CN1834783A - 负型感光树脂组合物 - Google Patents
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Abstract
本发明提供用于在硅晶片上或印刷线路板上形成中间层绝缘层的负型感光树脂组合物。所述组合物包括乙烯基苯酚树脂、联苯基-苯酚树脂和含环氧基的材料。还提供使用该组合物形成有图案的介电膜的方法。该树脂组合物可用在芯片规格等级包装的制造中,例如,用作中间层绝缘层。
Description
技术领域
本发明涉及含有酚树脂和含环氧基材料的负型感光树脂组合物,并涉及使用所述负型感光树脂组合物来形成有图案的介电层的方法。
背景技术
通常,考虑到其作为密封材料的可靠性,含有环氧树脂和乙烯基苯酚树脂的环氧树脂组合物被用作半导体器件(例如IC和LSI))的密封材料。为了得到改善的物理性能,在制造芯片规格等级包装(wafer level-chip scale package)(WL-CSP)中,已经提议使用通过向树脂(例如常规的酚树脂)中加入环氧化合物所得到的感光树脂。然而,这类感光树脂组合物在通常使用的有机碱性显影液(例如氢氧化四甲基铵(TMAH)的水溶液)中溶解性较低。所述组合物较低的溶解性会在由组合物形成的层中形成所需图案的显影过程中产生问题。因此,需要提供用作中层间绝缘树脂或用作抗蚀树脂时能够保持所需的物理和化学性能(例如耐热冲击性)并能克服上述问题的感光树脂组合物。
日本特许公开1993-273753揭示了一种含有酚树脂、环氧树脂、三聚氰胺树脂和光酸产生剂的光致成像组合物,上述组合物可以用水性显影液显影。该组合物可通过曝光于活化辐射并用无机碱(例如氢氧化钠)溶液来显影来提供所需的图像。
日本特许公开2004-240213揭示了一种感光树脂组合物,上述感光树脂组合物是通过向包含含线型酚醛清漆的材料和含环氧基的材料的感光树脂组合物中加入联苯基-苯酚树脂(biphenyl-phenol)来制备的。据称所述感光树脂组合物具有改善的耐热冲击性,同时保持光致成像性能。然而,该组合物应该用无机碱(例如氢氧化钾)溶液来显影,而不能用有机碱溶液(例如TMAH水溶液,例如本领域通常所使用的2.38%的TMAH水溶液)来显影。
日本特许公开2004-233693揭示了一种可以用碱性水溶液(例如TMAH水溶液)显影以提供所需图案的感光树脂组合物。通过将联苯基苯酚树脂加入到含有聚(对-乙烯基苯酚)和含环氧基的材料的感光树脂组合物中来得到该组合物。据称该感光树脂组合物与常规的组合物相比,能提供改善的光致成像性能。然而,在显影步骤之后通过固化剩余树脂得到的固化树脂的确显示出足够的耐热冲击性。
发明内容
在本发明中,发明人提供了感光树脂组合物和形成有图案的绝缘层的方法,所述组合物和方法解决了现有技术中的一个或多个问题。
依照本发明的第一方面,本发明提供了负型感光树脂组合物。该组合物包含乙烯基苯酚树脂、联苯基-苯酚树脂和两种或更多种含环氧基的材料。例如,该组合物可包括三种或更多种含环氧基的材料。
依照本发明的第二方面,本发明提供了形成有图案的介电膜的方法。该方法包括:(a)在衬底上形成薄膜,所述成膜过程包括向衬底上施涂负型感光树脂组合物,其中所述组合物包含乙烯基苯酚树脂、联苯基-苯酚树脂和两种或更多种含环氧基的材料;(b)将所述薄膜曝光;和(c)显影所述曝光的薄膜以形成有图案的介电膜。
本发明的感光树脂组合物通过使用含有环氧基材料的混合物(combination)能够在保持其光致成像性能的同时显示出改善的耐热冲击性。所述组合物可用常用的碱性显影剂水溶液(例如TMAH溶液)来显影。所述感光树脂组合物例如可宜用作印刷线路板或芯片规格等级包装(WL-CSP)中的中间层绝缘树脂。
具体实施方式
本发明的负型感光树脂组合物含有两种或多种含环氧基的材料。用于本发明的含环氧基的材料是具有一个或多个,通常为两个或多个可通过开环反应聚合的环氧环的任何有机化合物。该材料通常被称作环氧化物,包括环氧化合物单体、低聚物或聚合物,该环氧化物可以是脂肪族、脂环族、芳香族和杂环族的环氧化物。所述聚合物环氧化物可包括具有末端环氧基团的线性聚合物,例如聚氧亚烷基二醇二缩水甘油基醚;含有骨架环氧烷单元的聚合物,例如聚丁二烯聚环氧化物;或在聚合物的侧链上含有环氧基团的聚合物,例如甲基丙烯酸缩水甘油酯的聚合物或共聚物。所述环氧化物可以是纯的化合物,但它通常是含有每个分子中具有1、2或更多个环氧基团的化合物的混合物。适合的含环氧基的材料,例如包括低分子量的单体材料或低聚体,和高分子量的聚合物。所述含环氧基的材料可具有各种骨架和取代基。例如,所述骨架可以是任何类型的聚合链,所述取代基可以是不含能够在室温下与环氧环反应的取代基的任何基团。适合的取代基的例子包括卤原子、酯基、醚基、磺酸酯基、硅氧烷基、硝基和磷酸酯基。
用于本发明的示范性的含环氧基的材料是液体双酚型含环氧基的材料(bisphenol epoxy-containing material)。在本申请中所述的双酚型含环氧基的材料指的是通过双酚多元酚与过量的氯乙醇(例如表氯醇)反应制得的化合物,例如2,2-双-(2,3-环氧基-丙氧基苯酚)-丙烷的二缩水甘油基醚。适合的双酚型含环氧基的材料是通过双酚A与表氯醇反应制得的双酚A含环氧基的材料。更具体地,所述含环氧基的材料是以下通式(I)所代表的化合物:
其中n=0-2,通常n=0-1,更通常地n=0。
所述含环氧基的材料的例子包括双酚A环氧树脂,例如EPIKOTE 825,827,828,1001,1002(日本环氧树脂公司(Japan Epoxy Resins Co.)),和DER-331,DER-332,和DER-334(陶氏化学公司(Dow Chemical Co.))。其它的双酚型含环氧基的材料包括双酚F环氧树脂,例如EPIKOTE 806,807(日本环氧树脂公司(Japan Epoxy Resins Co.))。
另一种用于本发明的含环氧基的材料是聚烯氧基化的含环氧基的材料。本发明的负型感光树脂组合物的一个适当的实施方式包含双酚型含环氧基的材料和聚烯氧基化的含环氧基的材料。本文所用的“聚烯氧基化的含环氧基的材料”指的是具有醚键的烃基连接到氧原子上的化合物,所述氧原子直接连接到芳族烃基的芳环上,所述芳族烃基是含环氧基的材料的构成部分。对于术语“具有醚键的烃基”,作为“醚键”的构成部分的氧原子并不包括直接连接到芳族烃基的芳环上的氧原子。此外,在所述化合物中,具有醚键的烃基可含有一个或很多醚键。例如,聚烯氧基化的含环氧基的材料可包括其中很多芳族烃基连接到具有烯氧基重复单元的烃基上的化合物。在一个分子中可以存在至少一个具有醚键的烃基。通常,所有连接到芳族烃基的结构都与具有醚键的烃基连接。所述聚烯氧基化的含环氧基的材料可含有这样的环氧树脂,其中具有醚键的烃基通过缩醛键连接到具有缩水甘油基的酚树脂的芳香环的环碳上。典型的具有醚键的烃基可包括具有式-R-O-R’-结构(其中个R和R’为烃基,彼此可以相同或不同)的基团的重复单元或烯氧基的烃基。通常,所述烃基可以是具有两个或多个烯氧基重复单元的基团。例如,典型的基团可包括通过烯氧化物的加成聚合反应制得的基团,例如亚乙烷氧基乙基、亚丙烷氧基丙基、聚(乙烯氧基)乙基基团、聚(丙烯氧基)丙基基团,或通过环氧乙烷和环氧丙烷的加成聚合制得的基团。例如,柔韧且坚韧的环氧树脂,例如EPICLON EXA 4850(Dainippon Inkand Chemicals,Inc.)是适合的。
典型地,所述聚烯氧基化的含环氧基的材料可以是通过使氯乙醇与酚树脂反应制得的环氧树脂,其中所述酚树脂是通过用具有醚键的烃基将双酚A树脂聚烯氧基化来制得的。更典型的是具有双酚A树脂通过亚烷氧基重复单元连接的结构的环氧树脂。示范性的环氧树脂具有以下结构(II):
其中,n=1-7,例如,n=2-5;X=-R-O-R’-,其中R和R’是彼此相同或不同的亚烷基。
在本发明中,“至少两种含环氧基的材料”的含环氧基的材料可包括其它的含环氧基的材料。例如,可用于本发明的其它含环氧基的材料包括芳族环氧树脂(其中芳烃之间的距离使用具有酯键的基团或(C4-C20)亚烷基来延伸)还有脂族烃环氧树脂、脂环族烃环氧树脂、苯酚线型酚醛清漆环氧树脂、甲酚线型酚醛清漆树脂、联苯基环氧树脂和诸如它们的混合物的改性的环氧树脂。
在本发明的一种实施方式中,所述负型感光树脂组合物含有双酚型含环氧基的材料和芳族含环氧基的材料(其中芳烃之间的距离是使用具有酯键的基团来延伸的)。这类芳族含环氧基的材料例如包括含两个或更多个,通常为三个或更多个,更通常为四个或更多个多官能芳族烃基与有机酸形成的酯键重复单元的树脂。所述具有酯键的基团可具有一个或多个酯键。所述芳族含环氧基的材料可包括通过使液体双酚A树脂与作为分子链延长剂的二聚体酸或脂族二羧酸反应制得的环氧树脂。
在本发明的另一种实施方式中,所述负型感光树脂组合物含有双酚型含环氧基的材料和芳族含环氧基的材料(其中芳烃之间的距离使用(C4-C20)亚烷基来延伸)。这类芳族含环氧基的材料可包括两个具有缩水甘油醚基团的烃基通过(C4-C20)线型亚烷基连接或(C4-C20)线型亚烷基通过缩醛基连接到芳烃基上的环氧树脂。
在本发明的一个示范性的实施方式中,除了上述两种含环氧基的材料外,所述负型感光树脂组合物可包括不同于上述两种含环氧基的材料的第三含环氧基的材料。通常,上述第三含环氧基的材料可包括脂环烃环氧树脂,例如二环戊二烯缩水甘油基醚。具体的例子例如记载在美国专利No.3,018,262中。所述第三环氧树脂可包括表氯醇、环氧丙醇、甲基丙烯酸缩水甘油酯,诸如EPI-REZ 5014(Celanese Co.)的对叔丁基苯酚缩水甘油醚、诸如ADEKA RESINEP-4088S(Asahi Denka Co.)的二环戊二烯缩水甘油基醚、诸如ERL-4206(UnionCarbide Corp.)的乙烯基环己烯二氧化物、诸如ERL-4201(Union Carbide Corp.)的3,4-环氧基-6-甲基-环己基甲基-3,4-环氧基-6-甲基环己烯羧酸酯、诸如ERL-4289(Union Carbide Corp.)的己二酸二(3,4-环氧基-6-甲基-环己基甲基)酯、诸如ERL-0400(Union Carbide Corp.)的双(2,3-环氧基环戊基)醚、诸如ERL-4050和ERL-4269(Union Carbide Corp.)的聚丙二醇改性的脂族环氧化物,诸如ERL-4269(Union Carbide Corp.)的二戊烯二氧化物、诸如溴化的联苯基环氧树脂(例如DER-580(Dow Chemical Co.))的不易燃的环氧树脂、诸如DEN-431和DEN-438(Dow Chemical Co.)的酚醛清漆树脂的1,4-丁二醇二缩水甘油基醚和诸如KOPOXITE(Koppers Company,Inc.)的间苯二酚二缩水甘油基醚。
在本发明的一个示范性的实施方式中,所述负型感光树脂组合物可含有双酚型含环氧基的材料、聚烯氧基化的含环氧基的材料和脂环族烃型含环氧基的材料(alicyclic hydrocarbon epoxy-containing material)。
本发明的感光树脂组合物在固化态时显示出显著改善的耐热冲击性,因为所述组合物含有两种或多种,例如三种或多种含环氧基的材料。即,因为本发明的感光树脂组合物含有苯酚型含环氧基的材料和聚烯氧基化的含环氧基的材料,所以所述组合物可以用2.38重量%的TMAH水溶液显影,并能改善所述固化的树脂的耐热冲击性。此外,当所述感光树脂组合物还包含具有脂环族烃结构的环氧树脂时,所述固化的树脂的耐热冲击性可得到进一步改善。
在本发明的负型感光树脂组合物中,当含环氧基的材料含有双酚型含环氧基的材料和聚烯氧基化的含环氧基的材料时,以含环氧基的材料的总重计,双酚型含环氧基的材料的含量可为30-95重量%,典型地为50-85重量%,更典型地为65-80重量%。
当本发明的感光树脂组合物含有三种或更多种含环氧基的材料时,所述组合物通常含有双酚型含环氧基的材料、聚烯氧基化的含环氧基的材料和脂环族烃环氧树脂。这些含环氧基的材料的混合重量比([双酚型含环氧基的材料]∶[聚烯氧基化的含环氧基的材料]∶[脂环族烃环氧树脂])典型地为30-90∶1-60∶1-45,例如40-80∶10-45∶5-35,更典型地为60-70∶20-30∶10-20,以含环氧基的材料的总重计。
所述的负型感光树脂组合物含有乙烯基苯酚树脂。本发明典型的乙烯基苯酚树脂包括聚(对-乙烯基苯酚)树脂,所述聚(对-乙烯基苯酚)树脂是含有对-乙烯基苯酚作为聚合单元的聚合物。对所述聚合物没有特别的限制,只要该聚合物不含有环氧基。典型地,以所述聚合物的总聚合单元计,所述聚合物含有50重量%或更多的对-乙烯基苯酚作为聚合单元。更典型地,所述聚合物含有75重量%或更多的对-乙烯基苯酚,更为典型地,所述聚合物含有90重量%或更多的对-乙烯基苯酚。最典型地,所述聚合物是对-乙烯基苯酚的均聚物,其中所述聚合物的聚合单元全部是对-乙烯基苯酚。
所述聚(对-乙烯基苯酚)的重均分子量典型地为2,000-40,000,更典型地为5,000-35,000。
所述聚(对-乙烯基苯酚)聚合物可含有对-乙烯基苯酚以外的其它聚合单元。所述可共聚的化合物的例子包括但不限于丙烯酸或甲基丙烯酸的酯,例如丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸羟甲酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸辛酯、甲基丙烯酸2-乙氧基乙酯、丙烯酸叔丁酯、1,5-戊二醇二丙烯酸酯、丙烯酸N,N-二乙基氨基乙酯、乙二醇二丙烯酸酯、1,3-丙二醇二丙烯酸酯、癸二醇二丙烯酸酯、癸二醇二甲基丙烯酸酯、1,4-环己二醇二丙烯酸酯、2,2-二羟甲基丙烷二丙烯酸酯、甘油二丙烯酸酯、三丙三醇二丙烯酸酯、甘油三丙烯酸酯、2,2-二(对-羟基苯基)-丙烷二甲基丙烯酸酯、三乙二醇二丙烯酸酯、聚氧乙基-2,2-二(对-羟基苯基)-丙烷二甲基丙烯酸酯、三乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚氧丙基三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、丁二醇二甲基丙烯酸酯、1,3-丙二醇二甲基丙烯酸酯、丁二醇二甲基丙烯酸酯、1,3-丙二醇二甲基丙烯酸酯、1,2,4-丁三醇三甲基丙烯酸酯、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇二甲基丙烯酸酯、季戊四醇三甲基丙烯酸酯、1-苯基亚乙基-1,2-二甲基丙烯酸酯、季戊四醇四甲基丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、1,5-戊二醇二甲基丙烯酸酯、和1,4-苯二醇二甲基丙烯酸酯;苯乙烯和取代的苯乙烯,例如2-甲基苯乙烯和乙烯基甲苯;乙烯基酯,例如丙烯酸乙烯酯和甲基丙烯酸乙烯酯;乙烯基苯酚,例如邻-乙烯基苯酚和间-乙烯基苯酚。
所述聚(对-乙烯基苯酚)可以通过本领域已知方法来制备。可以使用市售的产品,例如MARUKA LYNCUR M S4P(Maruzen Petrochemical Co.)。
所述负型感光树脂组合物含有联苯基-苯酚树脂。本文所用的术语“联苯基-苯酚”树脂指的是包括苯酚和联苯基重复单元的聚合物,该聚合物可以以任何次序聚合。除苯酚和联苯基重复单元外,所述聚合物还可含有亚烷基结构,例如亚甲基、亚乙基单元。所述联苯基-苯酚树脂的联苯基和苯酚可被取代基,例如烷基、烷氧基取代。所述联苯基-苯酚树脂不包括环氧基团。所述联苯基-苯酚树脂可以用本领域已知方法来制备。可以使用市售产品,例如苯酚树脂MEH-7851(Meiwa Kasei Co.)。
通常,所述联苯基-苯酚树脂具有以下通式(III)代表的结构:
其中,n=0-4,典型地,n=0-3,更典型地,n=0-1。
所述联苯基-苯酚树脂的数均分子量典型地为350-1200,更典型地为370-1000。
所述联苯基-苯酚树脂的含量典型地为5-45重量%,更典型地为10-40重量%,以所述聚(对-乙烯基苯酚)树脂和所述联苯基-苯酚树脂的总重计。
任选地,除上述的聚(对-乙烯基苯酚)树脂和所述联苯基-苯酚树脂外,所述负型感光树脂组合物还可含有其它的不含环氧基的树脂粘合剂。所述其它的树脂粘合剂可以是能够引发与所述负型感光树脂组合物中的一种或多种组分的光引发交联反应的任何化合物。适合的这类树脂的例子包括但不限于含有具有一个或多个活性部分的官能团的化合物,例如活性氢原子,包括称作酚醛清漆树脂的苯酚/甲醛缩合聚合物,链烯基苯酚均聚物或共聚物,部分氢化的酚醛清漆树脂,和N-羟基苯基马来酰亚胺的均聚物或共聚物。
在负型感光树脂组合物中,其它的树脂粘合剂的含量典型地为50重量%或更少,更典型地为25重量%或更少,以聚(对-乙烯基苯酚)、联苯基-苯酚树脂和其它树脂粘合剂的总重计。最典型地,所述负型感光树脂组合物不含有任何其它的树脂粘合剂。
当负型感光树脂组合物含有酚醛清漆树脂作为其它的树脂粘合剂时(其中所述酚醛清漆树脂不包括联苯基-苯酚树脂),所述酚醛清漆树脂的含量应小于10重量%,通常小于5重量%,以含环氧基的材料、聚(对-乙烯基苯酚)、联苯基-苯酚树脂和其它树脂粘合剂的总重计。最典型地,所述树脂组合物不含有这样的酚醛清漆树脂。
在本发明的树脂组合物中,含环氧基材料的混合物与聚(对-乙烯基苯酚)、联苯基-苯酚树脂和其它树脂粘合剂的总重量的重量比([含环氧基的材料的总重]∶[聚(对-乙烯基苯酚)、联苯基-苯酚树脂和其它树脂粘合剂的总重]典型地为0.5∶1-2∶1,更典型地为0.7∶1-1.6∶1。
本发明的负型感光树脂组合物含有光敏组分,例如当暴露于活性辐射时能够产生酸的光酸产生剂。本领域已知的任何光酸产生剂可用于本发明。典型地,所述光酸产生剂是鎓盐。所述光酸产生剂可以是,例如具有弱亲核性阴离子的鎓盐。所述阴离子可以是二价或七价金属或非金属(例如Sb、Sn、Fe、Bi、Al、Ga、In、Ti、Zr、Sc、D、Cr、Hf和Cu还有B、P和As)的卤素络合物阴离子。适合的鎓盐的离子包括二芳基重氮鎓盐和元素周期表中Va族、Vb族、Ia族、Ib族和I族元素的鎓盐,例如卤鎓盐,其中典型的碘鎓盐是如美国专利No.4,683,317中所述的从芳基亚碘酰甲苯磺酸酯和芳基酮形成的那些、芳族碘鎓和iodoxonium盐、季铵盐、鏻盐和鉮盐、芳族锍盐和sulfoxonium盐或硒鎓盐。作为光酸产生剂,鎓盐可以用本领域已知的方法制备。或者,也可以使用市售的产品,例如三烯丙基锍六氟磷酸盐。
所述光酸产生剂可以是非离子性的有机化合物。典型的非离子性有机光酸产生剂包括卤化的非离子性化合物,例如1,1-双(对-氯苯基)-2,2,2-三氯乙烷(DDT);1,1-双(对-甲氧基苯基)-2,2,2-三氯乙烷)(METHOXYCHLOR);1,2,5,6,9,10-六溴环十二烷;1,10-二溴癸烷;1,1-双(对-氯苯基)-2,2-二氯乙烷;4,4’-二氯-2-(三氯甲基)二苯基甲醇,1,1-双(氯苯基)-2,2,2-三氯乙醇(KELTHANE);六氯二甲基砜;2-氯-6-(三氯甲基)吡啶;O,O-二乙基-O-(3,5,6-三氯-2-吡啶)phosphorothioate(DURSBAN);1,2,3,4,5,6-六氯环己烷;N-1,1-双(对-氯苯基)-2,2,2-三氯乙基乙酰胺,三(2,3-二溴丙基)异氰尿酸酯;2,2-双(对-氯苯基)-1,1-二氯乙烯;还有这些化合物的异构体、类似物和同系物。在以上材料中,三(2,3-二溴丙基)异氰尿酸酯是典型的。在欧洲专利公开0232972中也描述过适合的光酸产生剂。
本发明的负型感光树脂组合物含有足够量的光酸产生剂以在曝光于活性辐射和任选的曝光后烘干之后显影所述组合物的涂层薄膜。
除了可上述的组分外,本发明的负型感光树脂组合物还可任选地含有交联剂。适合的交联剂的例子包括基于胺的材料,例如三聚氰胺交联剂、苯胍胺交联剂和脲交联剂。所述三聚氰胺交联剂包括三聚氰胺单体、三聚氰胺低聚体和三聚氰胺聚合体;各种树脂材料,例如三聚氰胺—甲醛树脂。所述苯胍胺交联剂例如包括苯胍胺—甲醛。所述脲交联剂例如包括脲—甲醛树脂和甘脲—甲醛树脂。所述基于胺的交联剂,例如三聚氰胺交联剂、苯胍胺交联剂和脲交联剂可以与任选的交联剂联合使用。在一个示范性的实施方式中,所述交联剂是三聚氰胺交联剂和脲交联剂的组合。适合的基于胺的交联剂包括三聚氰胺,例如CYMEL 300、301、303、350、370、380、1116和1130(注册商标,American CyanamidCompany,Wayne,新泽西,美国),苯胍胺,例如CYMEL 1123和1125,甘脲树脂,例如CYMEL 1170、1171、1172和1174,和基于脲的树脂,例如BEETLE 60、65和80。其它类似的基于胺的化合物可以购得。
在上述基于胺的交联剂中,典型的是三聚氰胺树脂、甘脲树脂及其组合。适合的交联剂包括三聚氰胺—甲醛树脂(该树脂是三聚氰胺与甲醛的反应产物)或被烷氧基烷基取代的甘脲树脂。所述三聚氰胺—甲醛树脂一般是醚,例如三羟烷基三聚氰胺或六羟烷基三聚氰胺。所述烷基可含有1-8个或更多的碳原子,其中甲基是最典型的。取决于反应条件和甲醛的浓度,所述甲基醚可用来相互反应以形成更复杂的单元。
任选地,用于本发明的负型感光树脂组合物可含有光敏剂。向所述组合物中加入足够量的感光剂以提高波长感光性。适合的感光剂包括,例如2-乙基-9,10-二甲氧基蒽、9,10-二氯蒽、9,10-苯基蒽、1-氯蒽、2-甲基蒽、9-甲基蒽、2-叔丁基蒽、蒽、1,2-苯并蒽、1,2,3,4-二苯并蒽、1,2,5,6-二苯并蒽、1,2,7,8-二苯并蒽和9,10-二甲氧基二甲基蒽、N-甲基吩噻嗪和异丙基噻吨酮。在这些当中,2-乙基-9,10-二甲氧基-蒽、N-甲基吩噻嗪和异丙基噻吨酮是很典型的。
任选地,本发明的负型感光树脂组合物可含有另外的添加剂,包括染料、填料、润湿剂、阻燃剂、均涂剂和硅烷偶联剂。当本发明的组合物施涂到硅衬底上时,通常使用硅烷偶联剂来提高与硅衬底的亲合性。
可用在本发明的负型感光树脂组合物中的添加剂的浓度可根据所用的材料、组合物的涂敷方法和衬底的类型由本领域技术人员来确定。对于组合物的浓度没有特别的限制。
本发明的负型感光树脂组合物还可含有能够溶解上述组分的适当的溶剂。对这类溶剂没有特别的限制,只要所述溶剂能够充分溶解组合物中存在的组分。本领域已知的任何溶剂都可用于该目的。适合的溶剂包括但不限于一种或多种二醇醚,例如乙二醇单甲醚、丙二醇单甲醚、二丙二醇单甲醚;酯,例如醋酸甲氧基乙酯、醋酸乙氧基乙酯、醋酸1-甲氧基-2-丙酯、丙二醇单甲醚醋酸酯、二丙二醇单甲醚醋酸酯;二元酯(dibasic ester);碳酸丙二酯;γ-丁内酯;和醇,例如正丙醇。
本发明的负型感光树脂组合物可通过将上述组分溶解在溶剂中来制备。可根据各种因素,例如上述树脂组合物的涂敷工艺和所使用的组分来确定这些组分在上述的负型感光树脂组合物中的固体浓度。通常,以所述负型感光树脂组合物的总重计,所述固体浓度为10-70重量%或更高。更具体地,当所述树脂组合物用于流涂时,所述固体浓度可以是40-50重量%或更高,以所述树脂组合物的总重计。
本发明的进一方面还提供形成有图案的绝缘层的方法。所述方法包括在衬底上形成薄膜,所述成膜过程包括向衬底上施涂本发明的负型感光树脂组合物,将所述薄膜曝光并显影所述曝光的薄膜以形成有图案的绝缘膜。可通过常规的方法将这些树脂组合物施涂到衬底上,常规的方法包括但不限于丝网印刷、流涂、滚涂、缝隙涂敷、旋涂、幕涂、静电喷雾、喷涂和浸涂,或将组合物作为干膜施涂。可通过加入溶剂来减小粘度或加入增稠剂或填料来增加粘度以调节所述感光树脂组合物的粘度,以使所述树脂组合物的粘度满足各个工艺的要求。施涂到衬底上的树脂组合物的涂膜的厚度可以按需要调节,对于涂膜的厚度没有特别的限制。
用于本发明方法的衬底,可使用具有任何形状和材料的衬底,只要可以在该衬底上形成树脂图案。用于衬底的示范性的材料包括但不限于树脂、陶瓷、金属、玻璃和半导体。含有树脂材料的衬底例如包括印刷线路板和半导体包装物。含有陶瓷材料的衬底包括,例如半导体包装。铜是用在衬底中(例如用在铜板中)的典型金属。适合的玻璃衬底包括,例如显示材料,例如液晶显示器(LCD)和平板显示器(FPD)。所述衬底可以通过具有绝缘材料和导电材料的组合来形成,例如树脂上具有导电金属垫的衬底。此外,硅晶片衬底,例如在其上具有金属层(例如浸涂的铜膜)的硅晶片是适合的。
涂敷步骤之后,干燥所述薄膜以除去溶剂。如果需要的话,可以通过加热进行软烘干步骤来从涂敷的树脂组合物中蒸发掉溶剂。在所述软烘干步骤中要适当地设定温度和时间。
在曝光步骤中,将所述树脂组合物用活性辐射来辐照。对于曝光步骤中所用的辐照源没有特别的限制。典型地,在来自汞灯的436nm、405nm、365nm和254nm的光束形式的辐射或来自准分子激光器的157nm、193nm、222nm和248nm的光束形式的辐射适合于该目的。所述光束可以是单色的或多色的。此外,在曝光步骤中,可以使用相转移方法。当用图案状活性辐射辐照所述的树脂组合物薄膜时,将图案转移到所述的组合物薄膜上。
曝光之后,可以用本领域已知的方法在适当的条件下进行曝光后烘干(PEB)。例如,所述曝光后烘干(PEB)可以使用约70-140℃的电热板进行约15秒到10分钟。除使用电热板外,还可使用对流炉。在这种情况下,与电热板相比,需要较长的处理时间。
在显影步骤中,涂敷有所述树脂组合物的衬底与显影液接触。可使用适当浓度的本领域已知的显影液。适当的显影液包括,例如选自无机碱(例如氢氧化钾、氢氧化钠、碳酸钠、碳酸钾、硅酸钠、偏硅酸钠、氨水)、伯胺(例如乙胺、正丙胺)、仲胺(例如二乙胺、二正丙基胺)、叔胺(例如三乙胺、三甲胺)和季铵盐(例如氢氧化四甲基铵(TMAH)、氢氧化三甲基羟乙基-铵)水溶液的碱性显影液。典型的是浓度为1-10重量%的TMAH水溶液,例如2-5在%的TMAH水溶液。本发明的树脂组合物具有优势,因为它可以用用于光刻胶的常规显影液TMAH水溶液来显影。如果需要的话,所述显影液还可含有醇、表面活性剂等。此外,如果在使用前通过微型过滤器过滤所述树脂组合物和显影液以除去灰尘将是有利的。
本发明的树脂组合物不仅可用在WL-CSP和超LSI制造中,而且用在构建通常的IC、掩膜、印刷版,例如平版、雕版和凸版印刷版。另外,所述树脂组合物可用作光刻胶,例如用于印刷线路板、中间层具有树脂、焊料抗蚀膜、用于液晶显示器件的颜色滤光片、光硬化墨水、油漆和粘合剂,并可用在形成和复制浮雕像。具体地,本发明的负型感光树脂组合物可用作中间层绝缘层,用于制造WL-CSP和半导体器件。
在下面的实施例中将进一步详细解释本发明。然而,应理解这些实施例不限制本发明的范围。
实施例
实施例1-5和对比例1
对于实施例1-5和对比例1,制备了表1中所示的负型感光树脂组合物。形成树脂图案并使用下面所述的树脂图案形成试验来测试各个组合物的树脂图案。树脂图案形成试验的结果示于表1。
树脂图案形成试验
步骤1:使用旋涂器将所述负型感光树脂组合物施涂到硅晶片上以形成干厚为12微米的涂膜。
步骤2:涂敷有所述负型感光树脂组合物的衬底在90℃的对流炉中加热30分钟。
步骤3:用具有印刷的铬图案的石英掩膜来覆盖所述衬底,并在i-线辐射剂量为1000mJ/cm2的高压汞灯产生的紫外线(包括i-线、g-线和h-线)中曝光。
步骤4:在80℃的对流炉中对所述曝光的衬底加热40分钟,作为曝光后烘干。
步骤5:通过在23℃下将所述衬底浸渍在2.38重量%的TMAH水溶液中2.5分钟来进行显影。通过肉眼检查来确认树脂图案的形成。
在表1中,用于TMAH显影性能的符号如下:
“○”=所述感光树脂组合物薄膜完全显影。
“△”=仅仅感光树脂组合物薄膜的表面显影且观察到残留的薄膜。
“×”=所述感光树脂组合物薄膜根本没有显影。
列在表1中的组分如下:
聚(对-乙烯基苯酚)(MARUKA LYNCUR M S4P,Maruzen PetrochemicalCo.);
联苯基-苯酚树脂(软化点:79℃,OH当量:207g/当量)(苯酚树脂MEH-7851M,Meiwa Kasei Co.);
双酚型含环氧基的材料(双酚A环氧树脂,EPIKOTE 828,Japan Epoxy ResinCo.,Ltd.);
聚烯氧基化的含环氧基的材料(EPICLON EXA 4850-150,Dainippon Inkand Chemicals,Inc.);
脂环族环氧树脂(ADEKA RESIN EP-4088S,Asahi denka Co.);
交联剂:六甲氧基甲基化的三聚氰胺(Mitsui Cytec Industries);
交联剂2:四甲氧基甲基化甘脲(POWDERLINK 1174,Mitsui CytecIndustries);
光酸产生剂:三烯丙基锍六氟磷酸盐;
硅烷偶联剂:γ-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷(TORAY-Dow CorningSilicone Co.,Ltd.);
光敏剂:2-乙基-9,10-二甲氧基蒽;和
PGMEA:丙二醇单甲醚醋酸酯。
此外,还使用下面所述的热冲击试验对实施例1-4和对比例1的组合物的耐热冲击性进行测试评估。热冲击试验的结果示于表1。该试验包括在BT树脂上使用具有2平方毫米格子图案的双层样品形式的固化的组合物。所述热冲击试验(-65℃/7分钟-150℃/7分钟)在液相中进行。
热冲击试验
步骤1:使用旋涂器将所述负型感光树脂组合物施涂到BT树脂上以形成干厚为30微米的薄膜(第一层)。
步骤2:涂敷的衬底在90℃的对流炉中加热30分钟。
步骤3:在i-线辐射剂量为3000mJ/cm2的用高压汞灯产生的紫外线(包括i-线、g-线和h-线)中曝光所述衬底上的组合物。进行曝光时不需图案化。
步骤4:在80℃的对流炉中对所述曝光的衬底加热40分钟,作为曝光后烘干。
步骤5:所述衬底在130℃的对流炉中加热30分钟作为预固化处理。
步骤6:所述衬底在200℃的对流炉中加热1小时作为热固化处理。
步骤7:所述热固化处理的第一层用UV臭氧处理以修饰其表面。
步骤8:将用于第一层的同样的负型感光树脂组合物用旋涂器施涂在表面修饰过的第一层上,以形成干厚为30微米的薄膜(第二层)。
步骤9:涂敷的衬底在90℃的对流炉中加热30分钟。
步骤10:用具有印刷的铬图案的石英掩膜来覆盖所述衬底,并在i-线辐射剂量为3000mJ/cm2的高压汞灯产生的紫外线(包括i-线、g-线和h-线)中曝光。通过曝光形成2平方毫米的格子图案。
步骤11:在80℃的对流炉中加热所述曝光的衬底40分钟,作为曝光后烘干。
步骤12:通过在23℃下将所述衬底浸渍在2.38重量%的TMAH水溶液中3分钟来进行显影,然后用蒸馏水洗涤。
步骤13:所述衬底在130℃的对流炉中加热30分钟作为预固化处理。
步骤14:所述衬底在200℃的对流炉中加热1小时作为热固化处理。
步骤15:将所述衬底于液相中在-65℃/7分钟-150℃/7分钟重复地进行热循环直到观察到所述固化的树脂破裂。
表1
表1组分 | 实施例编号 | |||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 对比例1 | |
聚(对-乙烯基苯酚)(g) | 17.2 | 17.6 | 18.1 | 18.5 | 18.8 | 18.8 |
联苯基-苯酚树脂(g) | 5.7 | 5.9 | 4.5 | 4.6 | 6.3 | 6.3 |
双酚型含环氧基的材料(g) | 23.6 | 20.1 | 23.8 | 20.3 | 21.5 | 28.8 |
聚烯氧基化的含环氧基的材料(g) | 7.9 | 6.7 | 7.9 | 6.8 | 7.2 | 0 |
脂环族环氧树脂(g) | 0 | 4 | 0 | 4.1 | 0 | 0 |
光酸产生剂(g) | 3.5 | 3.6 | 3.5 | 3.6 | 3.9 | 3.8 |
交联剂(g) | 2.6 | 2.7 | 2.6 | 2.7 | 2.8 | 3.5 |
交联剂2(g) | 0.6 | 0.7 | 0.7 | 0.7 | 0.7 | 0 |
硅烷偶联剂(g) | 1.1 | 1.1 | 1.1 | 1.1 | 1.1 | 1.1 |
光敏剂(g) | 0.4 | 0.4 | 0.4 | 0.4 | 0.4 | 0.4 |
PGMEA(g) | 37.1 | 37.1 | 37.1 | 37.1 | 37.1 | 37.1 |
TMAH显影性能 | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ |
耐热冲击性(循环) | 400 | 500 | 400 | 300 | - | 150 |
用2.38%的TMAH溶液完全显影事实上1-5和对比例1中的感光树脂组合物。而且,环氧树脂组分含量的增加不影响曝光步骤之后的显影性能。
关于热冲击试验,从对比例1的感光树脂组合物制得的固化的树脂仅在150个循环后就出现破裂。而实施例1-4的感光树脂组合物直到300-500个循环后才出现破裂。
Claims (10)
1.一种负型感光树脂组合物,包含:
乙烯基苯酚树脂;
联苯基-苯酚树脂;和
两种或更多种含环氧基的材料。
2.如权利要求1所述的负型感光树脂组合物,其特征在于,所述含环氧基的材料包括双酚型含环氧基的材料和聚烯氧基化的含环氧基的材料。
3.如权利要求1所述的负型感光树脂组合物,其特征在于,所述含环氧基的材料包括双酚A型含环氧基的材料、聚烯氧基化的含环氧基的材料和脂环族烃型含环氧基的材料。
4.如权利要求1所述的负型感光树脂组合物,其特征在于,所述乙烯基苯酚树脂是聚(对-乙烯基苯酚)树脂。
5.如权利要求1所述的负型感光树脂组合物,其特征在于,还包括交联剂。
6.如权利要求5所述的负型感光树脂组合物,其特征在于,所述交联剂包括三聚氰胺交联剂和脲交联剂。
7.一种形成有图案的介电膜的方法,包括:
(a)在衬底上形成薄膜,所述成膜过程包括向衬底上施涂负型感光树脂组合物,其中所述组合物包含乙烯基苯酚树脂、联苯基-苯酚树脂和两种或更多种含环氧基的材料;
(b)将所述薄膜曝光;和
(c)显影所述曝光的薄膜以形成有图案的介电膜。
8.如权利要求7所述的方法,其特征在于,所述含环氧基的材料包括双酚型含环氧基的材料和聚烯氧基化的含环氧基的材料。
9.如权利要求7所述的方法,其特征在于,所述含环氧基的材料包括双酚A型含环氧基的材料、聚烯氧基化的含环氧基的材料和脂环族烃型含环氧基的材料。
10.如权利要求7所述的方法,其特征在于,所述乙烯基苯酚树脂是聚(对乙烯基苯酚)树脂。
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