本发明涉及光刻胶剥离液技术，尤其涉及一种光刻胶剥离液、其制备方法与应用。
背景技术：
1、在半导体制造工艺中，光刻技术是一项关键步骤，广泛用于在晶圆上定义精细的电路图案。光刻胶(photoresist)是一种用于掩膜图案转移的感光材料，通过曝光和显影步骤形成所需的图案。然而，在完成图案转移后，光刻胶必须被有效地去除，以便进行后续的工艺步骤。这一过程通常称为光刻胶剥离(photoresist stripping)。对于三五族化合物(如砷化镓，gaas)和铜(cu)等材料，光刻胶剥离面临特殊的挑战。这些材料具有独特的物理和化学性质，要求剥离液不仅能高效地去除光刻胶，还要确保对基材的化学惰性，避免腐蚀和损伤。三五族化合物如砷化镓(gaas)在高速电子器件和光电器件中具有重要应用。gaas具备高电子迁移率和直接能隙，使其成为高频、高效率电子和光电器件的理想材料。然而，gaas表面易受化学侵蚀，使用不当的光刻胶剥离液可能导致表面粗糙度增加，影响器件性能。因此，开发适用于gaas的光刻胶剥离液，需考虑其化学稳定性和低腐蚀性。铜因其优异的导电性和较低的电阻率，被广泛用于半导体器件中的互连材料。然而，铜在许多化学环境中易被氧化或腐蚀，特别是在高温或酸性条件下。传统的光刻胶剥离液，如含有强碱或强酸的溶剂，对铜的腐蚀作用较大。因此，针对铜的光刻胶剥离液需要具备温和的化学性质，同时能有效去除光刻胶而不损伤铜表面。
2、目前常见的光刻胶剥离液主要包括有机溶剂型、碱性溶液型和特殊混合型。常用的体系为n-甲基吡咯烷酮等有机溶剂和有机碱组成，虽然能够有效去除光刻胶，但是处理不当会导致基材腐蚀。为了满足半导体制造业对高效、低损伤光刻胶剥离的需求，新型光刻胶剥离液的研发应着眼于以下几方面：
3、高效去胶能力：能够快速、彻底地去除各种类型的光刻胶。
4、化学惰性：对包括gaas和cu在内的多种基材无腐蚀性和低损伤。
5、环境友好：减少有毒有害溶剂的使用，符合环保法规要求。
6、工艺兼容性：适用于现有的半导体制造工艺，且易于集成到生产流程中。
7、现有技术中的光刻胶剥离液在去除光刻胶时常伴随对基材的腐蚀，尤其是对gaas和cu这类敏感材料的表面损伤较为明显。这些损伤不仅影响器件性能，还增加了制造成本。因此，急需一种能够高效去除光刻胶，同时对包括gaas和cu在内的基材具有低腐蚀性的新型剥离液。
技术实现思路
1、本发明的目的在于，针对传统的光刻胶剥离液在去除光刻胶时常伴随对基材的腐蚀，尤其是对gaas和cu这类敏感材料的表面损伤较为明显的问题，提出一种光刻胶剥离液，该光刻胶剥离液在具有高效去除光刻胶能力的同时，还对基材表现出了低腐蚀性和高化学惰性。本发明光刻胶剥离液不仅提高了半导体生产效率，还减少了环境的影响，适用于半导体制造工艺中的各个环节，尤其适用于三五族化合物(如砷化镓gaas)基材和金属(如铜cu)基材的光刻胶去除。
2、需要注意的是，在本发明中，除非另有规定，涉及组成限定和描述的“包括”的具体含义，既包含了开放式的“包括”、“包含”等及其类似含义，也包含了封闭式的“由…组成”、“由…构成”等及其类似含义。
3、为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种光刻胶剥离液，包括重量配比如下的各组分：
4、
5、进一步地，所述季铵碱为四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、四丁基氢氧化铵、苄基三甲基氢氧化铵、三甲基苯基氢氧化铵、三丁基乙基氢氧化铵、苯基三乙基氢氧化铵、三甲基羟乙基氢氧化铵、二乙基二甲基氢氧化铵、三乙基甲基氢氧化铵、乙基三甲基氢氧化铵、苄基二(2-羟乙基)甲基氢氧化铵、苄基(2-羟乙基)二甲基氢氧化铵和三(2-羟乙基)甲基氢氧化铵中的一种或多种。
6、进一步地，所述季铵碱优选二乙基二甲基氢氧化铵和/或苄基(2-羟乙基)二甲基氢氧化铵。
7、进一步地，所述季铵碱为15-25份。
8、季铵碱具有很强的碱性，能中和光刻胶中的酸性成分，破坏其结构。光刻胶通常含有酚醛树脂或其他聚合物，这些聚合物中的酸性官能团在季铵碱的作用下被中和，从而使光刻胶的分子链断裂，失去粘附性和机械强度。此外，季铵碱分子具有亲水性和疏水性基团，这使得它们能够降低溶液的表面张力，增强对光刻胶的渗透能力，提高剥离效率。
9、进一步地，所述醇胺为单乙醇胺、异丙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、3-氨基-1-丙醇、2-氨基-1-丁醇、3-二乙氨基-1-丙醇、二甘醇胺、二丁醇胺、1-氨基-2-丁醇、甲基乙醇胺、2-丁氨基乙醇、二异丙醇胺、甲基二乙醇胺和n-丁基二乙醇胺中的一种或多种。
10、进一步地，所述醇胺优选二甘醇胺和/或2-丁氨基乙醇。
11、进一步地，所述醇胺为10-25份。
12、醇胺具有良好的溶解性，能溶解光刻胶中的有机成分。其氢氧基能够与光刻胶中的极性基团相互作用，增强溶解效果。醇胺类有机碱提供温和的碱性环境，能够中和光刻胶中的酸性成分，使光刻胶的聚合物链断裂和溶解。这种碱性作用较为温和，减少了对基材的腐蚀。醇胺类有机碱的氢氧基具有亲水性，可以降低光刻胶剥离液的表面张力，增加对光刻胶表面的润湿性，从而提高剥离效率。
13、进一步地，所述极性溶剂为n-甲基吡咯烷酮、n-乙基吡咯烷酮、2,5-二甲基吡咯烷酮、1,4-二甲基-2-吡咯烷酮、n-羟乙基-2-吡咯烷酮、n-环己基吡咯烷酮、1,3-二甲基-2-咪唑啉酮、n-乙基吗啉酮、n-环已基吗啉酮、n,n-二甲基乙酰胺、n,n-二甲基丙酰胺、n-甲基甲酰胺、n-乙基甲酰胺、二甲基亚砜、乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、二乙二醇甲醚、二乙二醇丁醚和二丙二醇丁醚中的一种或多种。
14、进一步地，所述极性溶剂优选为1,3-二甲基-2-咪唑啉酮。
15、进一步地，所述极性溶剂为25-40份。
16、极性溶剂具有很强的溶解能力，能够溶解光刻胶中的有机成分和添加剂。其高极性使其能够有效地与光刻胶中的极性基团相互作用，从而破坏光刻胶的结构。并且可以通过氢键和偶极相互作用溶解光刻胶中的酚醛树脂或其他聚合物。
17、进一步地，所述磺酰肼类缓蚀剂为甲磺酰肼、丹磺酰肼、对甲苯磺酰肼、4-苯磺酰肼、萘-2-磺酰肼、对氨基苯磺酰肼、3-氨基苯磺酰肼、对羟基苯磺酰肼、吡啶-3-磺酰肼、4-甲氧苯磺酰肼、4-异丙苯磺酰肼、4-乙基苯磺酰肼、4-乙氧基苯磺酰肼、2,4-二甲基苯磺酰肼、2,5-二甲基苯磺酰肼和2-硝基苯磺酰肼中的一种或多种。
18、进一步地，所述磺酰肼类缓蚀剂优选4-甲氧苯磺酰肼。
19、进一步地，所述磺酰肼类缓蚀剂为1-3份。
20、磺酰肼类缓蚀剂分子含有多个活性基团，如氨基、磺酰基等可以通过物理吸附或化学吸附在金属或半导体材料的表面形成一层保护膜。这个保护膜能够有效阻止腐蚀性物质与基材接触。同时磺酰肼类缓蚀剂能够促进金属表面钝化，形成一层致密的氧化物或其它惰性膜。这层钝化膜具有良好的化学稳定性，进一步增强金属表面的抗腐蚀能力。磺酰肼类缓蚀剂具有还原性，能够还原材料表面的氧化物层，从而减缓腐蚀过程。
21、进一步地，所述吡啶硫脲类缓蚀剂为2-吡啶基硫脲、3-吡啶基硫脲、n-苯基-n-2-吡啶硫脲、n-(4-甲基-2-吡啶)硫脲、对吡啶基硫脲、n-(5-甲基吡啶-2-基)硫脲、4-(2-吡啶基)氨基硫脲和1-乙基-3-吡啶-2-基硫脲中的一种或多种。
22、进一步地，所述吡啶硫脲类缓蚀剂优选对吡啶基硫脲。
23、吡啶硫脲分子中的吡啶环和硫脲基团能够通过π-电子与金属表面发生化学吸附，形成牢固的吸附层。这层吸附层能够有效隔绝腐蚀性介质对金属表面的侵蚀。吡啶硫脲类缓蚀剂能改变金属表面的电化学性质，提高其电化学电位，从而降低腐蚀电流密度，减少金属溶解。同时吡啶硫脲缓蚀剂有一定的络合作用，吡啶硫脲能够与铜离子(cu2+)形成稳定的络合物。这种络合作用通过将铜离子包裹在吡啶硫脲分子内部，显著降低了铜的化学反应性，从而减少了其在氧化性环境中的腐蚀速率。这种络合物的形成使得铜表面被有效地屏蔽，降低了与腐蚀介质直接接触的机会。铜在暴露于空气或氧化性介质时容易氧化形成铜氧化物(如cu2o和cuo)。吡啶硫脲通过与铜形成的络合物稳定铜离子，减少了铜在这些介质中的氧化倾向，从而有效防止了铜表面氧化膜的形成。吡啶硫脲在腐蚀介质中能够有效地抑制铜的电化学反应。它通过与铜表面形成保护性膜或络合物，降低了铜的电化学活性，从而减少了腐蚀反应的发生。通过形成的络合物和保护膜，吡啶硫脲能够减少腐蚀介质对铜表面的侵蚀作用。这种保护膜不仅有效隔离了腐蚀介质，还提供了一定的缓冲作用，从而降低了铜的整体腐蚀速率。
24、进一步地，所述吡啶硫脲类缓蚀剂为1-3份。
25、进一步地，所述吡啶硫脲类缓蚀剂和磺酰肼类缓蚀剂的质量比为5:1-1:5。
26、进一步地，所述吡啶硫脲类缓蚀剂和磺酰肼类缓蚀剂的质量比优选为4:1-1:4。
27、进一步地，所述吡啶硫脲类缓蚀剂和磺酰肼类缓蚀剂的质量比最优选为2:1。
28、所述吡啶硫脲类缓蚀剂和磺酰肼类缓蚀剂的吸附层和保护膜可以叠加，提高防护效果。这种协同效应使得保护膜更加致密和稳定，显著增强对腐蚀性介质的屏蔽能力。复配使用可以同时利用磺酰肼的钝化作用和吡啶硫脲的化学吸附作用，提供多重保护机制，从而提高缓蚀效果。不同机理的缓蚀剂相互补充，能够更全面地防止腐蚀。磺酰肼类缓蚀剂和吡啶硫脲类缓蚀剂通过抑制阳极和阴极反应，降低腐蚀电流，实现电化学保护。
29、进一步地，所述去离子水为20-35份。
30、本发明的另一个目的还公开了所述光刻胶剥离液的制备方法，包括以下步骤：
31、步骤1：按照质量份称取各组分，将极性溶剂加入到容器中，在搅拌下加入季铵碱、醇胺和去离子水，搅拌至溶液澄清透明；
32、步骤2：在搅拌下加入磺酰肼类缓蚀剂和吡啶硫脲类缓蚀剂，搅拌至溶液均匀透明，制备得到光刻胶剥离液。
33、进一步地，步骤1搅拌时间为1-2小时。
34、进一步地，步骤2搅拌时间为0.5-2小时。
35、进一步地，所述搅拌温度控制在40℃以下。
36、进一步地，所述光刻胶剥离液制备后采用滤芯过滤，优选的依次用孔径尺寸为0.2μm和0.1um的滤芯过滤。
37、本发明的另一个目的还公开了所述光刻胶剥离液在三五族化合物基材和金属基材光刻胶剥离领域的应用。
38、进一步地，所述光刻胶剥离液尤其适用于gaas基材和cu基材光刻胶剥离。
39、进一步地，采用所述光刻胶剥离液清洗gaas基材和cu基材光刻胶的方法如下：
40、将半导体晶圆浸泡在50-90℃的光刻胶剥离液中，超声或震荡5-30min，取出使用超纯水冲洗后，氮气吹干；
41、或，使用单片机台将50-90℃光刻胶剥离液喷淋至旋转的半导体晶片上，冲洗5-10min，取出使用超纯水冲洗后，氮气吹干。
42、进一步地，所述光刻胶剥离液温度为50-90℃。
43、进一步地，所述光刻胶剥离液温度优选为70-85℃。
44、进一步地，所述超声或震荡5-30min。
45、进一步地，所述超声或震荡优选10-25min。
46、本发明光刻胶剥离液、其制备方法与应用，与现有技术相比较具有以下优点：
47、1)本发明光刻胶剥离液包含磺酰肼类缓蚀剂和吡啶硫脲类缓蚀剂。磺酰肼类缓蚀剂提供了强力的钝化作用和稳定的吸附层，有效阻止腐蚀性物质与基材的接触，保护gaas和cu。吡啶硫脲类缓蚀剂则通过化学吸附和形成致密保护膜，有效阻止腐蚀介质的侵入，同时提供良好的电化学保护。磺酰肼类缓蚀剂和吡啶硫脲类缓蚀剂复配后能起到协同作用，两者的吸附层和保护膜可以叠加，提高防护效果。这种协同效应使得保护膜更加致密和稳定，显著增强对腐蚀性介质的屏蔽能力。复配使用可以同时利用磺酰肼的钝化作用和吡啶硫脲的化学吸附作用，提供多重保护机制，从而提高缓蚀效果。不同机理的缓蚀剂相互补充，能够更全面地防止腐蚀。磺酰肼类缓蚀剂和吡啶硫脲类缓蚀剂通过抑制阳极和阴极反应，降低腐蚀电流，实现电化学保护。
48、2)本发明采用磺酰肼类缓蚀剂和吡啶硫脲类缓蚀剂两种缓蚀剂，降低了单一缓蚀剂浓度需求，即通过复配能有效降低单一缓蚀剂的用量，减少其对光刻胶剥离液的负面影响(如降低剥离效率或引入额外的杂质)，从而优化整个剥离过程。
49、3)本发明光刻胶剥离液包含季铵碱和醇胺，季铵碱具有强碱性，能够有效地中和光刻胶中的酸性成分，破坏其分子结构，促进光刻胶的分解，提高去胶效率。醇胺类有机碱兼具溶剂性和碱性，既能溶解光刻胶中的有机物质，又能通过中和作用使光刻胶分子链断裂，从而提高去胶效果。季铵碱和醇胺类有机碱在极性溶剂中的协同作用，可以更有效地破坏光刻胶的结构并溶解其成分，使光刻胶的去除过程更迅速、彻底。可以有效去除各种类型的光刻胶(正性光刻胶和负性光刻胶)，具有广泛的适用性，满足不同工艺需求。
50、综上，本发明光刻胶剥离液能用于半导体行业中光刻胶的剥离，在保证去胶能力的同时，对gaas和cu电极具有极佳的保护效果，能够有效抑制其腐蚀。
1.一种光刻胶剥离液，其特征在于，包括重量配比如下的各组分：
2.根据权利要求1所述光刻胶剥离液，其特征在于，所述季铵碱为四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、四丁基氢氧化铵、苄基三甲基氢氧化铵、三甲基苯基氢氧化铵、三丁基乙基氢氧化铵、苯基三乙基氢氧化铵、三甲基羟乙基氢氧化铵、二乙基二甲基氢氧化铵、三乙基甲基氢氧化铵、乙基三甲基氢氧化铵、苄基二(2-羟乙基)甲基氢氧化铵、苄基(2-羟乙基)二甲基氢氧化铵和三(2-羟乙基)甲基氢氧化铵中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述光刻胶剥离液，其特征在于，所述醇胺为单乙醇胺、异丙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、3-氨基-1-丙醇、2-氨基-1-丁醇、3-二乙氨基-1-丙醇、二甘醇胺、二丁醇胺、1-氨基-2-丁醇、甲基乙醇胺、2-丁氨基乙醇、二异丙醇胺、甲基二乙醇胺和n-丁基二乙醇胺中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述光刻胶剥离液，其特征在于，所述极性溶剂为n-甲基吡咯烷酮、n-乙基吡咯烷酮、2,5-二甲基吡咯烷酮、1,4-二甲基-2-吡咯烷酮、n-羟乙基-2-吡咯烷酮、n-环己基吡咯烷酮、1,3-二甲基-2-咪唑啉酮、n-乙基吗啉酮、n-环已基吗啉酮、n,n-二甲基乙酰胺、n,n-二甲基丙酰胺、n-甲基甲酰胺、n-乙基甲酰胺、二甲基亚砜、乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、二乙二醇甲醚、二乙二醇丁醚和二丙二醇丁醚中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述光刻胶剥离液，其特征在于，所述磺酰肼类缓蚀剂为甲磺酰肼、丹磺酰肼、对甲苯磺酰肼、4-苯磺酰肼、萘-2-磺酰肼、对氨基苯磺酰肼、3-氨基苯磺酰肼、对羟基苯磺酰肼、吡啶-3-磺酰肼、4-甲氧苯磺酰肼、4-异丙苯磺酰肼、4-乙基苯磺酰肼、4-乙氧基苯磺酰肼、2,4-二甲基苯磺酰肼、2,5-二甲基苯磺酰肼和2-硝基苯磺酰肼中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述光刻胶剥离液，其特征在于，所述吡啶硫脲类缓蚀剂为2-吡啶基硫脲、3-吡啶基硫脲、n-苯基-n-2-吡啶硫脲、n-(4-甲基-2-吡啶)硫脲、对吡啶基硫脲、n-(5-甲基吡啶-2-基)硫脲、4-(2-吡啶基)氨基硫脲和1-乙基-3-吡啶-2-基硫脲中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述光刻胶剥离液，其特征在于，所述吡啶硫脲类缓蚀剂和磺酰肼类缓蚀剂的质量比为5:1-1:5。
8.权利要求1-7任意一项所述光刻胶剥离液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
9.权利要求1-7任意一项所述光刻胶剥离液在三五族化合物基材和金属基材光刻胶剥离领域的应用。
10.根据权利要求9所述应用，其特征在于，所述光刻胶剥离液适用于gaas基材和cu基材光刻胶剥离。
