[发明专利]一种光蚀刻显影液的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用于集成电路（IC）及薄膜晶体管液晶显示器（TFT-LCD）中的窄线宽光刻胶显影工艺的显影液的制备方法，该显影液可用于紫外正性光刻胶和化学增幅型光刻胶等场合。

背景技术

利用光刻胶涂布，光罩掩膜然后显影蚀刻得到所需图案的光刻胶蚀刻技术，广泛用于集成电路，TFT-LCD等微电子制造领域。目前应用最为广泛的是以四甲基氢氧化铵（TMAH）为主的有机碱显影液，以克服无机碱引入金属离子造成短路的问题。以常见的紫外正性光刻胶的显影为例，其显影的机理是：光罩上通过紫外光的图案区域的光刻胶感光剂部分生成了茚酸，同时破坏了Novolak型酚醛树脂同感光剂之间主要以氢键和叠氮耦合作用为主的桥联作用，从而促使光刻胶溶解在碱液中。化学增幅法光刻胶则是通过光致产酸剂催化聚合物链悬挂官能团在曝光光源照射的情况下发生- O-C-O键断裂，产生更多的酸性基团，从而使原先不溶于碱液的聚合物链溶解在碱液中来达到显示图案的目的。这种酸催化效应使得光刻胶光敏度大幅增强，所用碱液的浓度降低，而对显影液蚀刻速度及蚀刻形状的要求更加严苛。

通过电解四甲基铵盐生产TMAH工艺的工业化成功使得有机碱具备大规模应用的条件。电子级TMAH具有价格便宜，金属离子含量低，可应用于多种新型的正性或负性光阻显影的场合，且效果可靠的优点。TMAH的产量及用量在最近几年都超过6万吨，主要应用于TFT-LCD产业。

然而单一TMAH组分的显影液的显影速率易受空气中二氧化碳的影响，初期显影速率较快，因生成碳酸盐而使显影液的显影效果发生变化。需要应用昂贵的NF分子截留膜去除TMAH碳酸盐和补加TMAH的办法以克服生成碳酸盐导致的显影性能劣化的影响。同时，对TFT-LCD工艺中应用广泛的Array 紫外正性光刻胶场合，TMAH对非曝光区的光阻有显著的溶解能力。在大部分TMAH显影液的使用场合，TMAH显影液的使用浓度为0.26N（2.38%），以确保足够快速的显影速率及产线生产效率。这个浓度会对非曝光区的光阻的有显著地溶胀溶解能力。理论上说，从允许的最大光阻溶解（<10%)来说TMAH的使用浓度应小于1%，远低于通常应用的2.38%浓度值。 随着TFT-LCD对分辨率清晰度要求的进一步提高，Array阵列的线宽越来越小，TMAH对非曝光区光阻的溶胀溶解会导致断线等问题。因而，单一TMAH溶液不太适合应用于对线宽进一步细化要求的领域。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种光蚀刻显影液及其制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种光蚀刻显影液的制备方法，包括下列步骤： 

（1）精制混合：将三甲胺和三乙胺分别精馏精制后用甲醇吸收，加入反应釜，碳酸二甲酯经精馏精制后加入反应釜；三乙胺和三甲胺的摩尔比为0.10-0.50:1；三甲胺和碳酸二甲酯的摩尔比为0.7-1.4:1；

（2）合成：反应釜中通入氮气置换空气，控制反应系统压力在1.2MPa-3MPa，反应温度在110-130摄氏度，保持反应时间在4-8小时；反应后送至蒸发器减压回收甲醇溶剂及未反应的三甲胺和碳酸二甲酯，得到四甲基铵碳酸单甲酯和三乙基单甲基铵碳酸单甲酯混合物中间体；

（3）水解：从蒸发器中出来的四甲基铵碳酸单甲酯和三乙基单甲基铵碳酸单甲酯混合物中间体加过量高纯水进行水解，温度控制在68-72℃，水解时间控制在1小时，得到四甲基碳酸氢铵和三乙基单甲基碳酸氢铵的混合物水溶液；水解过程中部分水和甲醇蒸出，冷凝后回收反应副产物甲醇；

（4）精制：将水解生成的四甲基碳酸氢铵和三乙基单甲基碳酸氢铵的混合物水溶液经汽提塔进行精制，并送入离子交换树脂塔进一步去除金属离子；

（5）电解：将纯化的四甲基碳酸氢铵和三乙基单甲基碳酸氢铵的混合物导入阳离子选择性透过膜隔离的电解槽阳极室，控制阳极液位和循环量，在阴极液中注入高纯水或低浓度TMAH，并通电电解；在阳极室中分离稀四甲基碳酸氢铵和三乙基单甲基碳酸氢铵盐进入阳极液循环槽，分离电解产生气体；在阴极液得到TMAH和三乙基单甲基氢氧化铵混合铵产品；浓度范围保持在20-40%，所有金属离子浓度小于100ppb；

（6）稀释：稀释成质量浓度为0.5-25%的光蚀刻显影液。