本发明涉及树脂组合物。更详细而言,涉及适合用于半导体元件等的表面保护膜、层间绝缘膜、有机电致发光元件的绝缘层等的树脂组合物。
背景技术:
以往,在半导体元件的表面保护膜、层间绝缘膜、有机电解元件的绝缘层、薄膜晶体管(以下,记为tft)基板的平坦化膜中,广泛使用了包含耐热性、电绝缘性、机械特性等优异的聚酰亚胺树脂、聚苯并噁唑树脂或聚酰胺酰亚胺树脂的树脂组合物。
在上述用途中,通常利用旋涂或狭缝涂布将树脂组合物形成树脂膜。因此,一直以来,各种溶剂被用于树脂组合物中,根据溶解性、涂布性、保存稳定性、显影性等来进行选择、使用(专利文献1、2、3)。
另外,在通过加热使聚酰亚胺前体、聚苯并噁唑前体或聚酰胺酰亚胺前体的涂膜脱水闭环而得到由聚酰亚胺、聚苯并噁唑或聚酰胺酰亚胺构成的固化膜的情况下,通常需要进行350℃左右的高温烧成。然而,从近年来使用的存储器器件、制作半导体封装件时所用的模制树脂(moldresin)等不耐受高温工艺这样的观点考虑,对于表面保护膜、层间绝缘膜而言,要求能够通过250℃以下(进一步优选200℃以下)的低温下的烧成来固化的树脂组合物。
作为能够于低温固化的树脂组合物,已知下述树脂组合物:含有聚酰亚胺、聚苯并噁唑、聚苯并咪唑、聚苯并噻唑等树脂及热交联剂的树脂组合物(专利文献4);含有碱溶性聚酰胺酰亚胺、光产酸剂、溶剂及交联剂的正型感光性聚酰胺酰亚胺树脂组合物(专利文献5);含有碱溶性聚酰亚胺、醌二叠氮化合物、热交联剂、热产酸剂及密合改良剂的正型感光性聚酰亚胺树脂组合物(专利文献6)等。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:专利第4911248号公报
专利文献2:日本特开2015-232688号公报
专利文献3:wo2015/046332号
专利文献4:日本特开2007-16214号公报
专利文献5:日本特开2007-240554号公报
专利文献6:日本特开2013-72935号公报
技术实现要素:
发明要解决的课题
然而,上述专利文献中记载的树脂组合物在保存稳定性、放置稳定性、低温下加热处理条件下的耐化学药品性、可靠性试验后的器件特性等方面存在问题。
本发明的目的在于,解决现有技术中存在的上述问题点,提供下述树脂组合物:其保存稳定性、放置稳定性优异,能够利用低温下的加热处理而固化,并且能够得到耐化学药品性高的固化膜,此外,能够抑制应用该固化膜的器件在可靠性试验后器件特性的降低。
用于解决课题的手段
本发明具有以下构成。
(1)树脂组合物,其包含:
(a)选自聚酰亚胺、聚酰亚胺前体、聚苯并噁唑、聚苯并噁唑前体、其他聚酰胺、及它们的共聚物中的一种以上的树脂;
(d)环氧基数为3以上的热交联剂;及
(e)分子量为60以上且1000以下的具有叔酰胺结构的化合物。
(2)固化膜,其是将上述树脂组合物固化而成的。
(3)固化膜的制造方法,其包括下述工序:
将上述树脂组合物涂布于基板上、并进行干燥而形成树脂膜的工序;
对树脂膜进行曝光的曝光工序;
对经曝光的树脂膜进行显影的显影工序;及
对经显影的树脂膜进行加热处理的加热处理工序。
(4)半导体器件,其具有金属布线及绝缘膜,其中,所述半导体器件具有上述固化膜作为绝缘膜。
(5)如(4)所述的半导体器件,所述半导体器件还含有半导体芯片,金属布线与该半导体芯片电连接。
(6)如(5)所述的半导体器件,其中,上述半导体芯片被密封树脂密封,在上述半导体芯片及上述密封树脂上配置有上述绝缘膜作为层间绝缘膜,在该层间绝缘膜上配置有上述金属布线。
(7)半导体器件的制造方法,其包括下述工序:
在配置有临时粘贴材料的支承基板上层叠多层再布线层的工序,所述再布线层包含金属布线及上述固化膜;
在其上配置半导体芯片和密封树脂而制成半导体封装件的工序;和
之后,将该支承基板与该半导体封装件剥离的工序。
发明的效果
根据本发明的树脂组合物,保存稳定性、放置稳定性优异,能够利用低温下的加热处理而固化,并且能够得到耐化学药品性高的固化膜,此外,能够抑制应用该固化膜的器件在可靠性试验后的器件特性的降低。
附图说明
[图1]为示出具有凸块的半导体器件的焊盘部分的放大截面的图。
[图2]为示出具有凸块的半导体器件的详细制作方法的图。
[图3]为本发明的半导体器件的一例的制造工序截面图。
[图4]为示出rdl-first中的半导体器件制作方法的图。
[图5]为本发明的半导体器件的一例即电感器装置的线圈部件的截面图。
[图6]为tft基板的一例的截面图。
具体实施方式
本发明的树脂组合物包含(a)选自聚酰亚胺、聚酰亚胺前体、聚苯并噁唑、聚苯并噁唑前体、其他聚酰胺、及它们的共聚物中的一种以上的树脂、(d)环氧基数为3以上的热交联剂,所述树脂组合物还包含(e)分子量为60以上且1000以下的具有叔酰胺结构的化合物。以下,有时分别称为(a)成分、(d)成分、及(e)成分。
(a)成分优选为碱溶性树脂。本发明中所谓碱溶性是指:在硅晶片上涂布将树脂溶解于γ-丁内酯中而得到的溶液,并于120℃进行4分钟预烘烤,而形成膜厚为10μm±0.5μm的预烘烤膜,将该预烘烤膜在23±1℃的2.38质量%四甲基氢氧化铵水溶液中浸渍1分钟,然后用纯水进行漂洗处理,根据此时的膜厚减少而求出的该预烘烤膜的溶解速度为50nm/分钟以上。
作为(a)成分的选自聚酰亚胺、聚酰亚胺前体、聚苯并噁唑、聚苯并噁唑前体、其他聚酰胺、及它们的共聚物中的一种以上的树脂的耐热性高,并且在热处理后的160℃以上的温度条件下的逸气量少,因此尤其适合用作有机发光装置、显示装置、半导体元件中使用的平坦化膜、绝缘层、隔壁、保护膜、及层间绝缘膜。
对(a)成分进行说明。聚酰亚胺只要具有酰亚胺环,就没有特别限定。另外,聚酰亚胺前体只要具有通过脱水闭环而成为具有酰亚胺环的聚酰亚胺的结构,就没有特别限定,可以使用聚酰胺酸、聚酰胺酸酯等。聚苯并噁唑只要具有苯并噁唑环,就没有特别限定。聚苯并噁唑前体只要具有通过脱水闭环而成为具有苯并噁唑环的聚苯并噁唑的结构,就没有特别限定,可使用聚羟基酰胺等。另外,所谓其他聚酰胺,是指具有除聚酰亚胺前体及聚苯并噁唑前体以外的结构的聚酰胺,只要在分子内具有酰胺结构,就没有特别限定。另外,可以含有两种以上的上述聚合物,也可以使用将它们共聚而得到的树脂。
关于更优选用作(a)成分的物质,可举出聚酰亚胺、聚酰亚胺前体或聚苯并噁唑前体。作为聚酰亚胺,优选具有下述通式(1)表示的结构单元的树脂。作为聚酰亚胺前体及聚苯并噁唑前体,优选具有下述通式(2)表示的结构单元的树脂。
[化学式1]
通式(1)中,v表示4~10价有机基团,w表示2~8价有机基团。p及q各自表示0~6的范围内的整数。为了使(a)成分具有碱溶性,优选p+q>0。r1表示选自酚式羟基、羧基、磺酸基及硫醇基中的基团,p为2以上时,多个r1可以相同也可以不同。r2表示选自酚式羟基、羧基、磺酸基及硫醇基中的基团,q为2以上时,多个r2可以相同也可以不同。
[化学式2]
通式(2)中,x及y各自独立地表示具有2个以上的碳原子的2~8价有机基团。r3及r4各自独立地表示氢、或碳原子数1~20的有机基团。r及s各自表示0~4的范围内的整数,t及u各自表示0~2的范围内的整数。为了使(a)成分具有碱溶性,优选r+s+t+u>0。通式(2)中,为聚酰亚胺前体的情况下,优选地,t>0,在酰胺基的邻位具有羧基或羧基酯基,并具有通过脱水闭环而形成酰亚胺环的结构。另外,通式(2)中,为聚苯并噁唑前体的情况下,优选地,s>0,在酰胺基的邻位具有羟基,并具有通过脱水闭环而形成苯并噁唑环的结构。另外,作为上述其他聚酰胺,也可以优选使用具有通式(2)表示的结构的聚酰胺(其中,不包括聚酰亚胺前体及聚苯并噁唑前体)。
(a)成分优选在一分子中具有5~100,000个通式(1)或(2)表示的结构单元,更优选具有10~100,000个。
另外,除了通式(1)或(2)表示的结构单元外,还可以具有其他结构单元。作为其他结构单元,例如可举出在构成环状结构的季碳原子上键合有两个环状结构而成的骨架结构、硅氧烷结构等,但并不限定于此。在该情况下,优选以通式(1)或(2)表示的结构单元作为主要结构单元。此处所谓主要结构单元,是指在全部结构单元数中具有50摩尔%以上的通式(1)或(2)表示的结构单元,更优选具有70摩尔%以上。
另外,(a)成分优选含有选自亚烷基及亚烷基醚基中的基团。这些基团也可以包含脂肪族环。作为选自该亚烷基及亚烷基醚基中的基团,尤其优选下述通式(3)表示的基团。
[化学式3]
通式(3)中,r5~r8各自独立地表示碳原子数1~6的亚烷基。r9~r16各自独立地表示氢、氟、或碳原子数1~6的烷基。其中,括号内所示的结构各不相同。x、y、z各自独立地表示0~35的整数。
通过使(a)成分具有选自亚烷基及亚烷基醚基中的基团,能够对将含有(a)成分的树脂组合物进行固化而成的固化膜赋予高伸长率性。另外,在树脂中产生柔软性,能够抑制在酰亚胺前体结构或苯并噁唑前体结构闭环时会产生的应力的增加。因此,能够抑制与前体结构的闭环相伴的向基板晶片施加的应力的增加。另外,亚烷基及亚烷基醚基为低紫外线吸收性,因此通过其的导入可使得i线透过性提高,也可以实现高敏感度化。
从得到固化膜的高伸长率性的观点考虑,亚烷基及亚烷基醚基的重均分子量优选为600以上,更优选为900以上。另外,从能够维持在碱性溶液中的溶解性的观点考虑,优选为2,000以下,更优选为1,800以下,进一步优选为1,500以下。
本发明中,重均分子量(mw)可以使用gpc(凝胶渗透色谱法)进行确认。例如可以使用n-甲基-2-吡咯烷酮(以下,有时简称为nmp)作为展开溶剂进行测定,并通过聚苯乙烯换算而求出。
上述通式(1)中的v-(r1)p及上述通式(2)中的(oh)r-x-(coor3)t表示酸的残基。v为4价~10价有机基团,其中优选为含有芳香族环或环状脂肪族基团的碳原子数4~40的有机基团。x为具有2个以上的碳原子的2价~8价有机基团,其中优选为含有芳香族环或脂肪族基团的碳原子数4~40的有机基团。
关于酸成分,作为二羧酸的例子,可举出对苯二甲酸、间苯二甲酸、二苯基醚二甲酸、双(羧基苯基)六氟丙烷、联苯二甲酸、二苯甲酮二甲酸、三苯基二甲酸等;作为三羧酸的例子,可举出偏苯三甲酸、均苯三甲酸、二苯基醚三甲酸、联苯三甲酸等;作为四羧酸的例子,均苯四甲酸、3,3’,4,4’-联苯四甲酸、2,3,3’,4’-联苯四甲酸、2,2’,3,3’-联苯四甲酸、3,3’,4,4’-二苯基醚四甲酸、3,3’,4,4’-二苯甲酮四甲酸、2,2’,3,3’-二苯甲酮四甲酸、2,2-双(3,4-二羧基苯基)丙烷、2,2-双(2,3-二羧基苯基)丙烷、1,1-双(3,4-二羧基苯基)乙烷、1,1-双(2,3-二羧基苯基)乙烷、双(3,4-二羧基苯基)甲烷、双(2,3-二羧基苯基)甲烷、双(3,4-二羧基苯基)醚、1,2,5,6-萘四甲酸、9,9-双(3,4-二羧基苯基)芴、9,9-双{4-(3,4-二羧基苯氧基)苯基}芴、2,3,6,7-萘四甲酸、2,3,6,7-萘四甲酸、2,3,5,6-吡啶四甲酸、3,4,9,10-苝四甲酸、2,2-双(3,4-二羧基苯基)六氟丙烷及下述所示的结构的芳香族四羧酸;丁烷四甲酸、环丁烷四甲酸、1,2,3,4-环戊烷四甲酸等脂肪族四羧酸等,但并不限定于此。可以使用这些中的两种以上。
[化学式4]
式中,r20表示氧原子、c(cf3)2、或c(ch3)2。r21及r22表示氢原子、或羟基。
这些酸可以直接使用,或者以酸酐、卤化物、活性酯的形式使用。
上述通式(1)中的w-(r2)q及上述通式(2)中的(oh)s-y-(coor4)u表示二胺的残基。w及y为2~8价有机基团,其中,优选为含有芳香族环或环状脂肪族基团的碳原子数4~40的有机基团。
作为构成二胺的残基的二胺的具体例,可举出3,4’-二氨基二苯基醚、4,4’-二氨基二苯基醚、3,4’-二氨基二苯基甲烷、4,4’-二氨基二苯基甲烷、1,4-双(4-氨基苯氧基)苯、联苯胺、间苯二胺、对苯二胺、1,5-萘二胺、2,6-萘二胺、双(4-氨基苯氧基)联苯、双{4-(4-氨基苯氧基)苯基}醚、1,4-双(4-氨基苯氧基)苯、2,2’-二甲基-4,4’-二氨基联苯、2,2’-二乙基-4,4’-二氨基联苯、3,3’-二甲基-4,4’-二氨基联苯、3,3’-二乙基-4,4’-二氨基联苯、2,2’,3,3’-四甲基-4,4’-二氨基联苯、3,3’,4,4’-四甲基-4,4’-二氨基联苯、2,2’-二(三氟甲基)-4,4’-二氨基联苯、9,9-双(4-氨基苯基)芴或者将这些芳香族环的氢原子的至少一部分用烷基、卤原子取代而得到的化合物、脂肪族的环己二胺、亚甲基双(环己胺)及下述所示的结构的二胺等。可以使用这些中的两种以上。
[化学式5]
式中,r23表示氧原子、c(cf3)2、或c(ch3)2。r24~r27各自独立地表示氢原子、或羟基。
这些二胺可以以二胺的形式、或者对应的二异氰酸酯化合物、三甲基甲硅烷基化二胺的形式使用。
就(a)成分而言,优选在上述通式(1)的w或通式(2)的y中含有选自上述亚烷基及亚烷基醚基中的基团。由此,可得到树脂组合物的固化膜的高伸长率性、低应力化,并且能够使树脂组合物高敏感度化。另外,通过使上述通式(1)的w-或通式(2)的y具有上述通式(3)表示的基团,能够提高与基板金属(例如铜)的密合性。具体而言,可在上述通式(2)中包含的醚基与金属之间得到配位健等相互作用,因此能够得到与基板金属的高密合性。
作为含有选自亚烷基及亚烷基醚基中的基团的二胺的具体例,可举出乙二胺、1,3一二氨基丙烷、2-甲基-1,3-丙二胺、1,4-二氨基丁烷、1,5-二氨基戊烷、2-甲基-1,5-二氨基戊烷、1,6-二氨基己烷、1,7-二氨基庚烷、1,8-二氨基辛烷、1,9-二氨基壬烷、1,10-二氨基癸烷、1,11-二氨基十一烷、1,12-二氨基十二烷、1,2-环己二胺、1,3-环己二胺、1,4-环己二胺、1,2-双(氨基甲基)环己烷、1,3-双(氨基甲基)环己烷、1,4-双(氨基甲基)环己烷、4,4’-亚甲基双(环己胺)、4,4’-亚甲基双(2-甲基环己胺)、kh-511、ed-600、ed-900、ed-2003、edr-148、edr-176、d-200、d-400、d-2000、thf-100、thf-140、thf-170、re-600、re-900、re-2000、rp-405、rp-409、rp-2005、rp-2009、rt-1000、he-1000、ht-1100、ht-1700(以上为商品名,huntsman(株)制)等。另外,在这些二胺中还可含有-s-、-so-、-so2-、-nh-、-nch3-、-n(ch2ch3)-、-n(ch2ch2ch3)-、-n(ch(ch3)2)-、-coo-、-conh-、-oconh-、-nhconh-等键。这些之中,含有通式(3)表示的基团的二胺是优选的,例如,优选kh-511、ed-600、ed-900、ed-2003、edr-148、edr-176、d-200、d-400、d-2000、thf-100、thf-140、thf-170、re-600、re-900、re-2000、rp-405、rp-409、rp-2005、rp-2009、rt-1000、he-1000、ht-1100、ht-1700、(以上为商品名,huntsman(株)制)等。
在全部二胺残基中,优选包含5~40摩尔%(更优选包含10~30摩尔%)的含有选自亚烷基及亚烷基醚基中的基团的二胺残基。通过以该范围包含该残基,能够提高利用碱性显影液进行显影时的显影性,并且,提高所得到的固化膜的伸长率。
另外,可以在不使耐热性降低的范围内将具有脂肪族聚硅氧烷结构的二胺残基共聚,从而能够提高与基板的粘接性。具体而言,可举出作为二胺成分共聚有1~15摩尔%的双(3-氨基丙基)四甲基二硅氧烷、双(对氨基苯基)八甲基五硅氧烷等而得到的物质等。从提高与硅晶片等基板的粘接性的观点及不降低在碱性溶液中的溶解性的观点考虑,在该范围内进行共聚是优选的。
另外,通过利用具有酸性基团的单胺、酸酐、酰氯、单羧酸将(a)成分的末端封闭,可得到在主链末端具有酸性基团的树脂。
作为单胺的优选例,可举出5-氨基-8-羟基喹啉、1-羟基-7-氨基萘、1-羟基-6-氨基萘、1-羟基-5-氨基萘、1-羟基-4-氨基萘、2-羟基-7-氨基萘、2-羟基-6-氨基萘、2-羟基-5-氨基萘、1-羧基-7-氨基萘、1-羧基-6-氨基萘、1-羧基-5-氨基萘、2-羧基-7-氨基萘、2-羧基-6-氨基萘、2-羧基-5-氨基萘、2-氨基苯甲酸、3-氨基苯甲酸、4-氨基苯甲酸、4-氨基水杨酸、5-氨基水杨酸、6-氨基水杨酸、3-氨基-4,6-二羟基嘧啶、2-氨基苯酚、3-氨基苯酚、4-氨基苯酚、2-氨基苯硫酚、3-氨基苯硫酚、4-氨基苯硫酚等。可以使用这些中的两种以上。
作为酸酐、酰氯、单羧酸的优选例,可举出邻苯二甲酸酐、马来酸酐、纳迪克酸酐、环己烷二甲酸酐、3-羟基邻苯二甲酸酐等酸酐;3-羧基苯酚、4-羧基苯酚、3-羧基苯硫酚、4-羧基苯硫酚、1-羟基-7-羧基萘、1-羟基-6-羧基萘、1-羟基-5-羧基萘、1-巯基-7-羧基萘、1-巯基-6-羧基萘、1-巯基-5-羧基萘等单羧酸类;及这些单羧酸类的羧基经酰氯化而得到的单酰氯化合物;对苯二甲酸、邻苯二甲酸、马来酸、环己烷二甲酸、1,5-二羧基萘、1,6-二羧基萘、1,7-二羧基萘、2,6-二羧基萘等二羧酸类的仅1个羧基经酰氯化而得到的单酰氯化合物;通过单酰氯化合物与n-羟基苯并三唑、n-羟基-5-降冰片烯-2,3-二羧酰亚胺的反应而得到的活性酯化合物。可以使用这些中的两种以上。
相对于构成(a)成分的酸成分及胺成分的总和100摩尔%而言,上述单胺、酸酐、酰氯、单羧酸等封端剂的含量优选为2~25摩尔%。
导入至(a)成分中的封端剂可利用以下方法容易地检测。例如,将导入有封端剂的树脂溶解于酸性溶液中,分解为作为树脂的结构单元的胺成分和酸成分,利用气相色谱(gc)、nmr对其进行测定,由此能够容易地检测封端剂。除此以外,也可以通过热解气相色谱(pgc)、红外光谱及13c-nmr光谱直接对导入有封端剂的树脂进行测定来检测。
(a)成分的重均分子量优选为10,000以上且50,000以下。重均分子量为10,000以上时,能够使固化后的固化膜的机械特性提高。更优选重均分子量为20,000以上。另一方面,重均分子量为50,000以下时,能够提高基于碱性溶液的显影性,因此优选。
另外,含有两种以上的树脂作为(a)成分时,至少一种的重均分子量在上述范围内即可。
(a)成分可利用已知的方法制作。
为聚酰亚胺前体、例如聚酰胺酸、聚酰胺酸酯等的情况下,例如,可通过下述方法来合成:于低温使四羧酸二酐与二胺化合物反应的方法;利用四羧酸二酐与醇而得到二酯,然后在缩合剂的存在下与胺反应的方法;利用四羧酸二酐与醇而得到二酯,然后将剩下的二羧酸进行酰氯化,并与胺反应的方法;等等。
为聚苯并噁唑前体、例如聚羟基酰胺等的情况下,作为制造方法,可以通过使双氨基酚化合物与二羧酸进行缩合反应而得到。具体而言,有下述方法:使二环己基碳二亚胺(dcc)这样的脱水缩合剂与酸反应,并向其中加入双氨基酚化合物的方法;向加入有吡啶等叔胺的双氨基酚化合物的溶液中滴加二羧酸二酰氯的溶液的方法;等等。
为聚酰亚胺的情况下,例如可以通过下述方式得到:利用加热或者酸、碱等化学处理,将由前述方法得到的聚酰亚胺前体脱水闭环。
为聚苯并噁唑的情况下,例如可以通过下述方式得到:利用加热或者酸、碱等化学处理,将由前述方法得到的聚苯并噁唑前体脱水闭环。
树脂组合物中,除(a)成分外,还可包含其他碱溶性树脂。作为其他碱溶性树脂,具体而言,可举出酚醛树脂、包含具有碱溶性基团的自由基聚合性单体单元的聚合物、硅氧烷聚合物、环状烯烃聚合物、及cardo树脂等。这些树脂可以单独使用,还可以组合多种树脂而使用。在该情况下,将(a)成分与其他碱溶性树脂的整体作为100质量份时,优选使其他碱溶性树脂的含有比例为1~50质量份。
作为酚醛树脂,有novolac树脂、resol树脂。酚醛树脂可通过将各种酚类单独、或它们的混合物与甲醛等醛类进行缩聚而得到。
关于作为构成酚醛树脂的成分的酚类,例如可举出苯酚、对甲酚、间甲酚、邻甲酚、2,3-二甲基苯酚、2,4-二甲基苯酚、2,5-二甲基苯酚、2,6-二甲基苯酚、3,4-二甲基苯酚、3,5-二甲基苯酚、2,3,4-三甲基苯酚、2,3,5-三甲基苯酚、3,4,5-三甲基苯酚、2,4,5-三甲基苯酚、亚甲基双苯酚、亚甲基双对甲酚、间苯二酚、邻苯二酚、2-甲基间苯二酚、4-甲基间苯二酚、邻氯苯酚、间氯苯酚、对氯苯酚、2,3-二氯苯酚、间甲氧基苯酚、对甲氧基苯酚、对丁氧基苯酚、邻乙基苯酚、间乙基苯酚、对乙基苯酚、2,3-二乙基苯酚、2,5-二乙基苯酚、对异丙基苯酚、α-萘酚、β-萘酚等。这些可以单独使用,或者以它们的混合物的形式使用。
另外,作为与酚类进行缩聚所使用的醛类,可举出甲醛、低聚甲醛、乙醛、苯甲醛、羟基苯甲醛、氯乙醛等。这些可以单独使用,或者以它们的混合物的形式使用。
另外,酚醛树脂可以为利用碳原子数1~20的烷基、氟烷基、羟基、烷氧基、烷氧基甲基、羟甲基、羧基、酯基、硝基、氰基、氟原子及氯原子中的任意一种以上对附加于芳香族环上的氢原子的一部分进行取代而得到的结构等。
就酚醛树脂的重均分子量而言,使用凝胶渗透色谱法(gpc)、并以聚苯乙烯换算计,优选在2,000~50,000的范围内,更优选在3,000~30,000的范围内。分子量为2,000以上时,图案形状、分辨率、显影性、耐热性优异。分子量为50,000以下时,敏感度优异。
作为包含具有碱溶性基团的自由基聚合性单体单元的聚合物,例如可举出包含具有酚式羟基或羧基的自由基聚合性单体单元的聚合物。从图案化时的敏感度、分辨率、显影后的残膜率、耐热性、溶液的保存稳定性等观点考虑,优选使用包含选自邻羟基苯乙烯、间羟基苯乙烯及对羟基苯乙烯、以及它们的烷基、烷氧基、烷氧基甲基、羟甲基取代体中的单体单元的聚合物。这些可以使用一种,也可以并用两种以上。
另外,可以将上述单体与不具有碱溶性基团的其他单体进行共聚。作为其他自由基聚合性单体的优选例,可举出苯乙烯、及苯乙烯的α-位、邻位、间位、对位的烷基、烷氧基、烷氧基甲基、羟甲基、卤素、卤代烷基取代体;丁二烯、异戊二烯;甲基丙烯酸或丙烯酸的甲酯、乙酯、正丙酯、正丁脂、缩水甘油酯及三环[5.2.1.02,6]癸烷-8-基酯这样的各酯化物。从图案化时的敏感度、分辨率、显影后的残膜率、耐热性、耐溶剂性、与基底的密合性、溶液的保存稳定性等观点考虑,是优选使用的。这些可以使用一种,也可以并用两种以上。
在使用具有酚式羟基的自由基聚合性单体与其他自由基聚合性单体的共聚物作为(a)成分的情况下,相对于具有上述酚式羟基的自由基聚合性单体及其他自由基聚合性单体的合计量而言,其他自由基聚合性单体的比例优选为5质量%以上。另外,优选为30质量%以下,更优选为20质量%以下。通过使其他自由基聚合性单体的比例为5质量%以上,耐热性、耐化学药品性提高,因此优选。另外,通过为30质量%以下,容易进行碱显影,因此优选。另外,在使用具有羧基的自由基聚合性单体与其他自由基聚合性单体的共聚物作为(a)成分的情况下,相对于具有羧基的自由基聚合性单体与其他自由基聚合性单体的合计量而言,其他自由基聚合性单体的理想比例优选为10质量%以上。另外,优选为90质量%以下,更优选为80质量%以下。通过使其他自由基聚合性单体的比例为10质量%以上,耐热性、耐化学药品性提高,因此优选。另外,通过使其他自由基聚合性单体的比例为90质量%以下,容易进行碱显影,因此优选。
就包含具有碱溶性基团的自由基聚合性单体的聚合物的重均分子量而言,使用凝胶渗透色谱法并以聚苯乙烯换算计,优选为2,000~100,000,更优选为3,000~50,000,尤其优选为5,000~30,000。重均分子量为2,000以上时,图案形状、分辨率、显影性及耐热性变良好。另外,重均分子量为100,000以下时,显影性及敏感度变良好。
这些包含具有碱溶性基团的自由基聚合性单体的聚合物可以单独使用或混合两种以上使用。另外,可以利用下述方法合成碱溶性树脂:在聚合前预先向羧基、酚式羟基导入保护基团并在聚合后脱保护,由此赋予碱溶性。此外,可以通过加氢处理等来改变可见光下的透明性、软化点。
硅氧烷聚合物是通过将有机硅烷水解缩合而得到的硅氧烷聚合物。例如,可举出如下方法等:向有机硅烷中添加溶剂、水、根据需要加入的催化剂,于50~150℃加热搅拌0.5~100小时左右。在搅拌过程中,可以根据需要通过蒸馏将水解副产物(甲醇等醇)、缩合副产物(水)蒸馏除去。
作为有机硅烷的具体例,可举出四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、四乙酰氧基硅烷、四苯氧基硅烷等4官能性硅烷;甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、甲基三异丙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、对羟基苯基三甲氧基硅烷等3官能性硅烷;二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、二甲基二乙酰氧基硅烷、二正丁基二甲氧基硅烷、二苯基二甲氧基硅烷、(3-环氧丙氧基丙基)甲基二甲氧基硅烷、(3-环氧丙氧基丙基)甲基二乙氧基硅烷、二(1-萘基)二甲氧基硅烷、二(1-萘基)二乙氧基硅烷等2官能性硅烷;三甲基甲氧基硅烷、三正丁基乙氧基硅烷、(3-环氧丙氧基丙基)二甲基甲氧基硅烷、(3-环氧丙氧基丙基)二甲基乙氧基硅烷等1官能性硅烷;扶桑化学工业株式会社制硅酸甲酯51、多摩化学工业株式会社制m硅酸酯51、硅酸酯40、硅酸酯45、colcoat株式会社制硅酸甲酯51、硅酸甲酯53a、硅酸乙酯40等。可以使用这些有机硅烷中的两种以上。
硅氧烷聚合物的重均分子量没有特别限制,利用gpc(凝胶渗透色谱)进行测定且以聚苯乙烯换算计为1,000以上时,涂膜性提高,因此优选。另一方面,从在显影液中的溶解性的观点考虑,重均分子量优选为100,000以下,更优选为50,000以下。
所谓环状烯烃聚合物,是指具有环状结构(脂环或芳香环)和碳-碳双键的环状烯烃单体的、均聚物或共聚物。环状烯烃聚合物可以具有除环状烯烃单体以外的单体。
作为用于构成环状烯烃聚合物的单体,可举出具有质子性极性基团的环状烯烃单体、具有质子性以外的极性基团的环状烯烃单体、不具有极性基团的环状烯烃单体、及环状烯烃以外的单体等。
作为具有质子性极性基团的环状烯烃单体的具体例,可举出5-羟基羰基双环[2.2.1]庚-2-烯、5-甲基-5-羟基羰基双环[2.2.1]庚-2-烯、8-羟基羰基四环[4.4.0.12,5.17,10]十二-3-烯等含有羧基的环状烯烃;5-(4-羟基苯基)双环[2.2.1]庚-2-烯、5-甲基-5-(4-羟基苯基)双环[2.2.1]庚-2-烯、8-(4-羟基苯基)四环[4.4.0.12,5.17,10]十二-3-烯等含有羟基的环状烯烃等。
作为具有质子性以外的极性基团的环状烯烃单体的具体例,可举出5-乙酰氧基双环[2.2.1]庚-2-烯、5-甲氧基羰基双环[2.2.1]庚-2-烯、8-乙酰氧基四环[4.4.0.12,5.17,10]十二-3-烯等具有酯基的环状烯烃;n-苯基-(5-降冰片烯-2,3-二羧酰亚胺)等具有n-取代酰亚胺基的环状烯烃;8-氰基四环[4.4.0.12,5.17,10]十二-3-烯、8-甲基-8-氰基四环[4.4.0.12,5.17,10]十二-3-烯、5-氰基双环[2.2.1]庚-2-烯等具有氰基的环状烯烃;8-氯四环[4.4.0.12,5.17,10]十二-3-烯、8-甲基-8-氯四环[4.4.0.12,5.17,10]十二-3-烯等具有卤原子的环状烯烃。
作为不具有极性基团的环状烯烃单体的具体例,可举出双环[2.2.1]庚-2-烯、5-乙基-双环[2.2.1]庚-2-烯、三环[4.3.0.12,5]癸-3,7-二烯等。作为环状烯烃以外的单体的具体例,可举出乙烯、丙烯、1-丁烯等碳原子数2~20的α-烯烃、1,4-己二烯等碳原子数2~20的非共轭二烯等链状烯烃。
这些单体可以各自单独使用,也可以组合两种以上而使用。
作为使用上述单体聚合成环状烯烃聚合物的方法,可使用通常的方法。例如,可举出开环聚合法、加成聚合法等。作为聚合催化剂,例如优选使用钼、钌、锇等的金属络合物。这些聚合催化剂可以各自单独使用或组合两种以上而使用。
所谓cardo树脂,是指具有cardo结构、即在构成环状结构的季碳原子上键合有两个环状结构而成的骨架结构的树脂。通常的cardo结构是在芴环上键合有苯环而成的。作为具体例,可举出芴骨架、双酚芴骨架、双氨基苯基芴骨架、具有环氧基的芴骨架、具有丙烯酸系基团的芴骨架等。cardo树脂是具有该cardo结构的骨架通过键合于其上的官能团之间的反应等进行聚合而形成的。cardo树脂具有通过一个元素将主链与体积大的侧链连接而成的结构(cardo结构),并在与主链大致垂直的方向上具有环状结构。
作为具有cardo结构的单体的具体例,可举出双(环氧丙氧基苯基)芴型环氧树脂、9,9-双(4-羟基苯基)芴、9,9-双(4-羟基-3-甲基苯基)芴等含有cardo结构的双酚类、9,9-双(氰基甲基)芴等9,9-双(氰基烷基)芴类、9,9-双(3-氨基丙基)芴等9,9-双(氨基烷基)芴类等。也可以为与其他可共聚的单体的共聚物。
作为上述单体的聚合方法,可使用通常的方法,例如可举出开环聚合法、加成聚合法等。
本发明的树脂组合物可以含有(b)感光剂(以下,有时称为(b)成分)。通过含有(b)成分,能够对树脂组合物赋予感光性。
(b)成分为感应紫外线而化学结构发生变化的化合物,例如可举出光产酸剂、光产碱剂、光聚合引发剂等。使用光产酸剂作为(b)成分的情况下,在树脂组合物的光照射部产生酸,光照射部在碱性显影液中的溶解性增大,因此能够得到光照射部溶解的正型图案。使用光产碱剂作为(b)成分的情况下,在树脂组合物的光照射部产生碱,光照射部在碱性显影液中的溶解性降低,因此能够得到光照射部不溶化的负型图案。使用光聚合引发剂作为(b)成分的情况下,在树脂组合物的光照射部产生自由基,进行自由基聚合,在碱性显影液中不溶化,由此能够形成负型图案。另外,曝光时的uv固化被促进,可提高敏感度。
上述(b)成分中,从得到高敏感度且高分辨率的图案的观点考虑,优选光产酸剂。作为光产酸剂,可举出醌二叠氮化合物、锍盐、鏻盐、重氮鎓盐、碘鎓盐等。此外,可以根据需要包含敏化剂等。
作为醌二叠氮化合物,优选萘醌二叠氮的磺酸以酯键键合于具有酚式羟基的化合物而得到的化合物。可示例将二叠氮基萘醌-4-磺酸或二叠氮基萘醌-5-磺酸以酯键导入至作为此处使用的具有酚式羟基的化合物的bis-z、bisp-ez、tekp-4hbpa、trisp-hap、trisp-pa、trisp-sa、trisocr-pa、bisochp-z、bisp-mz、bisp-pz、bisp-ipz、bisocp-ipz、bisp-cp、bisrs-2p、bisrs-3p、bisp-ochp、methylenetris-fr-cr、bisrs-26x、dml-mbpc、dml-mboc、dml-ochp、dml-pchp、dml-pc、dml-ptbp、dml-34x、dml-ep,dml-pop、dimethylol-bisoc-p、dml-pfp、dml-psbp、dml-mtrispc、triml-p、triml-35xl、tml-bp、tml-hq、tml-pp-bpf、tml-bpa、tmom-bp、hml-tpphba、hml-tphap(商品名,本州化学工业(株)制)、bir-oc、bip-pc、bir-pc、bir-ptbp、bir-pchp、bip-bioc-f、4pc、bir-bipc-f、tep-bip-a、46dmoc、46dmoep、tm-bip-a(商品名,旭有机材工业(株)制)、2,6-二甲氧基甲基-4-叔丁基苯酚、2,6-二甲氧基甲基-对甲酚、2,6-二乙酰氧基甲基-对甲酚、萘酚、四羟基二苯甲酮、没食子酸甲酯、双酚a、双酚e、亚甲基双苯酚、bisp-ap(商品名,本州化学工业(株)制)等化合物而得到的物质作为优选的化合物,但也可以使用除此以外的化合物。
另外,优选地,具有酚式羟基的化合物的官能团整体的50摩尔%以上被醌二叠氮基取代。通过使用50摩尔%以上被取代的醌二叠氮化合物,醌二叠氮化合物与碱性水溶液的亲和性降低,使未曝光部的树脂组合物在碱性水溶液中的溶解性大幅降低,并且通过曝光,二叠氮基醌磺酰基转变为茚甲酸,曝光部的具有感光性的树脂组合物在碱性水溶液中能够获得高的溶解速度,结果,增大组合物的曝光部与未曝光部的溶解速度比,能够以高的分辨率得到图案。通过使用这样的醌二叠氮化合物,能够得到对通常的汞灯i线(365nm)、h线(405nm)、g线(436nm)、包含它们的宽频带进行感光的具有正型感光性的树脂组合物。另外,(b)成分可以仅使用一种,也可以组合两种以上而使用,能够得到高敏感度的具有感光性的树脂组合物。
作为醌二叠氮,优选使用二叠氮基萘醌-5-磺酰基、二叠氮基萘醌-4-磺酰基中的任意。二叠氮基萘醌-5-磺酰酯化合物的吸收延伸至汞灯的g线区域,适用于g线曝光及全波长曝光。二叠氮基萘醌-4-磺酰酯化合物在汞灯的i线区域具有吸收,适用于i线曝光。优选根据曝光的波长选择二叠氮基萘醌-4-磺酰酯化合物、或二叠氮基萘醌-5-磺酰酯化合物。另外,也可以得到在同一分子中包含二叠氮基萘醌-4-磺酰基及二叠氮基萘醌-5-磺酰基的二叠氮基萘醌磺酰酯化合物。也可以并用二叠氮基萘醌-4-磺酰酯化合物和二叠氮基萘醌-5-磺酰酯化合物。
醌二叠氮化合物可以通过具有酚式羟基的化合物与醌二叠氮基磺酸化合物的酯化反应、利用已知的方法合成。通过使用醌二叠氮化合物,分辨率、敏感度、残膜率进一步提高。
从利用热处理得到的膜的耐热性、机械特性及粘接性的观点考虑,(b)成分的分子量优选为300以上,更优选为350以上,优选为3,000以下,更优选为1,500以下。
(b)成分中,锍盐、鏻盐及重氮鎓盐使通过曝光产生的酸成分适度地稳定化,因此优选。其中,优选锍盐。
相对于(a)成分100质量份而言,(b)成分的含量优选为0.1质量份以上且100质量份以下。(b)成分的含量为0.1质量份以上且100质量份以下时,能够在维持热处理后的膜的耐热性、耐化学药品性及机械特性的同时赋予感光性。
(b)成分为醌二叠氮化合物时,相对于(a)成分100质量份而言,(b)成分的含量更优选为1质量份以上,进一步优选为3质量份以上。另外,更优选为100质量份以下,进一步优选为80质量份以下。为1质量份以上且80质量份以下时,能够在维持热处理后的膜的耐热性、耐化学药品性及机械特性的同时赋予感光性。
(b)成分为锍盐、鏻盐或重氮鎓盐时,相对于(a)成分100质量份而言,(b)成分的含量更优选为0.1质量份以上,进一步优选为1质量份以上,尤其优选为3质量份以上。另外,更优选为100质量份以下,进一步优选为80质量份以下,尤其优选为50质量份以下。为0.1质量份以上且80质量份以下时,能够在维持热处理后的膜的耐热性、耐化学药品性及机械特性的同时赋予感光性。
出于加强碱显影性的目的,树脂组合物中可以含有具有酚式羟基的化合物。作为具有酚式羟基的化合物,例如,可举出bis-z、bisoc-z、bisopp-z、bisp-cp、bis26x-z、bisotbp-z、bisochp-z、bisocr-cp、bisp-mz、bisp-ez、bis26x-cp、bisp-pz、bisp-ipz、biscripz、bisocp-ipz、bisoipp-cp、bis26x-ipz、bisotbp-cp、tekp-4hbpa(tetrakisp-do-bpa)、trisphap、trisp-pa、trisp-phba、trisp-sa、trisocr-pa、bisofp-z、bisrs-2p、bispg-26x、bisrs-3p、bisoc-ochp、bispc-ochp、bis25x-ochp、bis26x-ochp、bisochp-oc、bis236t-ochp、methylenetris-fr-cr、bisrs-26x、bisrs-ochp、(商品名,本州化学工业(株)制)、bir-oc、bip-pc、bir-pc、bir-ptbp、bir-pchp、bip-bioc-f、4pc、bir-bipc-f、tep-bip-a(商品名,旭有机材工业(株)制)、1,4-二羟基萘、1,5-二羟基萘、1,6-二羟基萘、1,7-二羟基萘、2,3-二羟基萘、2,6-二羟基萘、2,7-二羟基萘、2,4-二羟基喹啉、2,6-二羟基喹啉、2,3-二羟基喹喔啉、1,2,10-三羟基蒽、1,8,9-三羟基蒽、8-羟基喹啉等。
通过使树脂组合物含有这些具有酚式羟基的化合物,从而在曝光前基本不溶解于碱性显影液中,而在曝光后则容易地溶解于碱性显影液中,因此由显影导致的膜减损少,并且容易在短时间内进行显影。因此,敏感度容易提高。
使用光产碱剂作为(b)成分时,作为光产碱剂,具体而言,可举出酰胺化合物、铵盐等。
作为酰胺化合物,例如可举出2-硝基苯基甲基-4-甲基丙烯酰氧基哌啶-1-羧酸酯、9-蒽基甲基-n,n-二甲基氨基甲酸酯、1-(蒽醌-2-基)乙基咪唑羧酸酯、(e)-1-[3-(2-羟基苯基)-2-丙烯酰基]哌啶等。
作为铵盐,例如可举出1,2-二异丙基-3-(双二甲基氨基)亚甲基)胍2-(3-苯甲酰基苯基)丙酸酯、(z)-{[双(二甲基氨基)亚甲基]氨基}-n-环己基氨基)甲铵四(3-氟苯基)硼酸酯、1,2-二环己基-4,4,5,5-四甲基双胍正丁基三苯基硼酸酯等。
使用光产碱剂作为(b)成分的情况下,相对于(a)成分100质量份而言,树脂组合物中的(b)成分的含量优选为0.1质量份以上,更优选为0.5质量份以上,进一步优选为0.7质量份以上,尤其优选为1质量份以上。若含量在上述范围内,则能够使曝光时的敏感度提高。另一方面,含量优选为25质量份以下,更优选为20质量份以下,进一步优选为17质量份以下,尤其优选为15质量份以下。若含量在上述范围内,则能够使显影后的分辨率提高。
使用光聚合引发剂作为(b)成分的情况下,作为光聚合引发剂,例如优选苄基缩酮系光聚合引发剂、α-羟基酮系光聚合引发剂、α-氨基酮系光聚合引发剂、酰基氧化膦系光聚合引发剂、肟酯系光聚合引发剂、吖啶系光聚合引发剂、二苯甲酮系光聚合引发剂、苯乙酮系光聚合引发剂、芳香族酮酸酯系光聚合引发剂或苯甲酸酯系光聚合引发剂、二茂钛系光聚合引发剂。从提高曝光时的敏感度的观点考虑,更优选α-羟基酮系光聚合引发剂、α-氨基酮系光聚合引发剂、酰基氧化膦系光聚合引发剂、肟酯系光聚合引发剂、吖啶系光聚合引发剂或二苯甲酮系光聚合引发剂,进一步优选α-氨基酮系光聚合引发剂、酰基氧化膦系光聚合引发剂、肟酯系光聚合引发剂。
作为苄基缩酮系光聚合引发剂,例如可举出2,2-二甲氧基-1,2-二苯基乙烷-1-酮。
作为α-羟基酮系光聚合引发剂,例如可举出1-(4-异丙基苯基)-2-羟基-2-甲基丙烷-1-酮、2-羟基-2-甲基-1-苯基丙烷-1-酮、1-羟基环己烷苯酮、1-[4-(2-羟基乙氧基)苯基]-2-羟基-2-甲基丙烷-1-酮或2-羟基-1-[4-[4-(2-羟基-2-甲基丙酰基)苄基]苯基]-2-甲基丙烷-1-酮。
作为α-氨基酮系光聚合引发剂,例如可举出2-二甲基氨基-2-甲基-1-苯基丙烷-1-酮、2-二乙基氨基-2-甲基-1-苯基丙烷-1-酮、2-甲基-2-吗啉代-1-苯基丙烷-1-酮、2-二甲基氨基-2-甲基-1-(4-甲基苯基)丙烷-1-酮、2-二甲基氨基-1-(4-乙基苯基)-2-甲基丙烷-1-酮、2-二甲基氨基-1-(4-异丙基苯基)-2-甲基丙烷-1-酮、1-(4-丁基苯基)-2-二甲基氨基-2-甲基丙烷-1-酮、2-二甲基氨基-1-(4-甲氧基苯基)-2-甲基丙烷-1-酮、2-二甲基氨基-2-甲基-1-(4-甲硫基苯基)丙烷-1-酮、2-甲基-1-(4-甲硫基苯基)-2-吗啉代丙烷-1-酮、2-苄基-2-二甲基氨基-1-(4-吗啉代苯基)-丁烷-1-酮、2-苄基-2-二甲基氨基-1-(4-二甲基氨基苯基)-丁烷-1-酮、2-二甲基氨基-2-[(4-甲基苯基)甲基]-1-[4-(4-吗啉基)苯基]-1-丁酮。
作为酰基氧化膦系光聚合引发剂,例如可举出2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦、双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)-苯基氧化膦或双(2,6-二甲氧基苯甲酰基)-(2,4,4-三甲基戊基)氧化膦。
作为肟酯系光聚合引发剂,例如可举出1-苯基丙烷-1,2-二酮-2-(o-乙氧基羰基)肟、1-苯基丁烷-1,2-二酮-2-(o-甲氧基羰基)肟、1,3-二苯基丙烷-1,2,3-三酮-2-(o-乙氧基羰基)肟、1-[4-(苯硫基)苯基]辛烷-1,2-二酮-2-(o-苯甲酰基)肟、1-[4-[4-(羧基苯基)硫基]苯基]丙烷-1,2-二酮-2-(o-乙酰基)肟、1-[9-乙基-6-(2-甲基苯甲酰基)-9h-咔唑-3-基]乙酮-1-(o-乙酰基)肟、1-[9-乙基-6-[2-甲基-4-[1-(2,2-二甲基-1,3-二氧杂环戊烷-4-基)甲氧基]苯甲酰基]-9h-咔唑-3-基]乙酮-1-(o-乙酰基)肟或“adekaarkls”(注册商标)nci-831。
作为吖啶系光聚合引发剂,例如可举出1,7-双(吖啶-9-基)-正庚烷。
作为二苯甲酮系光聚合引发剂,例如可举出二苯甲酮、4,4’-双(二甲基氨基)二苯甲酮、4,4’-双(二乙基氨基)二苯甲酮、4-苯基二苯甲酮、4,4-二氯二苯甲酮、4-羟基二苯甲酮、烷基化二苯甲酮、3,3’,4,4’-四(叔丁基过氧化羰基)二苯甲酮、4-甲基二苯甲酮、二苄基酮或芴酮。
作为苯乙酮系光聚合引发剂,例如可举出2,2-二乙氧基苯乙酮、2,3-二乙氧基苯乙酮、4-叔丁基二氯苯乙酮、亚苄基乙酰苯或4-叠氮亚苄基乙酰苯。
作为芳香族酮酸酯系光聚合引发剂,例如,可举出2-苯基-2-氧代乙酸甲酯。
作为苯甲酸酯系光聚合引发剂,例如可举出4-二甲基氨基苯甲酸乙酯、4-二甲基氨基苯甲酸(2-乙基)己酯、4-二乙基氨基苯甲酸乙酯或2-苯甲酰基苯甲酸甲酯。
作为二茂钛系光聚合引发剂,例如可举出双(η5-2,4-环戊二烯-1-基)-双[2,6-二氟)-3-(1h-吡咯-1-基)苯基]钛(iv)或双(η5-3-甲基-2,4-环戊二烯-1-基)-双(2,6-二氟苯基)钛(iv)。
使用光聚合引发剂作为(b)成分的情况下,相对于(a)成分100质量份而言,树脂组合物中的(b)成分的含量优选为0.1质量份以上,更优选为0.5质量份以上,进一步优选为0.7质量份以上,尤其优选为1质量份以上。若含量在上述范围内,则能够使曝光时的敏感度提高。另一方面,含量优选为25质量份以下,更优选为20质量份以下,进一步优选为17质量份以下,尤其优选为15质量份以下。若含量在上述范围内,则能够使显影后的分辨率提高。
使用光聚合引发剂作为(b)成分的情况下,优选树脂组合物还含有自由基聚合性化合物。
自由基聚合性化合物是指在分子中具有多个烯键式不饱和双键基团的化合物。含有光聚合引发剂作为(b)成分的情况下,通过包含自由基聚合性化合物,曝光时,借助由光聚合引发剂产生的自由基,从而使得自由基聚合性化合物的自由基聚合得以进行,树脂组合物的膜的曝光部变得不溶于碱性显影液中,由此能够形成负型图案。通过使树脂组合物含有自由基聚合性化合物,从而促进曝光时的uv固化,能够提高曝光时的敏感度。此外,热固化后的交联密度提高,能够提高使树脂组合物固化而得到的固化膜的硬度。
作为自由基聚合性化合物,优选容易进行自由基聚合的具有甲基丙烯酸系基团及/或丙烯酸系基团(以下,有时也将它们一并简称为(甲基)丙烯酸系基团。化合物名中有时也使用同样的简称)的化合物。从曝光时的敏感度提高及固化膜的硬度提高的观点考虑,更优选在分子内具有两个以上(甲基)丙烯酸系基团的化合物。作为自由基聚合性化合物的双键当量,从提高曝光时的敏感度及提高固化膜的硬度的观点考虑,优选80~400g/mol。
作为自由基聚合性化合物,例如可举出二乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、三乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、四乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、丙二醇二(甲基)丙烯酸酯、三羟甲基丙烷二(甲基)丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、乙氧基化三羟甲基丙烷二(甲基)丙烯酸酯、乙氧基化三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、二(三羟甲基)丙烷三(甲基)丙烯酸酯、二(三羟甲基)丙烷四(甲基)丙烯酸酯、1,3-丁二醇二(甲基)丙烯酸酯、新戊二醇二(甲基)丙烯酸酯、1,4-丁二醇二(甲基)丙烯酸酯、1,6-己二醇二(甲基)丙烯酸酯、1,9-壬二醇二(甲基)丙烯酸酯、1,10-癸二醇二(甲基)丙烯酸酯、二羟甲基-三环癸烷二(甲基)丙烯酸酯、乙氧基化丙三醇三(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇三(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇四(甲基)丙烯酸酯、乙氧基化季戊四醇三(甲基)丙烯酸酯、乙氧基化季戊四醇四(甲基)丙烯酸酯、二季戊四醇五(甲基)丙烯酸酯、二季戊四醇六(甲基)丙烯酸酯、三季戊四醇七(甲基)丙烯酸酯、三季戊四醇八(甲基)丙烯酸酯、四季戊四醇九(甲基)丙烯酸酯、四季戊四醇十(甲基)丙烯酸酯、五季戊四醇十一(甲基)丙烯酸酯、五季戊四醇十二(甲基)丙烯酸酯、乙氧基化双酚a二(甲基)丙烯酸酯、2,2-双[4-(3-(甲基)丙烯酰氧基-2-羟基丙氧基)苯基]丙烷、1,3,5-三((甲基)丙烯酰氧基乙基)异氰尿酸、1,3-双((甲基)丙烯酰氧基乙基)异氰尿酸、9,9-双[4-(2-(甲基)丙烯酰氧基乙氧基)苯基]芴、9,9-双[4-(3-(甲基)丙烯酰氧基丙氧基)苯基]芴或9,9-双(4-(甲基)丙烯酰氧基苯基)芴或它们的酸改性物、环氧乙烷改性物或环氧丙烷改性物。从提高曝光时的敏感度及提高固化膜的硬度的观点考虑,优选三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、二(三羟甲基)丙烷三(甲基)丙烯酸酯、二(三羟甲基)丙烷四(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇三(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇四(甲基)丙烯酸酯、二季戊四醇五(甲基)丙烯酸酯、二季戊四醇六(甲基)丙烯酸酯、三季戊四醇七(甲基)丙烯酸酯、三季戊四醇八(甲基)丙烯酸酯、2,2-双[4-(3-(甲基)丙烯酰氧基-2-羟基丙氧基)苯基]丙烷、1,3,5-三((甲基)丙烯酰氧基乙基)异氰尿酸、1,3-双((甲基)丙烯酰氧基乙基)异氰尿酸、9,9-双[4-(2-(甲基)丙烯酰氧基乙氧基)苯基]芴、9,9-双[4-(3-(甲基)丙烯酰氧基丙氧基)苯基]芴或9,9-双(4-(甲基)丙烯酰氧基苯基)芴或它们的酸改性物、环氧乙烷改性物或环氧丙烷改性物,从提高显影后的分辨率的观点考虑,更优选它们的酸改性物或环氧乙烷改性物。另外,从提高显影后的分辨率的观点考虑,使分子内具有两个以上环氧丙氧基的化合物与具有烯键式不饱和双键基团的不饱和羧酸进行开环加成反应,使得到的化合物与多元羧酸或多元羧酸酐进行反应而得到的化合物也是优选的。
相对于(a)成分100质量份而言,自由基聚合性化合物的含量优选为15质量份以上,更优选为20质量份以上,进一步优选为25质量份以上,尤其优选为30质量份以上。含量在上述范围内时,能够提高曝光时的敏感度。另一方面,含量优选为65质量份以下,更优选为60质量份以下,进一步优选为55质量份以下,尤其优选为50质量份以下。含量在上述范围内时,能够提高固化膜的耐热性。
本发明的树脂组合物包含(e)分子量为60以上且1000以下的具有叔酰胺结构的化合物。通过包含(e)成分,从而与(b)成分、后述的(d)成分相互作用,使(b)成分、(d)成分稳定化。因此,例如在室温下保存树脂组合物时,能够抑制(b)成分的失活或与其他成分的反应、(d)成分与其他成分的反应,因此保存稳定性提高。另外,关于从树脂组合物得到的树脂膜,也呈现出同样的效果。另外,也与曝光时产生的酸等成分相互作用而使树脂膜稳定,因此涂布后、曝光后的放置稳定性也提高。此外,敏感度也提高。另外,在使树脂组合物固化而得到的固化膜中,(e)成分残留在固化膜中,将器件可靠性试验时由(b)成分等产生的酸等捕获,因此抑制金属材料的腐蚀、氧化、离子化等,抑制固化膜-金属材料之间的剥离。即,能够抑制器件在可靠性试验后的器件特性的降低。
通过使(e)成分的分子量为60以上且1000以下,容易形成与(b)成分、(d)成分的相互作用,稳定化作用提高。
作为(e)成分,优选通式(4)~通式(6)表示的化合物。
[化学式6]
通式(4)中,z表示氧原子或氮原子。r28表示碳原子数1~10的烷基、或者该烷基被-co-、-o-、或-oh取代而得到的基团。z为氧原子时,r29未取代,z为氮原子时,r29表示碳原子数1~10的烷基、或者该烷基被-co-、-o-、或-oh取代而得到的基团。r30表示氢原子、碳原子数1~10的烷基、或者该烷基被-co-、-o-、或-oh取代而得到的基团。m表示0~1的整数,n表示1~5的整数。
[化学式7]
通式(5)中,r31~r34各自独立地表示碳原子数1~6的烷基。
[化学式8]
通式(6)中,r35及r36各自独立地表示碳原子数1~10的烷基或者该烷基被-co-、-o-、或-oh取代而得到的基团。另外,r35及r36可以形成环状结构。r37表示碳原子数1~20的烷基、芳香族基团、或者该烷基或芳香族基团被-co-、-o-、或-oh取代而得到的基团。
关于通式(4)表示的化合物,可举出以下化合物作为例子,但并不限于下述结构。
[化学式9]
关于通式(5)表示的化合物,可举出以下化合物作为例子,但并不限于下述结构。
[化学式10]
关于通式(6)表示的化合物,可举出以下化合物作为例子,但并不限于下述结构。
[化学式11]
作为(e)成分,优选熔点为-70℃以上且15℃以下并且沸点为100℃以上且400℃以下的化合物。通过使(e)成分的熔点及沸点在该范围内,从而能够抑制树脂组合物的保存稳定性及放置稳定性的降低、以及应用固化膜(使树脂组合物固化而得到)的器件在可靠性试验后的器件特性的降低。从制造时的操作性、树脂组合物的保存稳定性及放置稳定性的观点考虑,进一步优选的是,(e)成分的熔点为-50℃以上且10℃以下。另外,通过使(e)成分的沸点为150℃以上且300℃以下,从而在加热干燥后或固化后残留有适量的(e)成分,由此能够提高树脂组合物的保存稳定性及放置稳定性,此外,还能够抑制应用固化膜(使树脂组合物固化而得到)的器件在可靠性试验后的器件特性的降低,从这一方面考虑是进一步优选的。
相对于(a)成分100质量份而言,(e)成分的含量优选为4质量份以上且1600质量份以下。含量进一步优选为10质量份以上。另外,含量进一步优选为1000质量份以下。通过使含量为4质量份以上,从而能够抑制树脂组合物的保存稳定性及放置稳定性的降低、以及应用固化膜(使树脂组合物固化而得到)的器件在可靠性试验后的器件特性的降低。通过使含量为1600质量份以下,树脂组合物的涂布不均减轻,面内均匀性提高,并且来自固化膜的逸气减少,此外,耐化学药品性提高。另外,在全部液体成分100质量%中,(e)成分的含量优选为5质量%以上且50质量%以下。此处,液体成分是指25℃时呈液体的成分,(e)成分及后述的(c)成分属于液体成分。
将本发明的树脂组合物以干燥后成为13μm的方式涂布于基板上、并于120℃加热干燥3分钟,由此得到的树脂膜中包含的(e)成分的含量优选为0.001质量%以上且30质量%以下。通过使树脂膜中包含的(e)成分的含量在上述范围内,从而使得树脂膜的保存稳定性及放置稳定性提高。树脂膜中包含的(e)成分的含量更优选为0.002质量%以上,进一步优选为0.005质量%以上。另外,从防止树脂膜发粘的观点考虑,(e)成分的含量更优选为20质量%以下,进一步优选为10质量%以下。
另外,使树脂组合物固化而得到的固化膜中包含的(e)成分的含量优选为0.05ppm以上且1000ppm以下。通过使固化膜中包含的(e)成分的含量在上述范围内,能够抑制器件在可靠性试验后的器件特性的降低。另外,从上述效果的观点考虑,固化膜中包含的(e)成分的含量更优选为0.1ppm以上,进一步优选为0.5ppm以上。另外,从降低来自固化膜的逸气的观点考虑,固化膜中包含的(e)成分的含量更优选为500ppm以下,进一步优选为300ppm以下。
本发明的树脂组合物可以还含有(c)溶剂(以下,有时称为(c)成分。)。通过含有(c)成分,能够将树脂组合物以溶液的形式使用。
就树脂组合物中的(c)成分的含量而言,优选为使树脂组合物中的固态成分浓度成为5~70质量%,进一步优选使其成为10~60质量%。此处,固态成分是指25℃时呈固体的成分,(a)成分、(b)成分、(d)成分及(f)成分等属于固态成分。通过使(c)成分的含量在上述范围内,能够得到涂布性优异的树脂组合物。
树脂组合物优选包含一种以上的(c1)大气压下的沸点为100℃以上且150℃以下的溶剂作为(c)成分。
通过包含(c1)成分,由于(c1)成分具有高挥发性,能够在短时间内从树脂组合物的涂布膜中除去溶剂。另外,由于涂布膜的干燥的进行、尤其是由于未曝光部在显影液中的溶解性降低,曝光部-未曝光部的对比度差变大,由此敏感度提高。
作为(c1)成分,优选可溶解上述固态成分的溶剂。具体而言,可举出乙二醇单甲基醚(沸点124℃)、丙二醇单甲基醚(沸点120℃)、丙二醇单甲基醚乙酸酯(沸点146℃)等亚烷基二醇单烷基醚类;丙基乙酸酯(沸点102℃)、乙酸丁酯(沸点125℃)、乙酸异丁酯(沸点118℃)等乙酸烷基酯类;甲基丁基酮(沸点116℃)、甲基异丁基酮(沸点116℃)、甲基丙基酮(沸点102℃)等酮类;正丁醇(沸点117℃)、异丁醇(沸点108℃)等醇类等。可以含有它们中的两种以上。
在全部液体成分100质量%中,(c1)成分的含量优选为0.1质量%以上且40质量%以下。通过使含量为0.1质量%以上,敏感度提高。另外,通过使含量为40质量%以下,涂布不均得以被抑制,此外,能够得到保存稳定性、放置稳定性及面内均匀性优异的高稳定性材料。
作为(c)成分,除(c1)成分外,还可以包含选自(c2)通式(10)表示的溶剂中的一种以上的溶剂。
[化学式12]
通式(10)中,r50及r51各自独立地表示碳原子数1~10的烷基或芳香族基团。另外,r50及r51可以形成环状结构。
作为(c2)成分,优选可溶解固态成分的溶剂。具体而言,可举出γ-丁内酯、γ-戊内酯、δ-戊内酯等极性非质子性溶剂;乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸异丁酯、乙酸丙酯、苯甲酸甲酯、苯甲酸乙酯等酯类等。可以含有它们中的两种以上。
在全部液体成分100质量%中,(c2)成分的含量优选为10质量%以上且94.9质量%以下。
本发明的树脂组合物含有(d)环氧基数为3以上的热交联剂。所谓热交联剂,是指在分子内具有至少两个热反应性官能团的化合物。此处,所谓热反应性官能团,是指烷氧基甲基、羟甲基、环氧基、氧杂环丁基等。热交联剂将(a)成分或其他添加成分交联,能够提高热固化后的膜的耐热性、耐化学药品性及硬度。热交联剂可以组合两种以上而使用。
对于(d)成分而言,通过在分子内具有3个以上环氧基,从而能够于低温进行反应,因此即使于低温进行固化,(d)成分也能与其他添加成分牢固地交联,能够使固化膜的耐化学药品性提高。另外,一般情况下,官能团数为3以上的环氧化合物的反应性高,由此会使树脂组合物的保存稳定性、放置稳定性变差,但本发明的树脂组合物通过包含上述(e)成分,保存稳定性、放置稳定性得以改善。
作为(d)成分的具体例,可举出以下物质,但并不限于下述结构。
[化学式13]
[化学式14]
优选地,除了包含(d)成分外,树脂组合物还包含选自3官能以上的烷氧基甲基化合物及3官能以上的羟甲基化合物中的一种以上化合物(以下,有时简称为(d2)成分)。通过包含(d2)成分,交联变得更牢固,能够进一步提高固化膜的耐化学药品性。另外,通过包含(d2)成分,溶液的保存稳定性、放置稳定性提高。此外,得到的固化膜致密化,由此抑制在进行器件可靠性试验时固化膜-金属材料之间的剥离。即,能够抑制器件在可靠性试验后的器件特性的降低。
作为(d2)成分的具体例,可举出以下的羟甲基化合物、或者羟甲基的氢原子被甲基或乙基取代而得到的烷氧基甲基化合物,但并不限于下述结构。
[化学式15]
优选地,除了包含(d)成分外,树脂组合物还包含含有下述通式(7)表示的结构单元的热交联剂(以下,有时简称为(d3)成分)。
[化学式16]
通式(7)中,r38为具有碳原子数1以上且15以下的亚烷基或亚烷基醚基的2价有机基团,直链状、支链状、及环状均可。作为r38的具体例,可举出烷基、环烷基、烷氧基、烷基醚基、烷基甲硅烷基、烷氧基甲硅烷基、芳基、芳基醚基、羧基、羰基、烯丙基、乙烯基、杂环基、它们的组合等,可以进一步具有取代基。r39及r40各自独立地表示氢原子或甲基。
(d3)成分本身具有柔软的亚烷基和刚性的芳香族基团,因此通过包含(d3)成分,得到的固化膜具有耐热性,同时能够实现伸长率提高和低应力化。另外,通过固化膜的致密化,能够抑制在进行器件可靠性试验时固化膜-金属材料之间的剥离。
作为(d3)成分中包含的交联基团,可举出丙烯酸系基团、羟甲基、烷氧基甲基、环氧基等,但并不限定于这些。其中,从能够与(a)成分的酚式羟基反应、提高固化膜的耐热性的观点、以及能够以不脱水的方式进行反应的观点考虑,优选环氧基。
关于包含通式(7)表示的结构单元的化合物,可举出以下化合物作为具体例,但并不限于下述结构。
[化学式17]
式中j为1~5的整数,i为1~20。从同时实现耐热性和伸长率提高的观点考虑,优选地,j为1~2,i为3~7。
上述的热交联剂可以组合两种以上而使用。
相对于(a)成分100质量份而言,热交联剂的含量优选为1质量份以上且200质量份以下。热交联剂的含量为1质量份以上且200质量份以下时,树脂组合物的保存稳定性、放置稳定性优异,能够利用低温下的加热处理而固化,并且能够得到耐化学药品性高的固化膜,此外,能够抑制应用该固化膜的器件在可靠性试验后器件特性的降低。
另外,相对于全部热交联剂的合计100质量%而言,(d)成分的含量优选为1质量%以上且60质量%以下,更优选为5质量%以上且50质量%以下。通过使含量为1质量%以上,从而即使于低温进行固化时,固化膜的耐化学药品性也提高。另外,通过使含量为60质量%以下,能够维持树脂组合物的保存稳定性及放置稳定性。(d2)成分的含量优选为1~95质量%,更优选为5~90质量%。通过使含量为1质量%以上,保存稳定性、放置稳定性及耐化学药品性提高,能够抑制器件在可靠性试验后的器件特性的降低。另外,通过使含量为90质量%以下,能够维持树脂组合物的敏感度。(d3)成分的含量优选为1~60质量%,更优选为5~50质量%。通过使含量为1质量%以上,即使于低温进行加热处理,耐化学药品性也提高,并且能够实现高伸长率化及低应力化。另外,通过使含量为60质量%以下,能够维持树脂组合物的敏感度。
树脂组合物可根据需要包含(f)抗氧化剂(以下,有时简称为(f)成分)。作为(f)成分,可举出通式(8)表示的化合物,但并不限于下述结构。
[化学式18]
通式(8)中,r41表示氢原子或碳原子数1以上15以下的烷基,r42表示碳原子数2以上的亚烷基。r43表示包含碳原子数2以上的亚烷基、o原子、及n原子中的至少任一者的1~4价有机基团。k表示1~4的整数。作为r43,可举出烷基、环烷基、烷氧基、烷基醚基、烷基甲硅烷基、烷氧基甲硅烷基、芳基、芳基醚基、羧基、羰基、烯丙基、乙烯基、杂环基、-o-、-nh-、-nhnh-及它们的组合等,也可以进一步具有取代基。其中,从在显影液中的溶解性、金属密合性的观点考虑,优选烷基醚基或-nh-,从与(a)成分的相互作用及由形成金属络合物带来的金属密合性的观点考虑,更优选-nh-。
通过包含(f)成分,从而抑制(a)成分的脂肪族基团、酚式羟基的氧化劣化。另外,通过对金属材料赋予防锈作用,能够抑制由来自外部的水分、感光剂等带来的金属氧化、伴随其的固化膜-金属材料之间的剥离。即,能够抑制器件在可靠性试验后的器件特性的降低。作为(f)成分的具体例,可举出以下物质,但并不限定于这些。
[化学式19]
[化学式20]
[化学式21]
[化学式22]
另外,相对于(a)成分100质量份而言,(f)成分的添加量优选为0.1~10质量份,更优选为0.2~5质量份。通过使添加量为0.1质量份以上,从而提高与金属材料的密合性,并且抑制剥离。另外,通过使添加量为10质量份以下,能够维持树脂组合物的敏感度。
树脂组合物可根据需要含有密合改良剂。作为密合改良剂,优选含有下述通式(9)表示的化合物。
[化学式23]
通式(9)中,r44~r46表示o原子或s原子、n原子中的任一者,r44~r46中,至少一个表示s原子。d表示0或1,e及f各自独立地表示0~2的整数。r47~r49各自独立地表示氢原子或碳原子数1~20的有机基团。作为r47~r49,可举出氢原子、烷基、环烷基、烷氧基、烷基醚基、烷基甲硅烷基、烷氧基甲硅烷基、芳基、芳基醚基、羧基、羰基、烯丙基、乙烯基、杂环基、它们的组合等,可以进一步具有取代基。
通过含有通式(9)表示的化合物,能够使加热固化后的固化膜与金属材料(尤其是铜)的密合性显著提高,抑制剥离。其原因在于,通式(9)表示的化合物的s原子、n原子与金属表面高效地相互作用,进而形成了容易与金属表面发生相互作用的立体结构。基于这些效果,能够得到与金属材料的粘接性优异的固化膜。
另外,相对于(a)成分100质量份而言,通式(9)表示的化合物的添加量优选为0.1~10质量份。通过使添加量为0.1质量份以上,能够充分地获得与金属材料的密合性的效果。另外,通过使添加量为10质量份以下,在树脂组合物为具有正型感光性的树脂组合物的情况下,通过与感光剂的相互作用,能够抑制固化前的树脂组合物的敏感度降低,因此优选。
关于通式(9)表示的化合物,可举出以下化合物作为例子,但并不限于下述结构。
[化学式24]
[化学式25]
[化学式26]
[化学式27]
[化学式28]
树脂组合物可以包含除上述通式(9)表示的化合物以外的密合改良剂。作为其他密合改良剂,可举出乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、环氧环己基乙基三甲氧基硅烷、3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、3-环氧丙氧基丙基三乙氧基硅烷、对苯乙烯基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、n-苯基-3-氨基丙基三甲氧基硅烷等硅烷偶联剂、钛螯合剂、铝螯合剂、使芳香族胺化合物与含有烷氧基的硅化合物反应而得到的化合物等。可以含有它们中的两种以上。通过含有这些密合改良剂,在对树脂膜进行显影时等,能够提高与硅晶片、ito、sio2、氮化硅等基底基材的密合性。另外,还能够提高针对洗涤等中使用的氧等离子体、uv臭氧处理的耐受性。
相对于(a)成分100质量份而言,树脂组合物中的密合改良剂的含量优选为0.1~10质量份。通过在这样的范围内,能够提高显影后的密合性,能够提供针对氧等离子体、uv臭氧处理的耐受性优异的树脂组合物。
此处,相对于上述通式(9)表示的化合物100质量份而言,其他密合改良剂的含量优选为10~500质量份。通过为这样的范围,能够充分地呈现各密合改良剂的效果。
另外,树脂组合物可以含有粘接改良剂。作为粘接改良剂,可举出含有烷氧基硅烷的芳香族胺化合物、芳香族酰胺化合物或不含有芳香族的硅烷化合物等。可以含有它们中的两种以上。通过含有这些化合物,能够提高基材与将树脂组合物固化而得到的固化膜的粘接性。
以下示出含有烷氧基硅烷的芳香族胺化合物及芳香族酰胺化合物的具体例。除此以外,也可以为使芳香族胺化合物与含有烷氧基的硅化合物反应而得到的化合物,例如可举出使芳香族胺化合物、与具有环氧基、氯甲基等与氨基反应的基团的烷氧基硅烷化合物反应而得到的化合物等。
[化学式29]
作为不含有芳香族的硅烷化合物,可举出乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三氯硅烷、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷等乙烯基硅烷化合物、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、对苯乙烯基三甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二乙氧基硅烷等含有碳-碳不饱和键的硅烷化合物等。这些之中,优选乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷。
相对于(a)成分100质量份而言,粘接改良剂的含量优选为0.01~15质量份。通过为这样的范围,能够提高基材与将树脂组合物固化而得到的固化膜的粘接性。另外,也可以含有如乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷等这样的具有密合改良剂和粘接改良剂这两种功能的化合物。
根据需要,为了提高与基板的润湿性、或者提高涂布膜的膜厚均匀性,树脂组合物可含有表面活性剂。作为表面活性剂,可使用市售的化合物,具体而言,作为有机硅系表面活性剂,可举出dowcorningtoraysiliconeco.,ltd.的sh系列、sd系列、st系列、byk-chemiejapan公司的byk系列、shin-etsusiliconeco.,ltd.的kp系列、日本油脂公司的disfoam系列、toshibasiliconeco.,ltd.的tsf系列等,作为氟系表面活性剂,可举出大日本油墨工业公司的“megafac”(注册商标)系列、住友3m公司的fluorad系列、旭硝子公司的“surflon”(注册商标)系列、“asahiguard”(注册商标)系列、新秋田化成公司的ef系列、omnovasolutions公司的polyfox系列等,作为由丙烯酸系及/或甲基丙烯酸系聚合物所得到的表面活性剂,可举出共荣社化学公司的polyflow系列、楠本化成公司的“disparon”(注册商标)系列等,但并不限定于此。
相对于(a)成分100质量份而言,表面活性剂的含量优选为0.001质量份以上且1质量份以下。通过为上述的范围内,能够在不发生气泡、针孔等不良情况的同时,提高树脂组合物与基板的润湿性、涂布膜的膜厚均匀性。
接着,对本发明的树脂组合物的制造方法进行说明。例如,可以通过将上述(a)、(b)、(c)、(d)、(d2)、(d3)、(e)及(f)的各成分、与根据需要加入的具有酚式羟基的化合物、自由基聚合性化合物、密合改良剂、粘接改良剂、表面活性剂等混合并溶解,从而得到树脂组合物。作为溶解方法,可举出加热、搅拌。进行加热的情况下,加热温度优选在不损害树脂组合物的性能的范围内设定,通常为室温~80℃。另外,各成分的溶解顺序没有特别限定,例如,有从溶解性低的化合物开始依次使其溶解的方法。进行搅拌的情况下,转速优选在不损害树脂组合物的性能的范围内设定,通常为200rpm~2000rpm。进行搅拌的情况下也可以根据需要进行加热,通常为室温~80℃。另外,关于表面活性剂、一部分密合改良剂等在搅拌溶解时容易产生气泡的成分,通过在溶解其他成分之后最后添加,能够防止由气泡的产生导致的其他成分的溶解不良。
树脂组合物的粘度优选为2~5,000mpa·s。通过调节固态成分浓度以使粘度成为2mpa·s以上,从而容易得到期望的膜厚。另一方面,粘度为5,000mpa·s以下时,容易得到均匀性高的涂布膜。具有这样的粘度的树脂组合物例如可通过使固态成分浓度为5~60质量%而容易地得到。
得到的树脂组合物优选使用过滤器进行过滤,除去尘土、粒子。过滤器孔径有例如0.5μm、0.2μm、0.1μm、0.05μm、0.02μm等,但并不限定于此。过滤器的材质有聚丙烯(pp)、聚乙烯(pe)、尼龙(ny)、聚四氟乙烯(ptfe)等,优选为聚乙烯、尼龙。
接着,对本发明的树脂组合物、或者使用了由树脂组合物形成的树脂膜的固化膜的制造方法进行说明。
需要说明的是,此处,树脂膜定义为将树脂组合物涂布于基板的表面、并进行干燥而得到的膜。另外,固化膜定义为将树脂膜固化而得到的膜。
本发明的固化膜的制造方法包括下述工序:将上述树脂组合物涂布基板上、并进行干燥而形成树脂膜的工序;具有感光性的情况下,对树脂膜进行曝光的曝光工序;对经曝光的树脂膜进行显影的显影工序;然后,对经显影的树脂膜进行加热处理的加热处理工序。
首先,将本发明的树脂组合物涂布于基板,得到树脂组合物的涂布膜。作为基板,可使用硅晶片、陶瓷类、砷化镓、有机电路基板、无机电路基板、及在这些基板上配置电路的构成材料而得到的基板等,但并不限定于此。作为涂布方法,有旋涂法、狭缝涂布法、浸涂法、喷涂法、印刷法等方法。另外,涂布膜厚根据涂布方法、组合物的固态成分浓度、粘度等的不同而不同,通常以干燥后的膜厚成为0.1~150μm的方式进行涂布。
在进行涂布前,可以预先利用前述的密合改良剂对要涂布树脂组合物的基材进行前处理。例如可举出下述方法:使用使密合改良剂溶解于异丙醇、乙醇、甲醇、水、四氢呋喃、丙二醇单甲基醚乙酸酯、丙二醇单甲基醚、乳酸乙酯、己二酸二乙酯等溶剂中而成的0.5~20质量%溶液,利用旋涂、缝模涂布、棒涂、浸涂、喷涂、蒸气处理等方法,对基材表面进行处理。在对基材表面进行处理后,可根据需要实施减压干燥处理。另外,然后可以通过50℃~280℃的热处理进行基材与密合改良剂的反应。
接着,对树脂组合物的涂布膜进行干燥,得到树脂膜。就干燥而言,优选使用烘箱、加热板、红外线等而在50℃~140℃的范围内进行1分钟~数小时。
在曝光工序中,隔着具有期望图案的掩模,对具有感光性的树脂膜上照射光化射线。作为曝光中使用的光化射线,有紫外线、可见光线、电子线、x射线等,本发明中,优选使用通常的曝光波长即g线(436nm)、h线(405nm)或i线(365nm)。
接着,对经曝光的树脂膜进行显影。作为显影液,优选四甲基铵、二乙醇胺、二乙基氨基乙醇、氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾、三乙胺、二乙胺、甲胺、二甲胺、乙酸二甲基氨基乙酯、二甲基氨基乙醇、甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯、环己胺、乙二胺、六亚甲基二胺等显示碱性的化合物的水溶液。另外,可根据情况在这些碱性水溶液中添加一种或两种以上的n-甲基-2-吡咯烷酮、n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、γ-丁内酯、二甲基丙烯酰胺等极性溶剂;甲醇、乙醇、异丙醇等醇类;乳酸乙酯、丙二醇单甲基醚乙酸酯等酯类;环戊酮、环己酮、异丁基酮、甲基异丁基酮等酮类等。显影后通常用水进行漂洗处理。此处,也可将乙醇、异丙醇等醇类、乳酸乙酯、丙二醇单甲基醚乙酸酯等酯类等加入水中来进行漂洗处理。
对通过这样的方式得到的树脂膜进行加热,使其进行热交联反应,得到本发明的固化膜。固化膜通过交联而提高耐热性及耐化学药品性。该加热处理可以阶段性地升温而进行,也可以一边连续地升温一边进行。加热处理优选实施5分钟~5小时。作为一例,可举出下述例子:于110℃加热处理30分钟后,进而于170℃热处理60分钟。作为加热处理条件,优选为140℃以上且280℃以下。为了使热交联反应进行,加热处理条件优选为140℃以上,更优选为160℃以上。另外,本发明的目的在于提供尤其是低温固化性方面优异的固化膜,为了抑制与后述的半导体器件的热历程相伴的操作不良、提高收率,加热处理条件优选为280℃以下,更优选为250℃以下,进一步优选为230℃以下。
本发明的固化膜可用于半导体器件等电子部件。即,本发明的半导体器件为具有金属布线及绝缘膜的半导体器件,其具有本发明的固化膜作为绝缘膜。所谓半导体器件,通常是指包含半导体元件、将其集成而得到的集成电路作为部件的器件。本发明中的半导体器件不仅为包含半导体元件的器件,也为包含布线基板等半导体器件用的部件的器件。另外,利用密封树脂保护半导体元件等、进而具有与外部电连接的功能的半导体封装件也包括在本发明的半导体器件内。具体而言,本发明的固化膜适合用于半导体的钝化膜、半导体元件的保护膜、高密度封装用多层布线的层间绝缘膜等用途。
作为本发明的半导体器件的优选例,例如可举出耐热性低的mram等。即,本发明的固化膜优选用作mram的表面保护膜。另外,除mram以外,有望成为下一代存储器的聚合物存储器(polymerferroelectricram:pfram)、相变存储器(phasechangeram:pcram、或ovonicunifiedmemory:oum)也很可能使用与以往的存储器相比耐热性低的新材料。因此,本发明的固化膜也优选用作它们的表面保护膜。另外,也可以用于包含第一电极(形成于基板上)和第二电极(与上述第一电极相对地设置)的显示装置,具体而言,例如,lcd、ecd、eld、使用有机电致发光元件的显示装置(有机电致发光装置)等的绝缘层。
特别是伴随着近年来半导体元件的电极、基板的布线的进一步微细化,具有铜电极、铜布线及凸块的半导体器件成为主流,在它们的形成过程中的铜、势垒金属的蚀刻工序、抗蚀剂的图案形成工序中,与助焊剂等大量药液相接触。将本发明的固化膜用作这样的电极、布线的保护膜时,对这些药液具有高的耐受性,因此尤其优选使用。需要说明的是,制造工序中,铜布线有时进行氧化处理。即使在这样的情况下,本发明的固化膜也可优选使用。
接下来,使用附图,对将本发明的固化膜应用于具有凸块的半导体器件的例子进行说明。图1为具有凸块的半导体器件的焊盘部分的放大截面图。如图1所示,在硅晶片1上形成输入输出用的铝(以下,记为al)焊盘2及钝化膜3,在该钝化膜3中形成有通孔。进而,在其上形成由本发明的树脂组合物的固化物形成的绝缘膜4,进一步地,以与al焊盘2电连接的方式形成金属膜5。作为金属膜5的材料,优选使用cr、ti等。在金属膜5上设置金属布线6。作为金属布线6的材料,优选使用ag、cu等。近年来,如前文所述,尤其优选使用铜布线。优选地,利用镀覆法在金属膜5上将金属布线6成膜。在绝缘膜4及金属膜5上,形成由本发明的树脂组合物的固化物形成的绝缘膜7。绝缘膜7中,需要预先利用光刻工序将划片槽9、及设置焊料凸块10的焊盘部分处开口。在焊盘部分上对势垒金属8进行制膜,然后形成焊料凸块10。当向本发明的树脂组合物中导入了柔软成分时,由于晶片的翘曲小,因此能够以高精度进行曝光、晶片的搬运。另外,由于聚酰亚胺树脂、聚苯并噁唑树脂的机械特性也优异,因此,在封装时还能够缓和来自密封树脂的应力,因此能够防止低介电常数(low-k)层的损伤,提供高可靠性的半导体器件。
接下来,基于图2对半导体器件的详细制作方法进行说明。在图2a的工序中,在形成有al焊盘2及钝化膜3的硅晶片1上涂布本发明的树脂组合物,利用光刻工序形成图案,然后使其固化,由此形成绝缘膜4。接着,在图2b的工序中,利用溅射法形成金属膜5。进而,如图2c所示,利用镀覆法,在金属膜5上将金属布线6成膜。接着,如图2d’所示,在其上涂布本发明的树脂组合物,利用光刻工序形成图案,然后使其固化,由此形成如图2d所示那样的形状的绝缘膜7。此时,绝缘膜7在划片槽9处形成开口部。可以在绝缘膜7上进一步形成布线(所谓的再布线)。通过将上述工序重复进行,从而能够形成2层以上的再布线被由本发明的树脂组合物的固化物形成的绝缘膜分隔开的多层布线结构。将分隔开再布线的绝缘膜称为层间绝缘膜。此时,虽然所形成的绝缘膜将与各种药液多次接触,但因为由本发明的树脂组合物的固化物形成的绝缘膜的密合性和耐化学药品性优异,因此能够形成良好的多层布线结构。多层布线结构的层数没有上限,大多使用10层以下。
接下来,如图2e及图2f所示,形成势垒金属8、焊料凸块10。然后,沿划片槽9对晶片进行切割而切分成芯片。当绝缘膜7未在划片槽9处形成开口部、或者残留有残渣的情况下,切割时会产生裂纹等,对芯片的可靠性造成影响。因此,能够提供在厚膜加工方面优异的图案加工的技术,这对于得到半导体器件的高可靠性而言是非常理想的。
另外,本发明的树脂组合物还可合适地用于扇出型晶圆级封装(扇出型wlp)或扇出型面板级封装(扇出型plp)。扇出型wlp是在晶片上一并地制造多个半导体封装件的技术。扇出型plp是下述技术:在一部分或全部工艺中,在方形基板即面板上一并地制造多个半导体封装件。
图3为具有本发明的固化膜的半导体器件的一例的制造工序截面图。详细而言,是被称为chip-first扇出型wlp或chip-first扇出型plp的半导体封装件的放大截面图。形成有al焊盘2、钝化膜3的硅晶片经切割而被切分成半导体芯片1’,然后用密封树脂11密封。在该密封树脂11和半导体芯片1’上,涂布本发明的树脂组合物,利用光刻工序而借助图案来设置开口部,然后进行固化,由此形成绝缘膜4。在绝缘膜4上,进一步形成由cr、ti等形成的金属膜5及由ag、cu等形成的金属布线6。金属膜5及金属布线6在设置于绝缘膜4中的开口部处与设置于半导体芯片1’上的al焊盘2电连接。在其上进一步形成绝缘膜7。在绝缘膜7的形成中,也优选使用本发明的树脂组合物。在设置于绝缘膜7中的开口部,形成势垒金属8和焊料凸块10。势垒金属8和焊料凸块10与金属布线6电连接。
chip-first扇出型wlp或chip-first扇出型plp为下述半导体封装件:通过使用环氧树脂等密封树脂在半导体芯片的周边设置扩展部分,从半导体芯片上的电极直至该扩展部分实施再布线,并在扩展部分也搭载焊球,从而确保了必要的端子数。在chip-first扇出型wlp或chip-first扇出型plp中,以跨越半导体芯片的主面与密封树脂的主面所形成的边界线的方式设置布线。即,在由半导体芯片及密封树脂这样两种以上的材料构成的基材上,配置绝缘膜7作为层间绝缘膜,在该层间绝缘膜上配置金属布线(再布线)6。
在chip-first扇出型wlp或chip-first扇出型plp中,再布线的微细化不断发展。就本发明的固化膜而言,对金属布线的宽度及相邻布线彼此的间隔为5μm以下的布线也具有高的金属密合性,因此也可合适地用于微细的再布线中。此处,所谓金属布线的宽度及相邻布线彼此的间隔为5μm以下,是指金属布线的宽度为5μm以下、并且相邻布线彼此的间隔也为5μm以下。
在具有这样的微细结构的chip-first扇出型wlp或chip-first扇出型plp中,优选地,具有层叠了多个再布线层的多层层叠结构,在相邻的各再布线层中,与距半导体芯片较远的再布线层的金属布线的宽度及相邻布线彼此的间隔相比,距半导体芯片较近的再布线层的金属布线的宽度及相邻布线彼此的间隔为相同或者变窄。此处,所谓再布线层,是指在多个再布线被多个层间绝缘膜分隔而成的多层布线结构中,包含1组再布线及在其上形成的层间绝缘膜的层。需要说明的是,也存在再布线层仅包含1层的情况。另外,所谓再布线层的金属布线的宽度及相邻布线彼此的间隔为相同或者变窄,是指:与距半导体芯片较远的再布线层的金属布线的宽度相比,距半导体芯片较近的再布线层的金属布线的宽度为相同或者变窄,并且,与距半导体芯片较远的再布线层中的相邻布线彼此的间隔相比,距半导体芯片较近的再布线层中的相邻布线彼此的间隔为相同或者更窄。
另外,在该结构中,优选地,在相邻的各再布线层中,与距半导体芯片较远的再布线层的层间绝缘膜的厚度相比,距半导体芯片较近的再布线层的层间绝缘膜的厚度为相同或者变薄。
即,构成多层布线结构的各再布线层优选从距半导体芯片远至距半导体芯片近逐渐地细间距化。通过具有这样的结构,即使是高集成化的半导体芯片,也能够顺利地连接半导体芯片与端子。为了制造这样的结构,各再布线层中的层间绝缘膜的面内均匀性是重要的。
另外,在扇出型wlp或扇出型plp中存在利用下述被称为rdl(重新布线层,redistributionlayer)-first的工序制作的类型的半导体封装,即,在配置有临时粘贴材料的支承基板上,层叠多层包含金属布线(再布线)及层间绝缘膜的再布线层,在其上进一步配置半导体芯片和密封树脂而制成半导体封装件,然后将该支承基板与该再布线层之间剥离,分离出半导体封装件。即,支承基板仅在制造工序中使用,在完成的半导体封装件中并不包含。在该工序中,作为支承基板,大多使用比硅晶片更容易翘曲的玻璃基板等,因此绝缘膜优选为低应力。另外,在该工序中,由于使用大面积面板(其具有由大量生产带来的成本方面的优点),因此降低由层间绝缘膜的膜收缩造成的翘曲、提高膜厚的面内均匀性成为课题。
使用图4,对rdl-first中的半导体器件的制作方法进行说明。图4a中,利用溅射法在玻璃基板、硅晶片等支承基板20上形成ti等的势垒金属,进而,利用溅射法在其上形成cu晶种(晶种层),然后利用镀覆法形成由cu形成的电极焊盘21。接着,在图4b的工序中,在形成有电极焊盘21的支承基板20上的整个表面涂布本发明的树脂组合物,利用光刻工序形成图案,然后使其固化,由此形成绝缘膜22。接着,在图4c的工序中,利用溅射法再次形成晶种层,利用镀覆法形成由cu构成的金属布线23(再布线)。之后,重复进行图4b及图4c的工序,形成如图4d所示那样的多层布线结构。接着,在图4e的工序中,再次涂布本发明的树脂组合物,利用光刻工序形成图案,然后使其固化,由此形成绝缘膜22,然后在绝缘膜22的开口部中,利用镀覆法在金属布线23上形成cu柱24。此处,使cu柱24的间距与半导体芯片26的导通部间距相等。即,半导体芯片26的导通部的间距相比于电极焊盘21的间距为细间距,结果如图4e所示,构成多层布线结构的各再布线层在从电极焊盘21至cu柱24逐渐地细间距化的同时,将布线多层化。多层布线结构中的相邻层间绝缘膜22的厚度也随着接近半导体芯片而相同或变薄。接着,在图4f的工序中,介由焊料凸块25将半导体芯片26与cu柱24连接。由此,电极焊盘21与半导体芯片26介由金属布线23及焊料凸块25而电连接。然后,用密封树脂将半导体芯片26密封,制成半导体封装件,然后将该支承基板与该再布线层之间剥离,分离出该半导体封装件。通过上述方式,能够得到使用rdl-first工序的具有多层布线结构的半导体器件。
除此以外,对于将半导体芯片埋入到形成于玻璃环氧树脂基板上的凹部的类型的半导体封装件而言,以跨越半导体芯片的主面与印刷基板的主面的边界线的方式设置布线。在这种方式中,也在由两种以上的材料构成的基材上形成层间绝缘膜,在该层间绝缘膜上形成布线(再布线)。对于将本发明的树脂组合物固化而成的固化膜而言,与已形成有金属布线的半导体芯片具有高的密合力,并且与环氧树脂等密封树脂也具有高的密合力,因此适合用作设置于由两种以上材料构成的基材上的层间绝缘膜。
另外,本发明的树脂组合物也适合用于电感器装置的线圈部件。图5为示出本发明的实施例的电感器装置的线圈部件的截面图。如图5所示,在基板12上的整个表面形成有绝缘膜13,在其上形成有绝缘膜14,所述绝缘膜14形成有开口部。作为基板12,使用铁氧体等。本发明的树脂组合物可用于绝缘膜13和绝缘膜14中的任意。在绝缘膜14的开口部中形成有由cr、ti等构成的金属膜15,利用电镀法在其上形成由ag、cu等形成的金属布线16。金属布线16形成为螺旋状。将上述工序重复多次,使绝缘膜13、绝缘膜14、金属膜15及金属布线16层叠,由此能够具有作为线圈的功能。设置于最上层的金属布线16通过由ag、cu等形成的金属布线17而连接于电极18、并利用密封树脂19进行密封。
本发明的树脂组合物也适用于有机el显示装置。该有机el显示装置在基板上具有驱动电路、平坦化层、第1电极、绝缘层、发光层及第2电极,其中,平坦化层及/或绝缘层由本发明的固化膜形成。有机el发光材料容易因水分而导致劣化,有时带来发光部相对于发光像素的面积而言的面积率的降低等不良影响,但由于本发明的固化膜的吸水率低,因此可获得稳定的驱动及发光特性。举出有源矩阵型有机el显示装置为例子时,在由玻璃、各种塑料等形成的基板上,具有tft、和位于该tft的侧方部且与tft连接的布线,在其上以覆盖凹凸的方式设置有平坦化层,进而在该平坦化层上设置有显示元件。显示元件与布线介由形成于平坦化层中的接触孔而连接。
图6中示出tft基板的一例的截面图。在基板32上,呈行列状地设置有底栅型或顶栅型的tft(薄膜晶体管)27,以覆盖该tft27的状态形成有tft绝缘层29。另外,在该tft绝缘层29上设置有与tft27连接的布线28。进而,在tft绝缘层29上,以将布线28包埋的状态设置有平坦化层30。在平坦化层30中设置有达到布线28的接触孔33。然后,介由该接触孔33,以与布线28连接的状态在平坦化层30上形成有由ito等形成的透明电极31。此处,透明电极31成为显示元件(例如有机el元件)的电极。然后,以覆盖透明电极31的周缘的方式形成绝缘层34。有机el元件可以为从与基板32相反一侧释放所发出的光的顶部发光型,也可以为从基板32侧提取光的底部发光型。如此地,可得到在各有机el元件上连接有用于将其驱动的tft27而成的有源矩阵型有机el显示装置。
上述tft绝缘层29、平坦化层30及/或绝缘层34可以通过下述工序形成:形成由本发明的树脂组合物形成的树脂膜的工序;对该树脂膜进行曝光的工序;对经曝光的树脂膜进行显影的工序;及对经显影的树脂膜进行加热处理的工序。利用包括这些工序的制造方法,可得到有机el显示装置。
实施例
以下,举出实施例等对本发明进行说明,但本发明并不受这些例子限定。需要说明的是,实施例中的树脂组合物的评价利用以下方法进行。需要说明的是,评价中使用了预先利用1μm的聚四氟乙烯制过滤器(住友电气工业(株)制)进行了过滤的树脂组合物(以下称为清漆)。
<非感光性树脂组合物的评价>
(1)面内均匀性
制作清漆(树脂组合物),以使得预烘烤后的膜厚成为12.5μm的方式使用涂布显影装置act-8(tokyoelectronltd.制)、利用旋涂法而在8英寸的硅晶片上进行涂布以及预烘烤,制作预烘烤膜。或者,使用狭缝涂布机、利用狭缝涂布法进行涂布、减压干燥及预烘烤,制作预烘烤膜。预烘烤是于120℃加热3分钟来进行的。然后,针对8英寸晶片,从中央起以左右2cm的间隔测定9处的膜厚,将膜厚的最小值与最大值之差作为膜厚的面内均匀性。将膜厚的面内均匀性的值为0μm以上且小于0.35μm的情况评价为极为良好(3)、将为0.35μm以上且小于0.6μm的情况评价为良好(2)、将为0.6μm以上的情况评价为不良(1)。
(2)树脂膜中(e)成分残留量评价
使用涂布显影装置act-8(tokyoelectronltd.制),利用旋涂法将清漆以使得预烘烤后的膜厚成为13μm的方式涂布于8英寸硅晶片上,并进行预烘烤,制作预烘烤膜。或者,使用狭缝涂布机利用狭缝涂布法进行涂布、减压干燥及预烘烤,制作预烘烤膜。预烘烤是于120℃加热3分钟来进行的。需要说明的是,预烘烤后的膜厚是使用dainipponscreenmfg.co.,ltd.制光干涉式膜厚测定装置lambdaacestm-602、在折射率为1.629的条件下进行测定的。在得到的预烘烤膜中,利用吹扫捕集法吸附捕获10mg。具体而言,使用氦气作为吹扫气体,将采集到的预烘烤膜于250℃加热40分钟,将脱离的成分捕集于吸附管。
针对捕集的成分,使用热解吸装置,以一次解吸条件(260℃、15分钟)、二次吸附条件(-27℃)及二次解吸条件(320℃、5分钟)使其热解吸,接着,使用gc-ms装置7890/5975c(agilent公司制),在柱温:40~300℃、载气:氦气(1.5ml/min)、扫描范围:m/z29~600的条件下,实施gc-ms分析。以与上述相同的条件对各(e)成分g进行c-ms分析,制作标准曲线,由此算出气体产生量。
结果,将(e)成分的残留量为0.001质量%以上且30质量%以下的情况评价为良好(2)、将小于0.001质量%或大于30%质量的情况评价为不良(1)。
(3)保存稳定性试验(室温保存粘度变化)
制作清漆,使用粘度计测定粘度。然后,将该清漆在温度23℃、湿度50%的环境下保存,在14天后以相同条件进行评价,测定粘度的变化量。将粘度的变化量为0%以上且小于10%的情况评价为良好(2),将为10%以上的情况评价为不良(1)。
(4)耐化学药品性的评价
制作清漆,以使得预烘烤后的膜厚成为11μm的方式使用涂布显影装置act-8(tokyoelectronltd.制)、利用旋涂法在8英寸的硅晶片上进行涂布以及预烘烤,制作预烘烤膜。或者,使用狭缝涂布机,利用狭缝涂布法进行涂布、减压干燥及预烘烤,制作预烘烤膜。预烘烤是于120℃加热3分钟来进行的。然后,使用惰性气体烘箱clh-21cd-s(koyothermosystem(株)制),在氮气流下,在氧浓度为20ppm以下的条件下,以4.0℃/分钟将预烘烤膜升温至170℃,于170℃进行1小时的加热处理,使预烘烤膜固化,得到固化膜。在温度达到50℃以下时,取出硅晶片,使得到的固化膜于65℃浸渍于有机药液(二甲基亚砜∶25%四甲基氢氧化铵水溶液=92∶2)中30分钟,观察有无剥离、溶出。
结果,将无剥离、溶出的情况评价为良好(2),将观察到剥离、溶出的情况评价为不良(1)。
(5-1)可靠性试验(固化膜中(e)成分残留量评价)
制作清漆,以使得显影后的膜厚成为11μm的方式使用涂布显影装置act-8(tokyoelectronltd.制)、利用旋涂法在8英寸的硅晶片上进行涂布以及预烘烤,制作预烘烤膜。或者,使用狭缝涂布机,利用狭缝涂布法进行涂布、减压干燥及预烘烤,制作预烘烤膜。预烘烤均是于120℃进行3分钟。使用2.38质量%的四甲基铵(tmah)水溶液(多摩化学工业制),以使得膜厚成为11μm的方式,以25秒×2次~60秒×2次的条件对得到的预烘烤膜进行显影,接着用纯水进行漂洗。然后使用惰性气体烘箱clh-21cd-s,在氮气流下,在氧浓度为20ppm以下的条件下以4.0℃/分钟升温至170℃,于170℃进行1小时加热处理,使预烘烤膜固化而得到固化膜。在温度达到50℃以下时取出硅晶片。需要说明的是,预烘烤后及显影后的预烘烤膜的膜厚、及加热处理后的固化膜的膜厚是使用dainipponscreenmfg.co.,ltd.制光干涉式膜厚测定装置lambdaacestm-602、在折射率为1.629的条件下进行测定的。在得到的固化膜中,用吹扫捕集法吸附捕获10mg。具体而言,使用氦气作为吹扫气体,将采集的固化膜于250℃加热40分钟,将脱离的成分捕集于吸附管中。
针对捕集的成分,使用热解吸装置,在一次解吸条件(260℃、15分钟、二次吸附条件(-27℃)及二次解吸条件(320℃、5分钟)下使其热解吸,接着,使用gc-ms装置7890/5975c(agilent公司制),在柱温:40~300℃、载气:氦气(1.5ml/min)、扫描范围:m/z29~600的条件下,实施gc-ms分析。在与上述相同的条件下对各(e)成分进行gc-ms分析,制作标准曲线,由此算出气体产生量。
结果,将(e)成分的残留量为0.05ppm以上且小于1000ppm的情况评价为良好(2),将小于0.05ppm或为1000ppm以上的情况评价为不良(1)。
(5-2)可靠性试验(高温保存性试验(hightemperaturestorage,hts)后的铜布线处的剥离评价)
进行铜布线处的剥离评价时,准备以下的评价基板。以铜布线的中心间距离成为150μm的方式,在8英寸硅晶片上等间隔地制作厚度为5μm、直径为90μm的圆柱型铜布线。将其用作评价基板。
以使得于120℃进行3分钟预烘烤后的膜厚成为11μm的方式,使用涂布显影装置act-8(tokyoelectronltd.制)、利用旋涂法将清漆涂布于上述评价基板上,并进行预烘烤,制作预烘烤膜。或者,使用狭缝涂布机利用狭缝涂布法进行涂布、减压干燥及预烘烤,制作预烘烤膜。预烘烤均于120℃进行3分钟。然后,使用惰性气体烘箱clh-21cd-s(koyothermosystem(株)制),在氧浓度为20ppm以下的条件下以4.0℃/分钟升温至170℃,于170℃进行1小时加热处理,使预烘烤膜固化而得到固化膜。在温度达到50℃以下时取出评价基板(以下,称为“试样”)。
接着,将试样投入175℃的恒温槽中,进行200小时处理。然后,将试样取出,为了观察铜布线处的剥离,使用带聚集离子束加工装置的扫描电子显微镜feihelios650(fei(株)制),进行试样的切削、及以40,000倍的倍率进行截面观察。作为评价方法,观察铜布线侧面部的剥离程度,将剥离0%以上且小于25%的情况评价为极为良好(3),将剥离25%以上且小于50%的情况评价为良好(2),将剥离50%以上的情况评价为不良(1)。
<感光性树脂组合物的评价>
(6)面内均匀性
与上述“(1)面内均匀性”同样地进行评价。
(7)树脂膜中(e)成分残留量评价
与上述“(2)树脂膜中(e)成分残留量评价”同样地进行评价。
(8)保存稳定性试验(室温保存敏感度变化)
制作清漆,使用涂布显影装置act-8(tokyoelectronltd.制)、利用旋涂法以使得显影后的膜厚成为11μm的方式在8英寸硅晶片上进行涂布以及预烘烤,制作预烘烤膜。或者,使用狭缝涂布机,利用狭缝涂布法进行涂布、减压干燥及预烘烤,制作预烘烤膜。预烘烤均于120℃进行3分钟。针对得到的预烘烤膜,使用ghi线掩模对准器(union光学(株)制,pem-6m),分别以0~1500mj/cm2的曝光量、以20mj/cm2的步距进行曝光。曝光中使用的线与间隙(l&s)图案为1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、15、20、30、50、100μm。曝光后,使用2.38质量%的四甲基铵(tmah)水溶液(多摩化学工业制),以膜厚成为11μm的方式在25秒×2次~60秒×2次的条件下进行显影,接着用纯水进行漂洗,得到浮凸图案。需要说明的是,预烘烤后及显影后的预烘烤膜的膜厚是使用dainipponscreenmfg.co.,ltd.制光干涉式膜厚测定装置lambdaacestm-602并在折射率为1.629的条件下测得的。
将曝光及显影后以1比1形成20μm的线与间隙(l/s)图案的最小曝光量作为敏感度。在该情况下,将敏感度小于500mj/cm2的情况评价为极为良好(3),将为500mj/cm2以上且小于600mj/cm2的情况评价为良好(2),将为600mj/cm2以上的情况评价为不良(1)。
然后,将清漆在温度23℃、湿度50%的环境下保存,14天后在相同条件下进行评价,对得到的20μm的线与间隙图案中间隙的尺寸进行测定。将保存前后图案尺寸的变化量为0μm以上且小于1μm的情况评价为极为良好(3),将为1μm以上且小于2μm的情况评价为良好(2),将为2μm以上的情况评价为不良(1)。
(9)放置稳定性试验
以使得预烘烤后的膜厚成为12.5μm、显影后的膜厚成为11μm的方式使用涂布显影装置act-8(tokyoelectronltd.制)、利用旋涂法将清漆涂布于8英寸硅晶片上,并进行预烘烤,制作预烘烤膜;或者使用狭缝涂布机,利用狭缝涂布法进行涂布、减压干燥及预烘烤,制作预烘烤膜。预烘烤均于120℃进行3分钟。针对得到的预烘烤膜,使用ghi线掩模对准器(union光学(株)制,pem-6m),分别以0~1500mj/cm2的曝光量、以20mj/cm2的步距进行曝光。曝光中使用的线与间隙(l&s)图案为1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、15、20、30、50、100μm。曝光后,使用2.38质量%的四甲基铵(tmah)水溶液(多摩化学工业制),以膜厚成为11μm的方式在25秒×2次~60秒×2次的条件下进行显影,接着用纯水进行漂洗,得到浮凸图案。需要说明的是,预烘烤后及显影后的预烘烤膜的膜厚是使用dainipponscreenmfg.co.,ltd.制光干涉式膜厚测定装置lambdaacestm-602、在折射率为1.629的条件下测得的。
将曝光及显影后以1比1形成20μm的线与间隙(l/s)图案的最小曝光量作为敏感度。
使用相同的清漆,与上述同样地在8英寸硅晶片上制作预烘烤膜,在制作预烘烤膜后或曝光后于温度23℃、湿度50%的环境下保存8小时,除此以外,在与上述相同的条件下进行评价,对得到的20μm的线与间隙图案中间隙的尺寸进行测定,测定保存前后尺寸的变化量。在该情况下,关于制作预烘烤膜后,将图案尺寸的变化量为0μm以上且小于0.5μm的情况评价为极为良好(3),将为0.5μm以上且小于1μm的情况评价为良好(2),将为1μm以上的情况评价为不良(1)。关于曝光后,将图案尺寸的变化量为0μm以上且小于1μm的情况评价为极为良好(3),将为1μm以上且小于2μm的情况评价为良好(2),将为2μm以上的情况评价为不良(1)。
(10)耐化学药品性的评价
与上述“(4)耐化学药品性的评价”同样地进行评价。
(11-1)可靠性试验(固化膜中(e)成分残留量评价)
与上述“(5-1)可靠性试验(固化膜中(e)成分残留量评价)”同样地进行评价。
(11-2)可靠性试验(高温保存性试验(hightemperaturestorage,hts)后的铜布线处的剥离评价)
与上述“(5-2)可靠性试验(高温保存性试验(hightemperaturestorage、hts)后的铜布线处的剥离评价)”同样地进行评价。
<合成例1含羟基的二胺化合物的合成>
将2,2-双(3-氨基-4-羟基苯基)六氟丙烷(centralglassco.,ltd.制,以下记为bahf)18.3g(0.05mol)溶解于丙酮100ml及环氧丙烷(东京化成(株)制)17.4g(0.3mol)中,冷却至-15℃。向其中滴加将3-硝基苯甲酰氯(东京化成(株)制)20.4g(0.11mol)溶解于丙酮100ml中而得到的溶液。滴加结束后,于-15℃搅拌4小时,然后恢复至室温。将析出的白色固体过滤,于50℃进行真空干燥。
将得到的白色固体30g放入300ml的不锈钢高压釜中,并使其分散于甲基溶纤剂250ml中,加入2g的5%钯-碳(和光纯药(株)制)。用气球向其中导入氢,于室温进行还原反应。约2小时后,确认气球不再缩小,使反应结束。反应结束后,进行过滤,将作为催化剂的钯化合物除去,用旋转蒸发仪进行浓缩,得到下式表示的含羟基的二胺化合物。
[化学式30]
<合成例2聚苯并噁唑前体(a-1)的合成>
在干燥氮气流下,使bahf27.47g(0.075mol)溶解于nmp257g中。向其中与nmp20g一同加入1,1’-(4,4’-氧基苯甲酰基)二咪唑(以下称为pbom)17.20g(0.048mol),于85℃反应3小时。接着,与nmp50g一同加入包含环氧丙烷及四亚甲基醚二醇结构的二胺(rt-1000,huntsman(株)制))20.00g(0.020mol)、1,3-双(3-氨基丙基)四甲基二硅氧烷(以下,称为sida)1.24g(0.005mol)、pbom14.33g(0.044mol),于85℃反应1小时。进而,与nmp10g一同加入5-降冰片烯-2,3-二甲酸酐3.94g(0.024mol)作为封端剂,于85℃反应30分钟。反应结束后,冷却至室温,与nmp87g一同加入乙酸52.82g(0.50mol),于室温搅拌1小时。搅拌结束后,将溶液投入水3l中,得到白色沉淀。通过过滤来收集该沉淀,用水洗涤3次后,用50℃的通风干燥机干燥3天,得到聚苯并噁唑前体(a-1)的粉末。
<合成例3聚苯并噁唑前体(a-2)的合成>
按照上述合成例2,使用bahf(32.96g,0.090mol)、pbom(29.38g,0.082mol)、rt-1000(10.00g,0.010mol)、sida(1.49g,0.0060mol)、5-降冰片烯-2,3-二甲酸酐(5.91g,0.036mol)、hfha(0.60g,0.0010mol)、odpa(2.17g,0.0070mol)、乙酸(49.22g,0.82mol)及nmp360g同样地进行操作,得到聚苯并噁唑前体(a-2)的粉末。
<合成例4聚酰亚胺前体(a-3)的合成>
在干燥氮气流下,将合成例1中得到的含羟基的二胺57.4g(0.095mol)及sida1.24g(0.005mol)溶解于nmp200g中。向其中加入4,4’-氧基二邻苯二甲酸酐(以下,称为odpa)31.0g(0.10mol),于40℃搅拌2小时。然后,经10分钟滴加用nmp5g稀释二甲基甲酰胺二甲基缩醛(mitsubishirayonco.,ltd.制,以下称为dfa)7.14g(0.06mol)而得到的溶液。滴加后,于40℃持续搅拌2小时。搅拌结束后,将溶液投入水2l中,通过过滤来收集聚合物固体的沉淀。进而,用水2l进行3次洗涤,用50℃的真空干燥机将收集的聚合物固体干燥72小时,得到聚酰亚胺前体(a-3)。
<合成例5聚酰亚胺前体(a-4)的合成>
在干燥氮气流下,使odpa31.0g(0.10mol)溶解于nmp500g中。向其中与nmp50g一同加入合成例1中得到的含羟基的二胺化合物39.30g(0.065mol)和sida1.24g(0.005mol),于20℃反应1小时,接着于40℃反应2小时。接着,与nmp10g一同加入包含环氧丙烷及四亚甲基醚二醇结构的二胺(rt-1000)10.00g(0.010mol),于40℃反应1小时。接着,与nmp5g一同加入4-氨基苯酚4.36g(0.04mol)作为封端剂,于40℃反应2小时。然后,经10分钟滴加用nmp50g稀释dfa7.14g(0.06mol)而得到的溶液。滴加后,于40℃搅拌3小时。搅拌结束后,将溶液冷却至室温,然后将溶液投入水3l中,得到白色沉淀。通过过滤来收集该沉淀,用水洗涤3次后,用80℃的真空干燥机干燥24小时,得到聚酰亚胺前体(a-4)。
<合成例6聚酰亚胺(a-5)的合成>
在干燥氮气流下,使bahf29.30g(0.08mol)、sida1.24g(0.005mol)、作为封端剂的3-氨基苯酚(东京化成工业(株)制)3.27g(0.03mol)溶解于nmp80g中。向其中与nmp20g一同加入odpa31.2g(0.1mol),于60℃反应1小时,接着于180℃搅拌4小时。搅拌结束后,将溶液投入水3l中,得到白色沉淀。通过过滤来收集该沉淀,用水洗涤3次后,用80℃的真空干燥机干燥20小时,得到聚酰亚胺(a-5)的粉末。
<合成例7聚酰亚胺(a-6)的合成>
在干燥氮气流下,使odpa31.0g(0.10mol)溶解于nmp500g中。向其中与nmp50g一同加入bahf25.60g(0.070mol)和sida1.24g(0.005mol),于20℃反应1小时,接着于40℃反应2小时。接着,与nmp10g一同加入包含环氧丙烷及四亚甲基醚二醇结构的二胺(rt-1000)10.00g(0.010mol),于40℃反应1小时。接着与nmp5g一同加入作为封端剂的4-氨基苯酚4.36g(0.04mol),于60℃反应1小时,接着于180℃搅拌4小时。搅拌结束后,将溶液投入水3l中,得到白色沉淀。通过过滤来收集该沉淀,用水洗涤3次后,用80℃的真空干燥机干燥20小时,得到聚酰亚胺(a-6)的粉末。
实施例、比较例中使用的(b)成分、(c1)成分、(c2)成分、热交联剂成分、(e)成分及其他成分如下所示。
(b)成分:
[化学式31]
(b-3):光聚合引发剂nci-831
(c)成分:
(c1)成分:丙二醇单甲基醚(pgme)(沸点120℃)
丙二醇单甲基醚乙酸酯(pgmea)(沸点146℃)
(c2)成分:γ-丁内酯(gbl)
热交联剂成分:如下所示的(d-1)、(d-2)、及(d-3)
[化学式32]
[化学式33]
(e)成分:
n,n-二甲基异丁酰胺(dmib):分子量:115;熔点:-34℃;沸点:176℃
1,3-二甲基-2-咪唑啉酮(dmi)分子量:114;熔点:8℃;沸点:222℃
(f)成分:如下所示的(f-1)
[化学式34]
其他成分:
自由基聚合性化合物:二季戊四醇六丙烯酸酯(dpha)。
[实施例1~7、比较例1~4]
向合成例2中得到的树脂(a-1)10g中,以表1所示的质量份加入(c)成分、热交联剂、(e)成分及其他成分,制作清漆。利用上述评价方法测定它们的特性。将测定结果示于表2。
[表1]
[表2]
[实施例8~40、比较例5~9]
向10g的合成例2~7中得到的树脂(a-1)~(a-6)中的任一者中,加入2.0g的感光剂(b-1)~(b-3)中的任一者,此外,以表3、4所示的质量份加入(c)成分、热交联剂、(e)成分及其他成分,制作清漆。利用上述评价方法测定它们的特性。将测定结果示于表5、6中。
[表3]
[表4]
附图标记说明
1硅晶片
1’半导体芯片
2al焊盘
3钝化膜
4绝缘膜
5金属膜
6金属布线
7绝缘膜
8势垒金属
9划片槽
10焊料凸块
11密封树脂
12基板
13绝缘膜
14绝缘膜
15金属膜
16金属布线
17金属布线
18电极
19密封树脂
20支承基板
21电极焊盘
22绝缘膜
23金属布线
24cu柱
25焊料凸块
26半导体芯片
27tft
28布线
29tft绝缘层
30平坦化层
31透明电极
32基板
33接触孔
34绝缘层