一种显示器用低张力铝腐蚀液及其制备方法与流程

1.本发明涉及腐蚀液技术领域，具体涉及一种显示器用低张力铝腐蚀液及其制备方法。


背景技术：

2.近年来，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，建议采用电阻较低的金属材料。铝是一种轻金属，密度小，是半导体制成中最主要的导线材料，它具有低电阻、易于沉积及蚀刻等优点，铝的导电性仅次于银和铜，居第三位，用于制造各种导线。
3.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和干蚀刻技术，其中，湿蚀刻是采用化学试剂，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。与干蚀刻技术相比，湿蚀刻技术经济有利，不需要昂贵的装置，而是采用相对便宜的化学试剂。采用这种湿蚀刻技术，可以均匀地蚀刻大面积的衬底，同时单位时间内生产销率高。
4.铝蚀刻液，为无色透明液体，有气味酸性。2004年化学工业出版社出版的《微细加工技术》一书中给出了一种铝的化学蚀刻溶液，主要是由磷酸和硝酸组成的水溶液，这种蚀刻溶液的缺点是蚀刻速度慢。而在现有技术中，主要由磷酸、硝酸、醋酸经搅拌混匀过滤制得，上述蚀刻液组合物已广泛应用在半导体基板、玻璃基板等的表面形成配线、电极等的方法。
5.专利cn102181867a中，是对多层膜的湿法蚀刻，即用同一种药液对铝膜和钼膜两种金属膜同时进行蚀刻，由于各不同金属层间的接触会发生电池反应，导致不同差异的蚀刻行为，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 the1994international display research conference),p.424)。即该钼铝蚀刻溶液组合物在蚀刻单一铝金属膜时蚀刻速度慢。蚀刻液蚀刻单纯的铝材料过程中，往往还难以控制蚀刻角度和蚀刻量，影响产品的良率和蚀刻速率。
6.近年来，人们对半导体装置、液晶显示器的需求量不断增加的同时，对于这些装置所具有的配线、电极等的微小化、高性能化的要求也越来越严格，而蚀刻的效果能直接导致电路板制造工艺的好坏，影响高密度细导线图像的精度和质量。若要满足人们对产品小型化、高性能化提出的更高要求，本领域技术人员就有必要对现有的铝蚀刻液的相关技术做出进一步改进。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于提出一种显示器用低张力铝腐蚀液及其制备方法，制备工艺简单，条件温和，与现有铝腐蚀液相比，对金属铝蚀刻速率高，反应稳定，无残留，基本无侧蚀现象，具有广阔的应用前景。
8.本发明的技术方案是这样实现的：
9.本发明提供一种显示器用低张力铝腐蚀液，包括以下原料：磷酸、硝酸、硫酸、乙酸、稳定剂、表面活性剂、水；所述稳定剂的制备方法如下：
10.s1.将海藻酸钠溶于水后，滴加氯化钙溶液，乳化，得到纳米球；
11.s2.将步骤s1制得的纳米球加入乙醇溶液中，加入硅烷偶联剂，加热搅拌反应，得到双键改性纳米球；
12.所述硅烷偶联剂为带有双键的硅烷偶联剂；
13.s3.将步骤s2制得的双键改性纳米球、甲基丙烯酸二甲胺基乙酯和引发剂混合，加热搅拌反应，离心，过滤，洗涤，得到改性纳米球；
14.s4.将步骤s3制得的改性纳米球加入有机溶剂中，加入碱和烷基氯代烃，加热搅拌反应，离心，过滤，洗涤，干燥，得到稳定剂。
15.作为本发明的进一步改进，由以下原料按重量份制备而成：磷酸10-20份、硝酸7-12份、硫酸4-7份、乙酸5-10份、稳定剂3-5份、表面活性剂2-4份、水30-50份。
16.作为本发明的进一步改进，所述表面活性剂选自十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十四烷基硫化钠、十四烷基磺酸钠、十四烷基苯磺酸钠、十六烷基苯磺酸钠、十六烷基磺酸钠、十六烷基硫酸钠、十八烷基磺酸钠、十八烷基苯磺酸钠、十八烷基硫酸钠中的至少一种。
17.作为本发明的进一步改进，所述硫酸为浓度大于98％的浓硫酸。
18.作为本发明的进一步改进，步骤s1中所述氯化钙溶液的浓度为2-4wt％；所述乳化转速为12000-15000r/min，时间为5-10min。
19.作为本发明的进一步改进，步骤s2中所述乙醇溶液的浓度为50-70wt％；所述带有双键的硅烷偶联剂选自kh570、a171、a172、a151中的至少一种；所述纳米球和硅烷偶联剂的质量比为10:2-3；所述加热搅拌反应的温度为70-90℃，时间为30-50min。
20.作为本发明的进一步改进，步骤s3中所述双键改性纳米球、甲基丙烯酸二甲胺基乙酯和引发剂的质量比为20:3-5:0.1-0.2；所述引发剂选自过硫酸钠、过硫酸钾、过硫酸铵中的至少一种；所述加热搅拌反应的温度为40-60℃，时间为1-2h。
21.作为本发明的进一步改进，步骤s4中所述有机溶剂选自二氯甲烷、氯仿、乙酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸丁酯、石油醚、环己烷、正己烷中的至少一种；所述碱选自三乙胺、二乙胺、naoh、koh中的至少一种；所述烷基氯代烃的烷基链的碳原子数为12-18，均为直链烷基链；所述改性纳米球、碱和烷基氯代烃的质量比为20:4-6:5-7；所述加搅拌反应的温度为40-60℃，时间为2-3h。
22.作为本发明的进一步改进，所述稳定剂的制备方法具体如下：
23.s1.将10-30重量份海藻酸钠溶于50重量份水后，滴加2-4wt％氯化钙溶液，12000-15000r/min乳化5-10min，得到纳米球；
24.s2.将10重量份步骤s1制得的纳米球加入50-70wt％乙醇溶液中，加入2-3重量份硅烷偶联剂，加热至70-90℃，搅拌反应30-50min，得到双键改性纳米球；
25.所述硅烷偶联剂为kh570和a151的混合物，质量比为3-5:1；
26.s3.将20重量份步骤s2制得的双键改性纳米球、3-5重量份甲基丙烯酸二甲胺基乙酯和0.1-0.2重量份引发剂混合溶于100重量份水中，加热至40-60℃，搅拌反应1-2h，离心，
过滤，洗涤，得到改性纳米球；
27.s4.将20重量份步骤s3制得的改性纳米球加入100重量份有机溶剂中，加入4-6重量份碱和5-7重量份烷基氯代烃，加热至40-60℃，搅拌反应2-3h，离心，过滤，洗涤，干燥，得到稳定剂；
28.所述烷基氯代烃的烷基链的碳原子数为12-18，均为直链烷基链。
29.本发明进一步保护一种上述显示器用低张力铝腐蚀液的制备方法，包括以下步骤：将磷酸、硝酸、硫酸、乙酸、表面活性剂和水搅拌混合均匀，加入稳定剂，搅拌混合，制得显示器用低张力铝腐蚀液。
30.本发明具有如下有益效果：在本发明中，采用合适比例的磷酸、硝酸、硫酸、乙酸进行混合，能够有效的对铝合金进行刻蚀，有效分解铝表面的钝化层，提高刻蚀效率；
31.另外加入的稳定剂，一方面形成的海藻酸钠球在酸液中会分解形成海藻酸钠凝胶，对酸具有较好的锁定和缓控释效果，从而能够控制刻蚀速率，另外，长链烷基季铵盐的结构具有很好的降低表面张力的效果，与表面活性剂的协同复配，可以改善蚀刻液对金属膜层的润湿和腐蚀均匀性，即改善蚀刻后表面的平整度，减少侧蚀刻量。
32.本发明中制得的显示器用低张力铝腐蚀液的制备工艺简单，条件温和，与现有铝腐蚀液相比，对金属铝蚀刻速率高，反应稳定，无残留，基本无侧蚀现象，具有广阔的应用前景。
具体实施方式
33.下面将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。
34.实施例1
35.原料组成(重量份)：磷酸10份、硝酸7份、98％的浓硫酸4份、乙酸5份、稳定剂3份、十二烷基磺酸钠2份、水30份。
36.所述稳定剂的制备方法具体如下：
37.s1.将10重量份海藻酸钠溶于50重量份水后，滴加2wt％氯化钙溶液，12000r/min乳化5min，得到纳米球；
38.s2.将10重量份步骤s1制得的纳米球加入50wt％乙醇溶液中，加入2重量份硅烷偶联剂，加热至70℃，搅拌反应30min，得到双键改性纳米球；
39.所述硅烷偶联剂为kh570和a151的混合物，质量比为3:1；
40.s3.将20重量份步骤s2制得的双键改性纳米球、3重量份甲基丙烯酸二甲胺基乙酯和0.1重量份过硫酸钾混合溶于100重量份水中，加热至40℃，搅拌反应1h，离心，过滤，洗涤，得到改性纳米球；
41.s4.将20重量份步骤s3制得的改性纳米球加入100重量份二氯甲烷啊中，加入4重量份koh和5重量份烷基氯代烃，加热至40℃，搅拌反应2h，离心，过滤，洗涤，干燥，得到稳定剂；
42.所述烷基氯代烃的烷基链的碳原子数为12，均为直链烷基链。
43.一种显示器用低张力铝腐蚀液的制备方法，包括以下步骤：将磷酸、硝酸、98％的浓硫酸、乙酸、十二烷基磺酸钠和水搅拌混合均匀，加入稳定剂，搅拌混合，制得显示器用低张力铝腐蚀液。
44.实施例2
45.原料组成(重量份)：磷酸20份、硝酸12份、98％的浓硫酸7份、乙酸10份、稳定剂5份、十八烷基硫酸钠4份、水50份。
46.所述稳定剂的制备方法具体如下：
47.s1.将30重量份海藻酸钠溶于50重量份水后，滴加4wt％氯化钙溶液，15000r/min乳化10min，得到纳米球；
48.s2.将10重量份步骤s1制得的纳米球加入70wt％乙醇溶液中，加入3重量份硅烷偶联剂，加热至90℃，搅拌反应50min，得到双键改性纳米球；
49.所述硅烷偶联剂为kh570和a151的混合物，质量比为5:1；
50.s3.将20重量份步骤s2制得的双键改性纳米球、5重量份甲基丙烯酸二甲胺基乙酯和0.2重量份过硫酸钾混合溶于100重量份水中，加热至60℃，搅拌反应2h，离心，过滤，洗涤，得到改性纳米球；
51.s4.将20重量份步骤s3制得的改性纳米球加入100重量份氯仿中，加入6重量份三乙胺和7重量份烷基氯代烃，加热至60℃，搅拌反应3h，离心，过滤，洗涤，干燥，得到稳定剂；
52.所述烷基氯代烃的烷基链的碳原子数为18，均为直链烷基链。
53.一种显示器用低张力铝腐蚀液的制备方法，包括以下步骤：将磷酸、硝酸、98％的浓硫酸、乙酸、十八烷基硫酸钠和水搅拌混合均匀，加入稳定剂，搅拌混合，制得显示器用低张力铝腐蚀液。
54.实施例3
55.原料组成(重量份)：磷酸15份、硝酸10份、98％的浓硫酸5份、乙酸7份、稳定剂4份、十六烷基硫酸钠3份、水40份。
56.所述稳定剂的制备方法具体如下：
57.s1.将20重量份海藻酸钠溶于50重量份水后，滴加3wt％氯化钙溶液，13500r/min乳化7min，得到纳米球；
58.s2.将10重量份步骤s1制得的纳米球加入60wt％乙醇溶液中，加入2.5重量份硅烷偶联剂，加热至80℃，搅拌反应40min，得到双键改性纳米球；
59.所述硅烷偶联剂为kh570和a151的混合物，质量比为4:1；
60.s3.将20重量份步骤s2制得的双键改性纳米球、4重量份甲基丙烯酸二甲胺基乙酯和0.15重量份过硫酸钠混合溶于100重量份水中，加热至50℃，搅拌反应1.5h，离心，过滤，洗涤，得到改性纳米球；
61.s4.将20重量份步骤s3制得的改性纳米球加入100重量份乙酸乙酯中，加入5重量份naoh和6重量份烷基氯代烃，加热至50℃，搅拌反应2.5h，离心，过滤，洗涤，干燥，得到稳定剂；
62.所述烷基氯代烃的烷基链的碳原子数为16，均为直链烷基链。
63.一种显示器用低张力铝腐蚀液的制备方法，包括以下步骤：将磷酸、硝酸、98％的浓硫酸、乙酸、十六烷基硫酸钠和水搅拌混合均匀，加入稳定剂，搅拌混合，制得显示器用低
张力铝腐蚀液。
64.实施例4
65.与实施例3相比，不同之处在于，硅烷偶联剂为单一的kh570。
66.实施例5
67.与实施例3相比，不同之处在于，硅烷偶联剂为单一的a151。
68.对比例1
69.与实施例3相比，不同之处在于，稳定剂的制备过程中未进行步骤s2。
70.原料组成(重量份)：磷酸15份、硝酸10份、98％的浓硫酸5份、乙酸7份、稳定剂4份、十六烷基硫酸钠3份、水40份。
71.所述稳定剂的制备方法具体如下：
72.s1.将20重量份海藻酸钠溶于50重量份水后，滴加3wt％氯化钙溶液，13500r/min乳化7min，得到纳米球；
73.s2.将20重量份步骤s1制得的纳米球、4重量份甲基丙烯酸二甲胺基乙酯和0.15重量份过硫酸钠混合溶于100重量份水中，加热至50℃，搅拌反应1.5h，离心，过滤，洗涤，得到改性纳米球；
74.s3.将20重量份步骤s2制得的改性纳米球加入100重量份乙酸乙酯中，加入5重量份naoh和6重量份烷基氯代烃，加热至50℃，搅拌反应2.5h，离心，过滤，洗涤，干燥，得到稳定剂；
75.所述烷基氯代烃的烷基链的碳原子数为16，均为直链烷基链。
76.一种显示器用低张力铝腐蚀液的制备方法，包括以下步骤：将磷酸、硝酸、98％的浓硫酸、乙酸、十六烷基硫酸钠和水搅拌混合均匀，加入稳定剂，搅拌混合，制得显示器用低张力铝腐蚀液。
77.对比例2
78.与实施例3相比，不同之处在于，稳定剂的制备过程中未进行步骤s3、s4。
79.原料组成(重量份)：磷酸15份、硝酸10份、98％的浓硫酸5份、乙酸7份、稳定剂4份、十六烷基硫酸钠3份、水40份。
80.所述稳定剂的制备方法具体如下：
81.s1.将20重量份海藻酸钠溶于50重量份水后，滴加3wt％氯化钙溶液，13500r/min乳化7min，得到纳米球；
82.s2.将10重量份步骤s1制得的纳米球加入60wt％乙醇溶液中，加入2.5重量份硅烷偶联剂，加热至80℃，搅拌反应40min，得到双键改性纳米球；
83.所述硅烷偶联剂为kh570和a151的混合物，质量比为4:1。
84.一种显示器用低张力铝腐蚀液的制备方法，包括以下步骤：将磷酸、硝酸、98％的浓硫酸、乙酸、十六烷基硫酸钠和水搅拌混合均匀，加入稳定剂，搅拌混合，制得显示器用低张力铝腐蚀液。
85.对比例3
86.与实施例3相比，不同之处在于，稳定剂的制备过程中未进行步骤s4。
87.原料组成(重量份)：磷酸15份、硝酸10份、98％的浓硫酸5份、乙酸7份、稳定剂4份、十六烷基硫酸钠3份、水40份。
88.所述稳定剂的制备方法具体如下：
89.s1.将20重量份海藻酸钠溶于50重量份水后，滴加3wt％氯化钙溶液，13500r/min乳化7min，得到纳米球；
90.s2.将10重量份步骤s1制得的纳米球加入60wt％乙醇溶液中，加入2.5重量份硅烷偶联剂，加热至80℃，搅拌反应40min，得到双键改性纳米球；
91.所述硅烷偶联剂为kh570和a151的混合物，质量比为4:1；
92.s3.将20重量份步骤s2制得的双键改性纳米球、4重量份甲基丙烯酸二甲胺基乙酯和0.15重量份过硫酸钠混合溶于100重量份水中，加热至50℃，搅拌反应1.5h，离心，过滤，洗涤，得到改性纳米球。
93.一种显示器用低张力铝腐蚀液的制备方法，包括以下步骤：将磷酸、硝酸、98％的浓硫酸、乙酸、十六烷基硫酸钠和水搅拌混合均匀，加入稳定剂，搅拌混合，制得显示器用低张力铝腐蚀液。
94.测试例1
95.将本发明实施例1-5和对比例1-3制得的显示器用低张力铝腐蚀液进行性能测试，结果见表1。
96.发泡高度：将20ml待测液放入100ml的量杯中，将其固定于ts型振动器中，振动两分钟。振动停止后，30秒后和5分钟后分别测量泡高度，以对发泡性进行评价。
97.蚀刻速率：将形成阻隔层的基板放在膜厚为的无定形的铝膜上，与40℃浸渍于蚀刻液中1分钟，而后水洗、干燥后剥离阻隔成，用触针式膜厚计测量蚀刻量。
98.蚀刻后的残渣：
99.(1)将形成的铝膜的基板放在玻璃基板上，用通过蚀刻速率计算出的蚀刻时间的1.8倍的时间进行蚀刻，而后通过电子显微镜对其进行观察，对蚀刻后的残渣进行评价。
100.(2)将形成索膜，进而形成铝膜的基板放在玻璃板上，用通过蚀刻速度计算出的蚀刻时间的1.8倍的时间进行蚀刻，而后通过电子显微镜对其进行观察，对蚀刻后的残渣进行评价。
101.表1
[0102][0103]
由上表可知，本发明实施例1-3制得的显示器用低张力铝腐蚀液蚀刻速度快，蚀刻无残渣，不易发泡。
[0104]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。