CN111176073B - 一种含高耐热性羧基酚醛树脂的厚膜光刻胶组合物 - Google Patents
一种含高耐热性羧基酚醛树脂的厚膜光刻胶组合物 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种含高耐热性羧基酚醛树脂的厚膜光刻胶组合物。本发明所述的高耐热性羧基酚醛树脂结构通式为式中x为0‑4，m与n的比为0.05‑0.75:1，R为H、苯基或C1‑C9的烷基，树脂的重均分子量为8000‑35000g/mol。将此成膜树脂与商品化酚醛树脂、光敏化合物、添加剂、溶剂等组分混配，得到厚膜光刻胶组合物。经测试，该厚膜光刻胶组合物分辨率高，灵敏度高，耐热性好，抗蚀刻性能佳，适用于高耐热性要求的MEMS加工与封装工艺。
Description
技术领域
本发明涉及功能高分子材料技术领域，尤其是涉及一种以高耐热性羧基酚醛树脂作为成膜树脂制备的厚膜光刻胶组合物。
背景技术
微机电系统(MEMS)，也叫做微电子机械系统、微系统、微机械等，指尺寸在几毫米乃至更小的高科技装置。微机电系统其内部结构一般在微米甚至纳米量级，是一个独立的智能系统。微机电系统是在微电子技术(半导体制造技术)基础上发展起来的，融合了光刻、腐蚀、薄膜、LIGA、硅微加工、非硅微加工和精密机械加工等技术制作的高科技电子机械器件。MEMS的制造方法是通过厚膜紫外光刻胶的多次光刻和相关工艺来完成的。
封装技术是一种将集成电路用绝缘的塑料或陶瓷材料打包的技术。在大规模集成电路的制备过程中，封装是最后的一道工序，目前先进的封装技术已由单个的集成电路块的单个分别封装发展到整个硅片的同时封装，即硅片级封装。与IC制造时使用的光刻胶相比，大多数封装技术中所用到的光阻层要厚很多，比如在二次布线、倒装芯片的晶圆凸点、TAB、COG、一些CSP中芯片与基板互连的铜柱技术以及MCM-D多层基板等应用场合，上述两种光阻材料的特征尺寸以及厚度通常在5um至100um之间，所以光刻胶必须采用较高的高宽比。
本发明涉及的厚膜光刻胶是MEMS加工和封装工艺过程中所必需的关键功能材料。由于膜厚较厚，灵敏度下降，增加曝光时间和显影时间，减低了加工效率；在制造工序中将实施各种热处理，耐热性不足将导致图形坍塌；高深宽比图形蚀刻时，要求光刻胶具有高的抗蚀刻性，如何兼顾光敏性、耐热性、抗蚀刻性能已成为厚膜光刻胶重要的发展方向。
发明内容
发明要解决的问题：本发明解决的问题是提供可得到高水平兼顾灵敏度、抗蚀刻性能和耐热性的厚膜光刻胶组合物。
本发明的技术方案如下：
本发明提供一种含高耐热性羧基酚醛树脂的厚膜光刻胶组合物，包含以下重量份的组分：
高耐热性羧基酚醛树脂8-30份；
商品化酚醛树脂8-30份
光敏化合物2-12份；
添加剂0.01-1份；
溶剂40-70份，
其中，所述的高耐热性羧基酚醛树脂的结构通式为
式中x为0-4，m与n的比为0.05-0.75:1，R为H、苯基或C1-C9的烷基。
进一步地，所述高耐热性羧基酚醛树脂的重均分子量范围为8000-35000g/mol，玻璃化温度为123-153℃，在2.38％的四甲基氢氧化铵水溶液中的溶解速率为500-4500埃/秒。
进一步地，所述的商品化酚醛树脂为甲基苯酚、二甲基苯酚、三甲基苯酚中的一种或多种与甲醛、三聚甲醛中的一种或多种缩聚所得，其重均分子量为6000-20000g/mol，碱溶速率为50-300埃/秒。
进一步地，所述的光敏化合物为多羟基二苯甲酮和重氮萘醌磺酰氯的酯化物的一种或者多种。
进一步地，所述的添加剂包括德国毕克公司生产的BYK 310、BYK 315、BYK 320、BYK 325、BYK 331、BYK 358N、BYK 3550和BYK 3560中的一种或者多种。
进一步地，所述溶剂是丙二醇甲醚醋酸酯、丙二醇单醋酸酯、乙二醇甲醚醋酸酯、二缩乙二醇、丙二醇单乙醚、丙二醇甲醚醋酸酯、二缩乙二醇甲醚、二缩乙二醇乙醚、醋酸丁酯、醋酸新戊酯、乳酸乙酯、甲基乙基酮、甲基异丁基酮中的一种或多种。
本发明的有益效果在于：
成膜树脂是正性光刻胶的骨架，对光刻胶的成膜性能和热性能具有至关重要的意义。本发明采用高耐热性羧基酚醛树脂作为厚膜光刻胶的成膜树脂，此类树脂与传统的厚胶用线型酚醛树脂相比，具有更多的苯环结构、更低的亚甲基比例、更高的分子量，树脂耐热性能优良，提升光刻胶的热性能和抗蚀刻性能；羧基基团能确保树脂碱溶性，使得光刻胶成像后的显影速度更快，将其应用于厚膜光刻胶中，能缩短显影时间，提升加工效率。
附图说明
图1.实施例6含高耐热性羧基酚醛树脂的厚膜光刻胶组合物2um光刻图形；
图2.对比样AZ4620光刻胶5um光刻图形耐热性形貌；
图3.实施例6含高耐热性羧基酚醛树脂的厚膜光刻胶组合物5um光刻图形耐热性形貌。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明进行具体描述。
实施例所用的高耐热性羧基酚醛树脂为以下结构树脂：
表1实施例1-9所用的高耐热性羧基酚醛树脂
实施例所用的商品化酚醛树脂为以下化合物：
实施例1：间甲基苯酚、对甲基苯酚、2，4-二甲基苯酚与甲醛的缩聚物，Mw＝8579g/mol，ADR为230埃/秒。
实施例2：间甲基苯酚、对甲基苯酚、2,5-二甲基苯酚与甲醛的缩聚物，Mw＝9785g/mol，ADR为170埃/秒。
实施例3：间甲基苯酚、对甲基苯酚、2，4-二甲基苯酚、2,5-二甲基苯酚与甲醛的缩聚物，Mw＝9784g/mol，ADR为212埃/秒。
实施例4：间甲基苯酚、对甲基苯酚、2，4-二甲基苯酚与甲醛的缩聚物，Mw＝8579g/mol，ADR为230埃/秒。
实施例5：间甲基苯酚、对甲基苯酚与甲醛的缩聚物，Mw＝11546g/mol，ADR为145埃/秒。
实施例6：间甲基苯酚、对甲基苯酚、2，4-二甲基苯酚与甲醛的缩聚物，Mw＝18426g/mol，ADR为68埃/秒。
实施例7：间甲基苯酚、对甲基苯酚与甲醛的缩聚物，Mw＝11546g/mol，ADR为145埃/秒。
实施例8：间甲基苯酚、对甲基苯酚与甲醛的缩聚物，Mw＝11546g/mol，ADR为145埃/秒。
实施例9：间甲基苯酚、对甲基苯酚与甲醛的缩聚物，Mw＝11546g/mol，ADR为145埃/秒。
实施例所用的光敏化合物为以下化合物：
实施例1：
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实施例所用的添加剂为以下化合物：
实施例1
添加剂：BYK 310；
实施例2：
添加剂：BYK 320；
实施例3：
流平控制剂：BYK 320；
实施例4：
流平控制剂：BYK 325；
实施例5：
流平控制剂：BYK 3560；
实施例6：
流平控制剂：BYK 358N；
实施例7
流平控制剂：BYK 315；
实施例8：
流平控制剂：BYK 3560；
实施例9：
流平控制剂：BYK 331；
实施例所用的溶剂为以下化合物：
实施例1：乳酸乙酯；
实施例2：丙二醇单醋酸酯；
实施例3：乙二醇甲醚醋酸酯；
实施例4：丙二醇甲醚醋酸酯；
实施例5：甲基乙基酮；
实施例6：丙二醇甲醚醋酸酯；
实施例7：乙二醇甲醚醋酸酯；
实施例8：乙二醇甲醚醋酸酯；
实施例9：乙二醇甲醚醋酸酯。
将以上化合物，如下表实施例的质量份数进行配制，在振荡器上震荡24h，使其相互充分溶解，用0.5μm孔径过滤器过滤两遍，得到含高耐热性羧基酚醛树脂的厚膜光刻胶组合物。
表2实施例1-9中化合物的组分
将上述配制的含高耐热性羧基酚醛树脂的厚膜光刻胶组合物进行性能测试，测试结果如下表所示：
表3实施例1-9及对比例的测试结果
注：对比胶为安智公司的AZ4620光刻胶。
灵敏度测试：在6寸硅片上110℃HMDS增粘90秒，将上述配制的含高耐热性羧基酚醛树脂的厚膜光刻胶组合物，以1000-5000转/分钟的速度在硅片上旋转成膜，在110℃热板上烘烤180秒，得到8.5um膜厚胶层，然后用Nikon G7曝光机曝光，曝光强度为50-600mj/cm2，最后在2.38％TMAH显影液中显影。
抗蚀刻能力测试：在干法蚀刻评估中，在设定工艺条件下，留膜率>＝80％为++++；留膜率>＝60％，为+++；留膜率<30为不合格。
耐热程度测试：将光刻胶组合物光刻得到的5um光刻图形在135℃下烘烤3分钟，用扫描电镜下观察形貌变化；
经测试，该厚膜光刻胶组合物灵敏度快，分辨率高，达到2um，高深比大于4(如图1所示)，耐热性好，抗蚀刻能力强，耐热形貌优于对比样光刻胶(如图2所示)，适用于高耐热性要求的MEMS加工与封装工艺。
上述仅为本发明的优选实施例，本发明并不仅限于实施例的内容。对于本领域中的技术人员来说，在本发明的技术方案范围内可以有各种变化和更改，所作的任何变化和更改，均在本发明保护范围之内。
Claims (5)
1.一种含高耐热性羧基酚醛树脂的厚膜光刻胶组合物，其特征在于：包含以下重量份的组分：
高耐热性羧基酚醛树脂8-30份；
商品化酚醛树脂8-30份
光敏化合物2-12份；
添加剂0.01-1份；
溶剂40-70份，
其中，所述的高耐热性羧基酚醛树脂的结构通式为
式中x为0-4，m与n的比为0.05-0.75:1，R为H、苯基或C1-C9的烷基；
所述的商品化酚醛树脂为甲基苯酚、二甲基苯酚、三甲基苯酚中的一种或多种与甲醛、三聚甲醛中的一种或多种缩聚所得，其重均分子量为6000-20000g/mol，碱溶速率为50-300埃/秒。
2.根据权利要求1所述的含高耐热性羧基酚醛树脂的厚膜光刻胶组合物，其特征在于：所述高耐热性羧基酚醛树脂的重均分子量范围为8000-35000g/mol，玻璃化温度为123-153℃，在2.38％的四甲基氢氧化铵水溶液中的溶解速率为500-4500埃/秒。
3.根据权利要求1所述的含高耐热性羧基酚醛树脂的厚膜光刻胶组合物，其特征在于：所述的光敏化合物为多羟基二苯甲酮和重氮萘醌磺酰氯的酯化物的一种或者多种。
4.根据权利要求1所述的含高耐热性羧基酚醛树脂的厚膜光刻胶组合物，其特征在于：所述的添加剂包括德国毕克公司生产的BYK 310、BYK 315、BYK 320、BYK 325、BYK 331、BYK358N、BYK 3550和BYK 3560中的一种或者多种。
5.根据权利要求1所述的含高耐热性羧基酚醛树脂的厚膜光刻胶组合物，其特征在于：所述溶剂是丙二醇甲醚醋酸酯、丙二醇单醋酸酯、乙二醇甲醚醋酸酯、二缩乙二醇、丙二醇单乙醚、丙二醇甲醚醋酸酯、二缩乙二醇甲醚、二缩乙二醇乙醚、醋酸丁酯、醋酸新戊酯、乳酸乙酯、甲基乙基酮、甲基异丁基酮中的一种或多种。
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