曝光，

控制曝光功率40~45mj/cm²,曝光时间10~15s；

步骤六在显影液中显影，

在显影液中显影20~30s，显影后用去离子水冲洗，用过滤空气吹干；

步骤七将基片放于热板上后烤，

将基片放于热板上，在120℃下烘烤2~3min；

步骤八刻蚀镍铬硅薄膜；

将蚀刻液组合物混匀后，经0.1μm过滤器过滤形成镍铬硅薄膜蚀刻液，将镍铬硅薄膜蚀刻液在40~45℃进行蚀刻，蚀刻时间为70s；

步骤九用专用剥膜液去除光刻胶；

步骤十以纯水冲洗后，用过滤空气将基片吹干。

本项目独创镍铬硅薄膜的湿法刻蚀用刻蚀液，能通过简单的光刻工艺，完成镍铬硅薄膜的图形化，设备投资小，生产成本低，工艺过程安全可靠，环境污染小。目前国内薄膜电阻龙头风华高科（股票代码：000636）和台湾光颉科技已投入研发实验，只要能在镍铬硅薄膜磁控溅射工艺和成本方面有所突破，必然会实现本发明镍铬硅湿法刻蚀液的产业化，从而推进镍铬硅薄膜电阻的市场化应用，为国家电子信息技术的快速发展贡献一份力量。

以上对本发明所提供的一种蚀刻液组合物及其镍铬硅薄膜的湿法刻蚀方法进行了详尽介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，对本发明的变更和改进将是可能的，而不会超出附加权利要求所规定的构思和范围，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。