一种金属氧化物蚀刻液组合物及蚀刻工艺的制作方法

1.本发明涉及金属蚀刻技术领域，具体为一种金属氧化物蚀刻液组合物及蚀刻工艺。


背景技术：

2.氧化物半导体被期待根据特性应用于太阳能电池材料、发光二极管材料、宽能带隙材料、可变电阻式存储器材料，氧化物半导体具有多种用途，是备受关注的材料。将这些金属氧化物作为电子器件的电极、半导体元件等微细电子部件使用时，需要通过溅射法在玻璃或塑料的基板上成膜而形成所需的图案。特别是随着电子器件的微细化、高性能化，形成的图案尺寸也需要精密控制，因此微细加工技术被认为非常重要。
3.对于干法蚀刻，等离子体中生成的化学上具活性的离子具有直行性，因此相对于被加工物表面垂直入射，可获得忠实于光蚀刻刻剂等的掩模图案的图案尺寸，所以适合于微细加工。然而，干法蚀刻需要昂贵的真空装置和高频发生装置，因此在成本方面不利，而且等离子体状态的离子可能会对基板等造成损伤。利用基于化学药品的含有成分的氧化还原或配位等化学反应的湿法蚀刻可通过用于使蚀刻液与被加工物接触的蚀刻槽和喷淋蚀刻装置等较低廉的处理装置形成图案，因此通过优化蚀刻液的成分、处理条件(温度、时间)、处理方法(浸渍时的蚀刻液的流动、基板的摇动、基于喷淋的喷雾等)，可比干法蚀刻更容易地形成图案。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种金属氧化物蚀刻液组合物及蚀刻工艺，以解决现有技术中存在的问题。
5.一种金属氧化物蚀刻液组合物，特征在于，所述金属氧化物蚀刻液组合物主要包括单端聚醚基聚硅氧烷、有机酸、无机酸盐、唑类化合物、醇类化合物、乙醇胺和纯水。
6.作为优化，所述单端聚醚基聚硅氧烷是由单端氨基聚硅氧烷和酰化聚乙二醇单甲醚反应而成。
7.作为优化，所述金属氧化物蚀刻液组合物主要包括以下制备步骤：（1）将单端含氢聚硅氧烷、对氨基苯乙烯和正己烷按质量比1：1：5~1：1：8混合均匀，再加入单端含氢聚硅氧烷质量0.03~0.05倍的氯铂酸，在70~80℃，500~800r/min搅拌回流4~6h，在20~30℃，1~2kpa静置3~4h，制得单端氨基聚硅氧烷；（2）将单端氨基聚硅氧烷、酰化聚乙二醇单甲醚、三乙胺、二氯甲烷按质量比1：1：0.3：10~1：2：0.5：14混合均匀，在0~5℃，300~500r/min搅拌3~4h，在20~30℃，1~2kpa静置6~8h，制得单端聚醚基聚硅氧烷；（3）将单端聚醚基聚硅氧烷、有机酸、无机酸盐、唑类化合物、醇类化合物、乙醇胺、水按质量比0.5：1：0.1：0.1：1：1：5~1.5：4：0.5：0.1：4：4：15混合均匀，用质量分数3~5%的盐酸溶液和质量分数3~5%的氢氧化钾溶液将ph调节至3~4，制得金属氧化物蚀刻液组合物。
8.作为优化，步骤（1）所述单端含氢聚硅氧烷的制备方法为：将五甲基二硅氧烷和八甲基环四硅氧烷按质量比1：1.2~1：1.5混合均匀，再加入五甲基二硅氧烷质量0.1~0.2倍的质量分数90~98%倍的浓硫酸，在80~90℃，800~1000r/min搅拌反应2~3h，冷却至室温后加入氢氧化钙将ph调节值6~7，过滤取液体，再加入五甲基二硅氧烷质量0.2~0.4倍的无水硫酸镁，以500~700r/min搅拌15~20min，过滤取液体，在40~50℃，1~2kpa静置8~10h，制备而成。
9.作为优化，步骤（2）所述酰化聚乙二醇单甲醚的制备方法为：将丁二酸酐和聚乙二醇单甲醚按质量比1：3~1：4混合均匀，在70~80℃，3000~4000r/min搅拌3~4h，在20~30℃，1~2kpa静置3~4h，制得羧化聚乙二醇单甲醚；将羧化聚乙二醇单甲醚、氯化亚砜和四氢呋喃按质量比15：50：1~40：150：1混合均匀，在40~50℃，300~500r/min搅拌反应50~60min，再升温至60~70℃继续搅拌反应2~3h，在20~30℃，1~2kpa静置3~4h，制备而成。
10.作为优化，步骤（3）所述有机酸为丙氨酸、谷氨酸、甘氨酸、乙醇酸、琥珀酸、胱氨酸、天冬酰胺、苹果酸、乙二胺四乙酸、丙二酸、亚胺二乙酸、乳酸和苯酚磺酸中的几种混合。
11.作为优化，步骤（3）所述无机酸盐为氢卤酸、高卤酸、硝酸钾、乙酸钾、硫酸氢钾、磷酸二氢钾、硫酸钾、磷酸氢二钾和磷酸钾中的一种或几种混合。
12.作为优化，步骤（3）所述唑类化合物为1,2,4-三氮唑、3-氨基-1,2,4-三唑和胺基四唑中的一种或几种混合。
13.作为优化，步骤（3）所述醇类化合物为乙二醇、二甘醇、1,2-丙二醇和1,3-丙二醇中的一种或几种混合。
14.作为优化，主要包括以下蚀刻工艺步骤：（a）将其表面含铟的金属氧化物或含锌和铟的金属氧化物的层的基板表面洗净；（b）使用如权利要求1所述的金属氧化物蚀刻液组合物，在常温下以浸泡方式进行蚀刻该金属层。
15.与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明在制备金属氧化物蚀刻液组合物时，先将单端聚醚基聚硅氧烷、有机酸、无机酸盐、唑类化合物、醇类化合物、乙醇胺和纯水混合并调节ph，制得金属氧化物蚀刻液组合物。
16.首先，将五甲基二硅氧烷和八甲基环四硅氧烷反应制得单端含氢聚硅氧烷，将单端含氢聚硅氧烷和对氨基苯乙烯反应制得单端氨基聚硅氧烷，将聚乙二醇单甲醚依次和丁二酸酐、氯化亚砜反应制得酰化聚乙二醇单甲醚，将单端氨基聚硅氧烷和酰化聚乙二醇单甲醚反应制得单端聚醚基聚硅氧烷，单端聚醚基聚硅氧烷的一端亲水，一端亲油，提高了金属氧化物蚀刻液组合物各个组分的相容性，同时在使用时可降低蚀刻基体的表面能，提高金属氧化物蚀刻液组合物对基体表面的浸润效果，从而提高了蚀刻效果。
具体实施方式
17.下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
18.为了更清楚的说明本发明提供的方法通过以下实施例进行详细说明，在以下实施
例中制备的金属线路板的各指标测试方法如下：蚀刻效果：将各实施例所得的金属氧化物蚀刻液组合物与对比例材料取相同大质量，对相同的含铟的金属氧化物基板表面进行蚀刻，相同时间后观察蚀刻是否均匀和蚀刻量。
19.实施例1一种金属氧化物蚀刻液组合物的制备方法，主要包括以下制备步骤：（1）将五甲基二硅氧烷和八甲基环四硅氧烷按质量比1：1.2混合均匀，再加入五甲基二硅氧烷质量0.1倍的质量分数90%倍的浓硫酸，在80℃，800r/min搅拌反应3h，冷却至室温后加入氢氧化钙将ph调节值6，过滤取液体，再加入五甲基二硅氧烷质量0.2倍的无水硫酸镁，以500r/min搅拌15min，过滤取液体，在40℃，1kpa静置10h，制得单端含氢聚硅氧烷；将单端含氢聚硅氧烷、对氨基苯乙烯和正己烷按质量比1：1：5混合均匀，再加入单端含氢聚硅氧烷质量0.03倍的氯铂酸，在70℃，500r/min搅拌回流6h，在20℃，1kpa静置3h，制得单端氨基聚硅氧烷；（2）将丁二酸酐和聚乙二醇单甲醚按质量比1：3混合均匀，在70℃，3000r/min搅拌4h，在20℃，1kpa静置4h，制得羧化聚乙二醇单甲醚；将羧化聚乙二醇单甲醚、氯化亚砜和四氢呋喃按质量比15：50：1混合均匀，在40℃，300r/min搅拌反应60min，再升温至60℃继续搅拌反应3h，在20℃，1kpa静置4h，制得酰化聚乙二醇单甲醚；将单端氨基聚硅氧烷、酰化聚乙二醇单甲醚、三乙胺、二氯甲烷按质量比1：1：0.3：10混合均匀，在0℃，300r/min搅拌4h，在20℃，1kpa静置8h，制得单端聚醚基聚硅氧烷；（3）将单端聚醚基聚硅氧烷、乳酸、氢卤酸、1,2,4-三氮唑、乙二醇、乙醇胺、水按质量比0.5：1：0.1：0.1：1：1：5混合均匀，用质量分数3%的盐酸溶液和质量分数3%的氢氧化钾溶液将ph调节至4，制得金属氧化物蚀刻液组合物。
20.实施例2一种金属氧化物蚀刻液组合物的制备方法，主要包括以下制备步骤：（1）将五甲基二硅氧烷和八甲基环四硅氧烷按质量比1：1.4混合均匀，再加入五甲基二硅氧烷质量0.15倍的质量分数94%倍的浓硫酸，在85℃，900r/min搅拌反应2.5h，冷却至室温后加入氢氧化钙将ph调节值6.5，过滤取液体，再加入五甲基二硅氧烷质量0.3倍的无水硫酸镁，以600r/min搅拌18min，过滤取液体，在45℃，1.5kpa静置9h，制得单端含氢聚硅氧烷；将单端含氢聚硅氧烷、对氨基苯乙烯和正己烷按质量比1：1：56混合均匀，再加入单端含氢聚硅氧烷质量0.04倍的氯铂酸，在75℃，600r/min搅拌回流5h，在25℃，1.5kpa静置3.5h，制得单端氨基聚硅氧烷；（2）将丁二酸酐和聚乙二醇单甲醚按质量比1：3.5混合均匀，在75℃，3500r/min搅拌3.5h，在25℃，1.5kpa静置3.5h，制得羧化聚乙二醇单甲醚；将羧化聚乙二醇单甲醚、氯化亚砜和四氢呋喃按质量比27：100：1混合均匀，在45℃，400r/min搅拌反应55min，再升温至65℃继续搅拌反应2.5h，在25℃，1.5kpa静置3.5h，制得酰化聚乙二醇单甲醚；将单端氨基聚硅氧烷、酰化聚乙二醇单甲醚、三乙胺、二氯甲烷按质量比1：1.5：0.4：12混合均匀，在3℃，400r/min搅拌3.5h，在25℃，1.5kpa静置7h，制得单端聚醚基聚硅氧烷；（3）将单端聚醚基聚硅氧烷、乳酸、氢卤酸、1,2,4-三氮唑、乙二醇、乙醇胺、水按质量比1：2.5：0.3：0.1：2.5：2.5：10混合均匀，用质量分数4%的盐酸溶液和质量分数4%的氢氧
化钾溶液将ph调节至3.5，制得金属氧化物蚀刻液组合物。
21.实施例3一种金属氧化物蚀刻液组合物的制备方法，主要包括以下制备步骤：（1）将五甲基二硅氧烷和八甲基环四硅氧烷按质量比1：1.5混合均匀，再加入五甲基二硅氧烷质量0.2倍的质量分数98%倍的浓硫酸，在90℃，1000r/min搅拌反应2h，冷却至室温后加入氢氧化钙将ph调节值7，过滤取液体，再加入五甲基二硅氧烷质量0.4倍的无水硫酸镁，以700r/min搅拌15min，过滤取液体，在50℃，2kpa静置8h，制得单端含氢聚硅氧烷；将单端含氢聚硅氧烷、对氨基苯乙烯和正己烷按质量比1：1：8混合均匀，再加入单端含氢聚硅氧烷质量0.05倍的氯铂酸，在80℃，800r/min搅拌回流4h，在30℃，2kpa静置3h，制得单端氨基聚硅氧烷；（2）将丁二酸酐和聚乙二醇单甲醚按质量比1：4混合均匀，在80℃，4000r/min搅拌3h，在30℃，2kpa静置3h，制得羧化聚乙二醇单甲醚；将羧化聚乙二醇单甲醚、氯化亚砜和四氢呋喃按质量比40：150：1混合均匀，在50℃，500r/min搅拌反应50min，再升温至70℃继续搅拌反应3h，在30℃，2kpa静置3h，制得酰化聚乙二醇单甲醚；将单端氨基聚硅氧烷、酰化聚乙二醇单甲醚、三乙胺、二氯甲烷按质量比1：2：0.5：14混合均匀，在5℃，500r/min搅拌3h，在30℃，2kpa静置6h，制得单端聚醚基聚硅氧烷；（3）将单端聚醚基聚硅氧烷、乳酸、氢卤酸、1,2,4-三氮唑、乙二醇、乙醇胺、水按质量比1.5：4：0.5：0.1：4：4：15混合均匀，用质量分数5%的盐酸溶液和质量分数3~5%的氢氧化钾溶液将ph调节至4，制得金属氧化物蚀刻液组合物。
22.对比例一种金属氧化物蚀刻液组合物的制备方法，主要包括以下制备步骤：将乳酸、氢卤酸、1,2,4-三氮唑、乙二醇、乙醇胺、水按质量比2.5：0.3：0.1：2.5：2.5：10混合均匀，用质量分数4%的盐酸溶液和质量分数4%的氢氧化钾溶液将ph调节至3.5，制得金属氧化物蚀刻液组合物。
23.效果例下表1给出了采用本发明实施例1~3和对比例的蚀刻效果的分析结果。
24.表1。
25.从表1实施例1、2、3和对比例的实验数据比较可发现，实施例1、2、3对比对比例的蚀刻均匀且蚀刻量高，说明了加入了单端聚醚基聚硅氧烷，单端聚醚基聚硅氧烷的一端亲水，一端亲油，提高了金属氧化物蚀刻液组合物各个组分的相容性，同时在使用时可降低蚀刻基体的表面能，提高金属氧化物蚀刻液组合物对基体表面的浸润效果，从而提高了蚀刻
效果。
26.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何标记视为限制所涉及的权利要求。