CN101359189A

CN101359189A - 正性光敏聚酰亚胺光刻胶用显影液

Info

Publication number: CN101359189A
Application number: CNA2008100460813A
Authority: CN
Inventors: 蒋亚东; 唐先忠; 王涛; 王军
Original assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Current assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Priority date: 2008-09-17
Filing date: 2008-09-17
Publication date: 2009-02-04
Anticipated expiration: 2028-09-17
Also published as: CN101359189B

Abstract

正性光敏聚酰亚胺光刻胶用显影液，属于材料技术领域，涉及光刻工艺，尤其是光刻工艺中的显影技术。本发明提供的正性光敏聚酰亚胺光刻胶用显影液包括5.0～40.0wt％的强碱性化合物、0.5～5.0wt％的水溶性酰胺类化合物、0.01～3.0wt％的非离子表面活性剂、1.0～5.0wt％的水溶性醇或醇醚类化合物和剩余量的水。本发明采用高浓度强碱与水溶性酰胺复配，正性光敏聚酰亚胺光刻胶的曝光区域与非曝光区域在其中的溶解性反差巨大，光刻图形线条敏锐、图像清晰显影时曝光区域不会留下任何残留物。添加非离子表面活性剂和水溶性醇或醇醚类化合物后，显影液的渗透性和分散稳定性更高。

Description

正性光敏聚酰亚胺光刻胶用显影液

技术领域

正性光敏聚酰亚胺光刻胶用显影液，属于材料技术领域，涉及光刻工艺，尤其是光刻工艺中的显影技术。

背景技术

在半导体、光电子以及微电子等器件工艺中，人们常首先将含有光敏树脂的溶液或溶胶涂覆在基片上，然后再掩模板下用一定波长的光照射涂膜，最后用适当的溶剂或溶液将光照部分或未受光照部分溶解除去从而获得图形。这三个步骤分别称为涂胶、曝光和显影，整个过程称为光刻或图形化。显影时使用的溶剂或溶液称为显影液，涂胶时使用的含有光敏树脂的溶液或溶胶称为光刻胶。依据显影时溶解除去的是光照部分还是未受光照部分，光刻胶分别称为正性胶和负性胶。正性胶因分辨率更高、可用水溶液显影而更能满足高速发展的微加工技术和环保要求，受到更广泛的重视，发展也更迅速。

传统的器件工艺中，图形化聚合物涂膜在相关后续工序完成后是要全部去除的，因此对光敏树脂的热性能和电性能没有特殊要求。但随着微加工技术的迅速发展，人们提出了减少工序，从而提高精度、降低成本的无需去除图形化聚合物涂膜的新工艺，这就对光敏树脂提出了高耐热、高绝缘、低介电常数等特别要求，传统的热塑性酚醛树脂、丙烯酸树脂、马来酸树脂和环氧树脂等类型的正性光刻胶已不能满足这种要求，正性光敏聚酰亚胺光刻胶在此情形下应运而生。

欲得到精细、清晰的光刻图形，光刻胶的性能和质量具有至关重要的作用，与之对应的显影液也具有重要作用。理想的正性光刻胶用显影液应该是能够快速完全溶解曝光部分而几乎不溶解未曝光部分的溶剂或溶液。传统的正性胶用显影液都是针对热塑性酚醛树脂、丙烯酸树脂、马来酸树脂和环氧树脂等类型的正性光刻胶提出的(见中国专利02156178.8、02827572.1、02827571.3、200510006257.9、200510052183.2、200480025098.0；日本专利特开平5-88377、特开平6-109916、特开平10-213908、特开平10-26826、特开平10-161304、特开平10-90881、特开2003-337409、特开2004-102062)，将这些显影液用于正性光敏聚酰亚胺光刻胶时，普遍存在曝光部分不能完全溶解，从而出现残留物的缺陷，这些残留物使得图形模糊甚至进一步影响器件的电性能。现有文献分别提出了采用两种表面活性剂复配、采用特种表面活性剂、采用高浓度表面活性剂、加入有机溶剂和采用环氧乙烷环氧丙烷嵌段共聚物表面活性剂等许多改进措施(中国专利200510098603.0、200510101307.1、200610138251.1、200680021234.8；日本专利特开平6-308316、特开平7-120935、特开平9-34128)，这些措施对于传统的热塑性酚醛树脂、丙烯酸树脂、马来酸树脂和环氧树脂等类型的正性光刻胶确实具有显著的效果，但对于正性光敏聚酰亚胺光刻胶并没有明显的改进效果。究其原因，主要在于聚酰亚胺或其前驱体树脂与热塑性酚醛树脂、丙烯酸树脂、马来酸树脂和环氧树脂等具有完全不同的溶解性能。

发明内容

本发明目的是提供一种能够快速完全溶解曝光部分而几乎不溶解未曝光部分，使得光刻图形线条敏锐、图像清晰的正性光敏聚酰亚胺光刻胶用显影液。

在研究聚酰亚胺及其前驱体的溶解性时发现，含邻重氮萘醌光敏基团的聚酰亚胺及其前驱体在低浓度碱性水溶液中是不溶性的，而含邻重氮萘醌曝光后形成的茚酸基团的聚酰亚胺及其前驱体在高浓度碱性水溶液中有一定溶解性；同时还发现，在高浓度碱性水溶液中若同时存在少量水溶性酰胺类有机化合物，则其溶解度剧增。

基于上述两点发现，本发明技术方案可以描述为：

本发明提供的正性光敏聚酰亚胺光刻胶用显影液，其组分包括5.0～40.0wt％的强碱性化合物、0.5～5.0wt％的水溶性酰胺类化合物和剩余量的水。为了保证本发明所述的正性光敏聚酰亚胺光刻胶用显影液的渗透性和分散稳定性，还可以添加0.01～3.0wt％的非离子表面活性剂和1.0～5.0wt％的水溶性醇或醇醚类化合物。

所述强碱性化合物是碱金属氢氧化物、碱土金属氢氧化物、氢氧化季胺化合物或它们的组合物；优选氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化四甲铵(TMAH)或它们的组合物；最优选氢氧化钠、氢氧化钾或它们的组合物。

所述强碱性化合物的优选含量为10.0～30.0wt％，最优选含量为15.0～25.0wt％。

所述水溶性酰胺类化合物是甲酰胺、乙酰胺(ACA)、丙酰胺(PRA)、丁酰胺、异丁酰胺、N，N-二甲基甲酰胺(DMF)、N，N-二乙基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺(DMAC)、N，N-二乙基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、N-乙基吡咯烷酮或它们的组合物；优选甲酰胺、乙酰胺、丙酰胺、丁酰胺、异丁酰胺或它们的组合物；最优选乙酰胺、丙酰胺或它们的组合物。

所述水溶性酰胺类化合物的优选含量为1.0～4.0wt％，最优选含量为1.5～3.0wt％。

所述非离子表面活性剂没有特殊结构要求，众所周知的各类非离子表面活性剂均能实现本发明的目的。所述非离子表面活性剂优选具有下述结构式的烷基酚聚氧乙烯醚类聚合物中的至少一种：

式中R₁选自H⁺、碳原子数1～12的烷基、芳基、芳烷基或卤素基，R₂选自H⁺、碳原子数1～12的烷基或芳基，n为6～25的整数。所述非离子表面活性剂最优选壬基酚聚氧乙烯醚NP-10、NP-16和辛基酚聚氧乙烯醚OP-10或它们的组合物。

所述非离子表面活性剂的优选含量为0.05～1.0wt％，最优选含量为0.1～0.5wt％。

所述水溶性醇或醇醚类化合物是甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、异丁醇、仲丁醇、叔丁醇、乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、二乙二醇单甲醚、二乙二醇单乙醚或它们的组合物，优选甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、异丁醇、仲丁醇、叔丁醇或它们的组合物，最优选乙醇、丙醇、异丙醇或它们的组合物。

所述水溶性醇或醇醚类化合物的优选含量为1.5～4.0wt％，最优选含量为2.0～3.0wt％。

本发明提供的正性光敏聚酰亚胺光刻胶用显影液，采用高浓度强碱与水溶性酰胺复配，正性光敏聚酰亚胺光刻胶的曝光区域与非曝光区域在其中的溶解性反差巨大，曝光部分能够快速完全溶解而未曝光部分几乎不溶解，因此，显影时曝光区域不会留下任何残留物。本发明提供的正性光敏聚酰亚胺光刻胶用显影液室温下静置180天未见混浊、分层现象，表现出极佳的分散稳定性；振荡泡沫高度仅0.2cm，具有极好的消泡性。

将正性光敏聚酰亚胺光刻胶以旋转涂膜法制膜(膜厚无特别限制，以0.5～10μm效果更佳)、105℃预烘120s、紫外光曝光，然后用本发明提供的正性光敏聚酰亚胺光刻胶用显影液以喷淋方式显影90s、纯水冲洗、热风吹干并在350℃亚胺化1～2小时，即可得到光刻图形。所得图形线条敏锐、图像清晰，1000倍显微镜下观察无任何残留物。

具体实施方式

以下实施例是对本发明所述的正性光敏聚酰亚胺光刻胶用显影液的进一步说明，而不是限制本发明的范围。

实施例1：

于250ml洁净烧杯中称取去离子水74.0g，搅拌下缓慢加入氢氧化钠20.0g，搅拌溶解并冷至室温；搅拌下依次加入乙酰胺3.0g、壬基酚聚氧乙烯醚(NP-10)0.5g、无水乙醇2.5g，搅拌均匀即得本发明所述显影液，显影效果如表1所示。

实施例2～6：

基本步骤同实施例1，区别在于组成及含量不同。具体组成、含量及显影效果如表1所示。

比较例1～3：

比较例用于说明现有技术中的显影液。基本步骤同实施例1，区别在于组成及含量不同。具体组成、含量及显影效果如表1所示。

显影效果的评价将显影后得到的光刻图形于1000倍显微镜下观察曝光区域有无残留物，按以下标准评价：

○：无残留物；△：少量残留物；●：大量残留物。

表1 显影液组成及显影效果

Claims

1、正性光敏聚酰亚胺光刻胶用显影液，其组分包括5.0～40.0wt％的强碱性化合物、0.5～5.0wt％的水溶性酰胺类化合物、0.01～3.0wt％的非离子表面活性剂、1.0～5.0wt％的水溶性醇或醇醚类化合物和剩余量的水。

2、根据权利要求1所述的正性光敏聚酰亚胺光刻胶用显影液，其特征是，所述强碱性化合物是碱金属氢氧化物、碱土金属氢氧化物、氢氧化季胺化合物或它们的组合物，优选氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化四甲铵(TMAH)或它们的组合物，最优选氢氧化钠、氢氧化钾或它们的组合物。

3、根据权利要求1所述的正性光敏聚酰亚胺光刻胶用显影液，其特征是，所述强碱性化合物的优选含量为10.0～30.0wt％，最优选含量为15.0～25.0wt％。

4、根据权利要求1所述的正性光敏聚酰亚胺光刻胶用显影液，其特征是，所述水溶性酰胺类化合物是甲酰胺、乙酰胺、丙酰胺、丁酰胺、异丁酰胺、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二乙基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、N，N-二乙基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、N-乙基吡咯烷酮或它们的组合物，优选甲酰胺、乙酰胺、丙酰胺、丁酰胺、异丁酰胺或它们的组合物，最优选乙酰胺、丙酰胺或它们的组合物。

5、根据权利要求1所述的正性光敏聚酰亚胺光刻胶用显影液，其特征是，所述水溶性酰胺类化合物的优选含量为1.0～4.0wt％，最优选含量为1.5～3.0wt％。

6、根据权利要求1所述的正性光敏聚酰亚胺光刻胶用显影液，其特征是，所述非离子表面活性剂包括各类非离子表面活性剂；优选具有下述结构式的烷基酚聚氧乙烯醚类聚合物中的至少一种：

式中R₁选自H⁺、碳原子数1～12的烷基、芳基、芳烷基或卤素基，R₂选自H⁺、碳原子数1～12的烷基或芳基，n为6～25的整数；最优选壬基酚聚氧乙烯醚NP-10、NP-16和辛基酚聚氧乙烯醚OP-10或它们的组合物。

7、根据权利要求1所述的正性光敏聚酰亚胺光刻胶用显影液，其特征是，所述非离子表面活性剂的，优选含量为0.05～1.0wt％，最优选含量为0.1～0.5wt％。

8、根据权利要求1所述的正性光敏聚酰亚胺光刻胶用显影液，其特征是，所述水溶性醇或醇醚类化合物是甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、异丁醇、仲丁醇、叔丁醇、乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、二乙二醇单甲醚、二乙二醇单乙醚或它们的组合物，优选甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、异丁醇、仲丁醇、叔丁醇或它们的组合物，最优选乙醇、丙醇、异丙醇或它们的组合物。

9、根据权利要求1所述的正性光敏聚酰亚胺光刻胶用显影液，其特征是，所述水溶性醇或醇醚类化合物的优选含量为1.5～4.0wt％，最优选含量为2.0～3.0wt％。