专利名称：提高图案化性能的光阻剂的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光阻剂。
背景技术：
通常，液晶显示(LCD)装置包括两个玻璃面板和液晶(LC)层，其中，这两个面板包括场发生电极，例如包括像素电极和公共电极；液晶层置于这两个面板之间。LCD装置通过对场发生电极施加电压以在LC层内产生电场来显示图像，其中，电场确定LC层内LC分子的取向。
开关装置例如薄膜晶体管通常用在面板中，以将电信号传输到像素电极。薄膜晶体管的制造包括光阻剂层的形成、曝光和显影。为了提高薄膜晶体管的图案化分辨率，必需提高光阻剂层的显影对比度。所述术语“显影对比度”是指曝光部分中损失的量与未曝光部分中损失的量的比例。
为了提高光阻剂层的感光度，通常使用易于溶解在显影溶液中的树脂。当使用高溶解度树脂时，树脂的未曝光部分的溶解度也提高。因而，残留层比例随着光阻剂层感光度的提高而减少。
因此，需要这样一种光阻剂，它具有优良的感光度而不会劣化残留层比例和分辨率。
发明内容
根据本发明的实施例，一种光阻剂包含碱溶性树脂、光敏剂和溶剂。碱溶性树脂包含由间甲酚合成的第一类酚醛清漆树脂(novolak resin)，第一类酚醛清漆树脂的平均分子量为大约8000至25000并且其多分散指数为4或更小。第一类酚醛清漆树脂在碱溶性树脂中的含量为大约5wt.％至30wt.％。
光阻剂还可包含由间甲酚和对甲酚的混合物合成的第二类酚醛清漆树脂。第二类酚醛清漆树脂的平均分子量为大约2000至6000，并且间甲酚与对甲酚的重量比为4∶6。第二类酚醛清漆树脂在碱溶性树脂中的含量为大约70wt.％至95wt.％。
光敏剂包含二叠氮基化合物，例如包含2，3，4，4′-四羟基苯甲酮-1，2-二叠氮化萘醌-5-磺酸酯。碱溶性树脂在光阻剂中的含量为大约5wt.％至45wt.％，光敏剂在光阻剂中的含量为大约1wt.％至20wt.％。
图1是示出根据本发明实施例的酚醛清漆树脂的多分散指数的曲线图。
具体实施例方式
现在将参照附图来更充分地描述本发明，附图中示出了本发明的具体实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式来实施，并且本发明不应被解释为局限于这里阐述的实施例。
根据本发明实施例的光阻剂包含具有第一类酚醛清漆树脂的碱溶性树脂，其中，由下面分子式1的间甲酚合成第一类酚醛清漆树脂。
分子式1 通常，酚醛清漆树脂是指由苯酚单体与醛在酸性催化剂的作用下的缩聚反应而生成的聚合物。
在该实施例中，分子式1的间甲酚用作苯酚单体。醛的例子包括甲醛、对甲醛、苯甲醛、硝基苯甲醛、乙醛等。这些物质中的每一个或其混合物均可用作缩聚反应的醛。酸性催化剂的例子包括盐酸、硝酸、硫酸、甲酸、草酸等。
对于第一类酚醛清漆树脂的合成，使用了50wt.％的醛、0.5wt.％的酸性催化剂，其余的为苯酚单体。
第一类酚醛清漆树脂的平均分子量为至少大约8000。根据本发明的实施例，第一类酚醛清漆树脂的平均分子量为大约8000至25000。通常，高分子量酚醛清漆树脂的使用提高了光阻剂图案化的分辨率。当酚醛清漆树脂的分子量增加时，光阻剂在显影溶液中的溶解比例趋于降低。
由具有合适的多分散指数的间甲酚合成的第一类酚醛清漆树脂的使用在保持残留层比例和分辨率的同时，可提高感光度。因为间甲酚在显影溶液中溶解得较快，所以具有由间甲酚合成的酚醛清漆树脂的光阻剂提高了光阻剂图案化的感光度。
根据本发明实施例的酚醛清漆树脂的多分散指数为大约4或更小。多分散指数是指聚合物的重均分子量除以数均分子量。
图1是示出根据本发明第一类酚醛清漆树脂的多分散指数的曲线图。第一类酚醛清漆树脂是由间甲酚合成的，并且第一类酚醛清漆树脂的平均分子量为大约9400。参照图1，低分子量组份在原子单位(AU)为123和315处具有峰值。中低分子量组份在AU为637和794处具有峰值。高分子量组份在AU为1676、4499和14732处具有峰值。因为根据本发明的酚醛清漆树脂的分子量可易于控制在各分子量组，所以与传统的酚醛清漆树脂相比，可易于控制第一类酚醛清漆树脂的溶解性。因此，在保持残留层比例的同时，可得到期望的感光度。
当光阻剂包含小于大约5wt.％的酚醛清漆树脂时，感光度降低。当光阻剂包含大于大约30wt.％的酚醛清漆树脂时，感光度提高，并且残留层比例急剧减少。因而，光阻剂包含相对于碱溶性树脂的总量大约5wt.％至30wt.％的第一类酚醛清漆树脂。
碱溶性树脂还包含第二类酚醛清漆树脂。第二类酚醛清漆树脂包含重量比为4∶6的间甲酚和对甲酚的混合物。第二类酚醛清漆树脂的重均分子量为大约2000至6000。根据本发明实施例的光阻剂包含相对于碱溶性树脂的总量大约70wt.％至95wt.％的第二类酚醛清漆树脂。
光阻剂包含相对于光阻剂的总量大约5wt.％至45wt.％的碱溶性树脂。当光阻剂包含小于5wt.％的碱溶性树脂时，光阻剂的粘度降低，从而不会得到具有期望厚度的图案。当光阻剂包含大于45wt.％的碱溶性树脂时，光阻剂的粘度升高，从而不会得到均匀的层。
光阻剂包含相对于光阻剂的总量大约1wt.％至20wt.％的光敏剂。在一个实施例中，可使用二叠氮基化合物。二叠氮基化合物的例子包括2，3，4，4′-四羟基苯甲酮-1，2-二叠氮化萘醌-5-磺酸酯、2，3，4-三羟基苯甲酮-1，2-二叠氮化萘醌-5-磺酸酯等。这些物质可单独地使用或作为混合物来使用。当光敏剂的量小于大约1wt.％时，光阻剂的感光度变低。当光敏剂的量大于大约20wt.％时，光阻剂的感光度变得太高。
光阻剂还可包含其它添加剂，例如包含增塑剂、稳定剂或表面活性剂。碱溶性树脂、光敏剂和添加剂溶于溶剂中。溶剂的例子包括乙酸乙酯、乙酸丁酯、二甘醇甲醚、二甘醇二甲基乙醚、甲基甲氧基丙酸酯、乙基乙氧基丙酸酯、乳酸乙酯、丙二醇甲醚乙酸酯、丙二醇甲醚、丙二醇丙醚、乙酸甲基溶纤剂、二甘醇甲基乙酸酯、二甘醇乙基乙酸酯、丙酮、甲基异丁基甲酮、环己酮、二甲基甲酰胺(DMF)、N，N-二甲基乙酰胺(DMAC)、N-甲基-2-吡咯烷酮、γ-丁内脂、二乙醚、乙二醇二甲醚、二甘醇二甲醚、tetrahydropurane、甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、甲基溶纤剂、乙基溶纤剂、二甘醇甲醚、二甘醇乙醚、二丙二醇甲醚、甲苯、二甲苯、己烷、庚烷、辛烷等。根据本发明的实施例，光阻剂包括大约50wt.％至95wt.％的溶剂。
在下列例子中，使用根据本发明的光阻剂来评定感光度、残留层比例和分辨率。
例子例子1光阻剂的制备通过缩合反应使50wt.％的甲醛、0.5wt.％的草酸和49.5wt.％的间甲酚聚合，来制备分子量为9375的第一类酚醛清漆树脂。由按重量计为40份的间甲酚和按重量计为60份的对甲酚来合成分子量为4896的第二类酚醛清漆树脂。按重量计为10份的第一类酚醛清漆树脂和按重量计为90份的第二类酚醛清漆树脂，与按重量计为30份的2，3，4，4′-四羟基苯甲酮-1，2-二叠氮化萘醌-5-磺酸酯混合来制备固体含量为30％的混合物。将该混合物溶解在丙二醇一甲醚乙酸酯中，并通过0.2μm的过滤器过滤该混合物来制备光阻剂。
光刻工艺在玻璃基底上顺序地形成铝层和钼层。通过旋涂工艺在这些层上涂敷上面制备的光阻剂来形成光阻剂层。将光阻剂层在大约90℃的温度下预焙大约90秒。分别将强度为12mW/cm2、45mW/cm2和28mW/cm2波长为365nm、405nm、436nm的紫外线在基底上辐射5秒。使用2.38wt.％的四甲基氢氧化铵水溶液使曝光的光阻剂在25℃下显影1分钟。使用纯水清洗显影的光阻剂1分钟。
例子2
除了使用包含按重量计为20份的第一类酚醛清漆树脂和按重量计为80份的第二类酚醛清漆树脂的光阻剂之外，例子2与例子1相同。第一类酚醛清漆树脂的分子量为9375，并由间甲酚合成。第二类酚醛清漆树脂的分子量为4896，并由按重量计为40份的间甲酚和按重量计为60份的对甲酚来合成。
例子3除了第一类酚醛清漆树脂的分子量为15457之外，例子3与例子1相同。
例子4除了第一类酚醛清漆树脂的分子量为15457之外，例子4与例子2相同。
对比例子除了使用包含按重量计为100份的酚醛清漆树脂的光阻剂之外，对比例子与例子1相同。酚醛清漆树脂的分子量为4896，并由按重量计为40份的间甲酚和按重量计为60份的对甲酚来合成。
实验评定了例子1、例子2、例子3和例子4以及对比例子中得到的光阻剂的感光度和分辨率。在使用感光掩模的显影工艺之后，利用γ值来测量感光度。通过使用扫描电子显微镜(SEM)测量图案的最小尺寸来确定分辨率。表1中示出了结果。
表1
1)γ＝1/(logE2-LogE1)，其中，logE1是指残留层比例是100％时的曝光量，logE2是指残留层比例是0％时的曝光量。
如表1中所示，例子1至例子4的光阻剂表现出良好的感光度，而分辨率和残留层比例与对比例子的分辨率和残留层比例相似。例子1至例子4中各自的第一类酚醛清漆树脂的分子量至少为8000，多分散指数至多为4。由间甲酚合成的第一类酚醛清漆树脂的溶解比例高于重均分子量为2000至6000的第二类酚醛清漆树脂的溶解比例。因此，例子1至例子4的光阻剂的感光度优于对比例的光阻剂的感光度。
在例子1和例子3中，第一类酚醛清漆树脂在光阻剂中的含量相同。例子1的光阻剂的感光度优于例子3的光阻剂的感光度。例子3的光阻剂的分辨率优于例子1的光阻剂的分辨率。随着第一类酚醛清漆树脂的分子量增大，光阻剂在碱性水溶液中的溶解比例降低。因而，γ值增加，并且分辨率提高。
例子1和例子2中使用的第一类酚醛清漆树脂具有相同的分子量，而在光阻剂中的含量彼此不同。因为在显影溶液中具有高溶解比例的第一类酚醛清漆树脂的含量较低，所以例子1的光阻剂的感光度好于例子2的光阻剂的感光度。因为具有低溶解比例的第一类酚醛清漆树脂的含量较高，所以例子2的光阻剂的分辨率好于例子1的光阻剂的分辨率。同样，例子3和例子4中使用的第一类酚醛清漆树脂的分子量相同，而在光阻剂中的含量彼此不同。因为在显影溶液中具有高溶解比例的第一类酚醛清漆树脂的含量较低，所以例子3的光阻剂的感光度好于例子4的光阻剂的感光度。因为具有低溶解比例的第一类酚醛清漆树脂的含量较高，所以例子4的光阻剂的分辨率好于例子3的光阻剂的分辨率。
当由间甲酚合成的第一类酚醛清漆树脂的含量增加时，光阻剂的分子量增大。因而，光阻剂在碱性显影溶液中的溶解比例降低，并且分辨率提高。
第一类酚醛清漆树脂的分子量高于第二类酚醛清漆树脂的分子量。具有第一类酚醛清漆树脂的光阻剂的感光度优于具有第二类酚醛清漆树脂的光阻剂的感光度。这是因为具有高溶解比例的间甲酚在第一类酚醛清漆树脂中的总含量高于在第二类酚醛清漆树脂中的总含量。此外，因为第一类酚醛清漆树脂的分子量大，所以树脂的总分子量增大，因而在保持分辨率和残留层比例的同时提高了感光度。此外，在各位置中形成了具有低分子量、中分子量和高分子量的材料，并减少了未反应材料的量。因而，溶解在显影溶液中的量减少，并提高了感光度。
虽然已经参照优选实施例详细地描述了本发明，但是本领域的技术人员要明白，在不脱离由权利要求阐述的本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明进行各种修改和替代。
权利要求
1.一种光阻剂，包含碱溶性树脂、光敏剂和溶剂，其中，所述碱溶性树脂包含由间甲酚合成的第一类酚醛清漆树脂，所述第一类酚醛清漆树脂的平均分子量为大约8000至25000。
2.如权利要求1所述的光阻剂，其中，所述第一类酚醛清漆树脂的多分散指数小于或等于4。
3.如权利要求1所述的光阻剂，其中，所述第一类酚醛清漆树脂在所述碱溶性树脂中的含量为大约5wt.％至30wt.％。
4.如权利要求1所述的光阻剂，还包含由间甲酚和对甲酚合成的第二类酚醛清漆树脂，所述第二类酚醛清漆树脂的平均分子量为大约2000至6000，其中，间甲酚与对甲酚的重量比为4∶6。
5.如权利要求4所述的光阻剂，其中，所述第二类酚醛清漆树脂在所述碱溶性树脂中的含量为大约70wt.％至95wt.％。
6.如权利要求1所述的光阻剂，其中，所述光敏剂包含二叠氮基化合物。
7.如权利要求6所述的光阻剂，其中，所述光敏剂包含2，3，4，4′-四羟基苯甲酮-1，2-二叠氮化萘醌-5-磺酸酯。
8.如权利要求1所述的光阻剂，其中，所述碱溶性树脂在所述光阻剂中的含量为大约5wt.％至45wt.％。
9.如权利要求1所述的光阻剂，其中，所述光敏剂在所述光阻剂中的含量为大约1wt.％至20wt.％。
全文摘要
一种光阻剂，包含碱溶性树脂、光敏剂和溶剂。碱溶性树脂包含由间甲酚合成的第一类酚醛清漆树脂，第一类酚醛清漆树脂的平均分子量为大约8000至25000并且其多分散指数为四或更小。第一类酚醛清漆树脂在碱溶性树脂中的含量为大约5wt.％至30wt.％。光阻剂还可包含由间甲酚和对甲酚的混合物合成的第二类酚醛清漆树脂。第二类酚醛清漆树脂的平均分子量为大约2000至6000，并且间甲酚与对甲酚的重量比为4∶6。第二类酚醛清漆树脂在碱溶性树脂中的含量为大约70wt.％至95wt.％。
文档编号G03F7/039GK1818783SQ20061000320
公开日2006年8月16日 申请日期2006年1月27日 优先权日2005年2月7日
发明者李东基, 李义国 申请人:三星电子株式会社