一种光刻胶组合物及其形成光刻胶图案的方法与流程

本技术涉及半导体，更具体地，涉及光刻胶组合物以及使用光刻胶组合物形成光刻胶图案的方法。

背景技术：

1、随着显示面板制造工艺的不断发展与精进，对于绝缘和平坦化的要求也越来越高，现有传统的有机绝缘光刻胶已渐渐无法满足工艺要求。该类光刻胶在完成光刻图案化的同时，解决面板工艺中因多层布线、金属电极等形成的表面台阶、凹凸不平、间隙空洞问题，形成较为平整、均匀的表面，降低后续工艺的制造难度并提高良率。这类光刻胶多属于永久性功能性光刻胶，固化后常作为层间绝缘层、介质层长期存在，是显示面板制造的核心材料。

2、然而，现行市面上的丙烯酸类或聚酰亚胺类有机绝缘光刻胶的平坦度仅能达到80%左右，为了使得光刻胶有较高的平坦度，配方中通常会使用大量含有氟元素的物质，对环境和人体健康具有潜在风险。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的以上问题，本技术的实施例提出了光刻胶组合物，该光刻胶组合物至少能够用于显示面板制造工艺，使得光刻胶层具有高平坦度和光透明度。另外，本技术的光刻胶组合物不含氟化物，能够避免由于氟元素所导致的对环境和健康的潜在风险。

2、根据本技术的一个方面，提供了一种光刻胶组合物，包括以下组分：支链末端包括羟基或者羧基的丙烯酸类树脂；调节树脂碱溶性的光敏剂；表面活性剂；有机溶剂；其中，丙烯酸类树脂的支链末端还包括环氧基团；光刻胶组合物还包括酸性光敏组分、交联剂、交联时填充在丙烯酸类树脂分子链之间的溶解促进剂；溶解促进剂为含有2～8个酚羟基官能团的芳香族化合物，芳香族化合物的分子量小于800；光敏剂选自第一重氮醌类光敏剂，第一重氮醌类光敏剂的结构为化学式6-10中的一种或多种，其中r1’-r17’为氢或化学式11中的一种，氢占总量的20%-80%，化学式11占总量的20%-80%；酸性光敏组分包含第二重氮醌类光敏剂、光致产酸剂中的一种或多种；第二重氮醌类光敏剂的结构为化学式6-10中的一种或多种，其中r1’-r17’为氢或化学式12中的一种，氢占总量的20%-80%，化学式12占总量的20%-80%；化学式6、化学式7、化学式8、化学式9、化学式10；化学式11；化学式12；其中，r1-r23为氢或甲基中的一种。

3、丙烯酸类树脂支链末端包括羟基或者羧基为丙烯酸类树脂提供显影特性，搭配抑制丙烯酸类树脂溶解、调节树脂碱溶性的光敏剂为光刻胶组合物提供显影特性；丙烯酸类树脂的支链末端还包括环氧基团为丙烯酸类树脂提供交联属性，在高温或者酸性环境下使其能够与交联剂进行交联反应；酸性光敏组分和交联剂的存在，其中酸性光敏组分在曝光后能够产生酸性有机组分，促使丙烯酸树脂的交联反应更加迅速，整体组分固化的更快，保持光刻胶层的平坦度；另外由于溶解促进剂的存在，溶解促进剂也与交联剂发生交联反应，由于溶解促进剂为小分子，可以填充在丙烯酸树脂高分子物质之间的空隙中，且交联使得溶解促进剂小分子不易移动，因此能够降低光刻胶层在烘烤时的收缩率，提高平坦度。

4、其中，酸性光敏组分在曝光后产生的酸性有机组分使得光刻胶组合物体系的ph在6-1之间，优选在5-2之间。

5、在一些实施例中，更具体地，丙烯酸类树脂包括如下式（ⅱ-1）和式（ⅱ-2）所示的重复单元，以为丙烯酸类树脂提供显影特性和交联属性：式（ⅱ-1）、式（ⅱ-2）；

6、式（ⅱ-1）所示的重复单元的个数至少为2，式（ⅱ-2）所示的重复单元的个数为1-70，丙烯酸类树脂的平均重均分子量范围是1000-20000；r1’-r2’为氢原子或甲基；r1基团的结构式为化学式1中的一种或多种；r2基团的结构式为化学式2中的一种或多种；化学式1：；化学式2：；其中n1-n8的取值范围是0-10。

7、在一些实施例中，丙烯酸类树脂的支链还包括芳香基团和/或脂环基团，可以为树脂主体提供耐热和耐化学试剂的特性。其中，芳香基团可以是苯基，脂环基团可以是金刚烷基、环己基中的一种。

8、在一些实施例中，更具体地，丙烯酸类树脂还包括如下式（ⅱ-3）所示的重复单元，以为树脂主体提供耐热和耐化学试剂的特性：式（ⅱ-3）；丙烯酸类树脂的平均重均分子量范围是1000-20000，应当理解，式（ⅱ-3）所示的重复单元的个数至少为1个；r3’为氢原子或甲基；r3基团的结构式为化学式3中的一种或多种；化学式3：；其中n9-n16的取值范围是0-10。

9、在一些实施例中，丙烯酸类树脂的支链还包括极性含氧基团，可以为树脂主体提供与基材之间的粘接特性。其中，极性含氧基团可以是醚基、内酯基、含氧杂环基团、烷氧基硅烷基等。

10、在一些实施例中，丙烯酸类树脂还包括如下式（ⅱ-4）所示的重复单元，以为树脂主体提供与基材之间的粘接特性：式（ⅱ-4）；丙烯酸类树脂的平均重均分子量范围是1000-30000，应当理解，式（ⅱ-4）所示的重复单元的个数至少为1个；r4’为氢原子或甲基；r4基团的结构式为化学式4中的一种或多种；化学式4：；其中n17-n26的取值范围是0-10。

11、优选的，在一些实施例中，丙烯酸类树脂的结构通式为化学式5：；r1’-r4’为氢原子或甲基；r1基团的结构式为化学式1中的一种或多种；r2基团的结构式为化学式2中的一种或多种；r3基团的结构式为化学式3中的一种或多种；r4基团的结构式为化学式4中的一种或多种；其中，x1大于等于2，x2选自1-40，x3大于等于1，x4大于等于1，n1-n26的取值范围独立的选自0-10；丙烯酸类树脂的平均重均分子量范围是1000-20000。化学式1：；化学式2：；化学式3：；化学式4：。在光刻胶组合物中应用结构通式为化学式5的丙烯酸类树脂，能同时为光刻胶组合物的树脂主体提供显影特性、交联属性、耐热和耐化学试剂的特性、与基材之间的粘接性。优选的，本技术选用的化学式5所示的丙烯酸类树脂的平均重均分子量范围是1000-30000，酸值为20-100 koh mg/g。本技术的重均分子量根据国标gb/t 21863-2008 凝胶渗透色谱法(gpc)用四氢呋喃做淋洗液进行测定，选用聚苯乙烯标准品进行标准曲线的测定。

12、在一些实施例中，光致产酸剂的结构为以下化学式13-18中的一种或多种；化学式13、化学式14、化学式15、化学式16、化学式17、化学式18。

13、在一些实施例中，交联剂为含有醚键取代基的三聚氰胺树脂，其分子结构为以下化学式19所示：化学式19；其中，r1、r2、r3、r4、r5、r6各自独立地表示-h、-oh、-ch3、-ch2oh、-ch2ch2oh、-ch2och3、-ch2ch2och3、-och3、-och2ch3，r1-r6取代基含有多个醚键，并且交联剂的醚键的数量为3-6个。

14、优选的，含有醚键的三聚氰胺树脂的结构式可以是如下示出的结构式中的一种或多种：

15、结构式1、结构式2、结构式3、结构式4、结构式5、结构式6。

16、在一些实施例中，溶解促进剂选自以下化学式20-31所示的化合物中的一种或多种的组合：化学式20、化学式21、化学式22、化学式23、化学式24、化学式25、化学式26、化学式27、化学式28、化学式29、化学式30、化学式31。

17、在一些实施例中，有机溶剂包括苯甲醇、苄醇、γ-丁内酯、丙二醇甲醚醋酸酯、乳酸乙酯、乙酸乙酯、乙酸正丁酯、乙氧丙酸乙酯、3-甲基丙酸甲酯、苯甲醚、丙二醇单甲醚、二乙二醇二甲醚、二乙二醇二乙醚，二乙二醇甲乙醚、二甘醇甲乙醚、四氢呋喃、n-甲基吡咯烷酮、甲苯、二甲苯、环己烷中的一种或多种。上述有机溶剂只是进行部分举例，实际上可以应用本领域技术人员已知的任意合适的有机溶剂。

18、在一些实施例中，表面活性剂为含有硅的表面活性剂。优选的，含有硅的表面活性剂包括聚醚硅氧烷共聚物、聚醚改性硅氧烷共聚物或聚酯改性聚二甲基硅氧烷共聚物中的任意一种或至少两种的组合。

19、光刻胶组合物还可以包括其他的本领域技术人员已知的任意合适的添加剂以改善光刻胶组合物的性能。

20、在一些实施例中，基于光刻胶组合物的总质量，丙烯酸类树脂的质量百分含量为3.5%-28.3%，光敏剂的质量百分含量为0.5%-8.3%，酸性光敏组分的质量百分含量为0.1%-5.0%，交联剂的质量百分含量为0.5%-5.0%，溶解促进剂的质量百分含量为0.5%-6.7%，表面活性剂的质量百分含量为0.001%-1.7%，有机溶剂的质量百分含量为45%-94.9%。

21、在一些实施例中，丙烯酸类树脂与交联剂的质量比为20~2:1，优选为10~3:1，交联剂过少会导致光刻胶交联不充分，耐热性耐化性变差，交联剂过多，会导致光刻胶交联程度过高，烘烤过程中收缩率提升，影响光刻胶的平坦度。

22、在一些实施例中，丙烯酸类树脂：溶解促进剂的质量比为20~2:1，优选为10~3:1，溶解促进剂使用过少会导致没有充足的小分子物质填充在大分子链的缝隙中，使得烘烤过程中光刻胶收缩率提高从而使得平坦度降低，溶解促进剂过多会导致未曝光的膜层显影速度过快，显影后膜损失较高。

23、根据本技术的另一个方面，还提供了一种形成光刻胶图案的方法，包括以下步骤：s1：提供基材，将上述任一种光刻胶组合物涂布在基材上；s2：对步骤s1中涂布后的光刻胶组合物执行前烘烤；s3：使用掩膜版，将步骤s2中烘烤后的光刻胶组合物在光刻机上进行曝光；s4：移除掩膜版，将步骤s3中曝光后的光刻胶组合物放入显影液中进行显影；s5：将步骤s4中获得的光刻胶膜层放入光刻机中进行无掩膜版的泛曝光处理；s6：将步骤s5中获得的光刻胶膜层放入高温烘箱中进行坚膜烘烤得到光刻胶图案。

24、在一些实施例中，形成光刻胶图案的方法可以包括如下特征中的一项或多项：（1）步骤s1中的涂布方式为旋转涂布或者狭缝涂布；（2）步骤s2中的前烘烤的烘烤温度为80~130°c，烘烤时间为60s~200s；（3）步骤s4中的显影液使用浓度范围在0.4~3.5%的四甲基氢氧化铵水溶液，显影时间为40s~300s；（4）步骤s6中坚膜烘烤的温度为180-250°c，烘烤时间为10-60min。

25、本技术发现现有光刻胶组合物形成光刻胶图案时，由于本体树脂收缩率高，导致平坦度低的技术问题，本技术提出了一种技术方案，其中的丙烯酸类树脂本体树脂包括环氧基团，以及加入酸性光敏组分和交联剂，在泛曝光后酸性光敏组分能够产生酸性有机组分催化丙烯酸类树脂本体树脂与交联剂迅速发生交联反应，使得光刻胶整体迅速固化，并且由于提供溶解促进剂功能的小分子物质的加入，使得高分子物质之间的空隙由小分子物质填充，使得其收缩率较低，从而实现光刻胶膜层的高平坦度。