CN1860414A - 正型感光性树脂组合物、图案的制造方法及电子部件 - Google Patents
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Abstract
提供一种灵敏度、分辨率和粘接性均优良,而且即使在280℃以下进行的低温固化加工中使用,也能得到耐热性优良、吸水率低、形状良好的图案的正型感光性树脂组合物。正型感光性树脂组合物,包括(a)具有聚噁唑前体结构的碱水溶液可溶性聚酰胺,(b)邻醌二叠氮化合物,和(c)加热产生酸的热潜在性酸发生剂。此外其中也可以含有(d)具有酚性羟基的化合物,(e)溶剂。
Description
技术领域
本发明涉及含有带感光性的聚唑前体的耐热性正型感光性树脂组合物、采用该组合物的图案的制造方法以及电子部件。
背景技术
过去在半导体元件的表面保护膜、层间绝缘膜中采用兼有优良的耐热性和电学特性、机械特性等的聚酰亚胺树脂。但是,近年来半导体元件处于高度集成化、大型化的进程中,要求密封树脂包装薄型化和小型化,但是由于一直采用LOC(lead on chip)和焊料回流进行表面安装等方式,所以迄今为止一直需要一种在半导体回路的最表面上形成保护膜所适合的特性即机械特性和耐热性优良的聚酰亚胺树脂。
另一方面,由于具有能够简化图案制作工序,缩短复杂的制造工序的特征,所以过去一直使用对于聚酰亚胺树脂本身赋予了感光特性的感光性聚酰亚胺。
使用这种已有的感光性聚酰亚胺或其前体而形成的耐热性光刻胶是众所周知的。例如对于负型感光性树脂而言,可以举出借助于酯键或离子键在聚酰亚胺前体中导入甲基丙烯酰基的方法(例如参见专利文献1~4),利用具有光聚合性烯烃的可溶性聚酰亚胺(例如参见专利文献5~10)得到的聚酰亚胺,具有二苯甲酮骨架而且得结合氮原子的芳环的邻位具有烷基的自增感型聚酰亚胺(例如参见专利文献11和12)等。而且关于这些物质的用途也是众所周知的。然而,对于上述负型感光性树脂而言,由于显影时需要N-甲基吡咯烷酮等有机溶剂,所以最近有人提出了能够用碱水溶液显影的正型感光性树脂。
作为正型感光性树脂,例如已知有通过酯键将邻硝基苄基导入聚酰亚胺前体中的方法(例如参见非专利文献1)、将萘醌二叠氮化物在可溶性羟基酰亚胺或聚唑前体中混合的方法(例如参见专利文献13、14)、通过酯键将萘醌二叠氮化物导入可溶性聚酰亚胺中的方法(例如参见非专利文献2)等得到的正型感光性树脂,以及在聚酰亚胺前体中混合萘醌二叠氮化物得到的感光性树脂组合物(例如参见专利文献15)。
然而,对于上述的负型感光性树脂来说,有因感光剂的吸收波长产生的分辨率的问题,或者有根据用途不同制造时引起成品率低的问题等。而且由于上述聚酰亚胺树脂中使用的聚合物结构受到限制,所以使最终得到的薄膜性能受到限制,不适于多用途使用。此外,即使正型感光性树脂中,也会有与负型感光性树脂同样的问题,即灵敏度和分辨率伴随着感光性树脂的吸收波长而降低的问题,结构受到限制的问题。
此外,虽然也有人提出用导入了酚性羟基的材料,来代替在聚苯并唑前体中混合了重氮萘醌的材料(例如参见专利文献16)、通过酯键在聚酰胺酸中导入苯酚部位的材料(例如参见专利文献17)等羧酸的提案,但是这些材料的显影性不充分。而且还有未曝光部分的膜减少,以及树脂剥离的问题。
为了改善这种显影性和粘接性,有人提出混合了聚合物骨架中具有硅氧烷部位的聚酰胺酸的材料(例如参见专利文献18、19),但因使用了聚酰胺酸而导致保存稳定性恶化。于是为了改善保存稳定性和粘接性,有人提出用聚合性基团将胺的末端封闭的材料(例如参见专利文献20~22)。然而这些材料,由于使用含有多数芳环的重氮苯醌化合物作为氧发生剂,所以灵敏度低。不仅如此,由于必须增加重氮苯醌化合物的添加量,所以还有热固化后的机械性能显著降低的问题,因而很难说是具有实用水平的材料。
为了改善使用上述重氮苯醌化合物的问题,有人提出采用了各种化学增幅体系的材料。作为化学增幅型的聚酰亚胺(例如参见专利文献23),例如可以举出化学增幅型的聚酰亚胺、聚苯并唑前体(例如参见专利文献24~30)。然而这些物质中,由于高灵敏度物质的分子量低,所以有膜特性低的问题。另一方面,由于膜特性优良物质的分子量高,所以溶解性不足,灵敏度降低。因此,这些物质都很难说是具有实用水平的材料,所以目前的线状是尚无实用化水平充分的材料。
专利文献1:特开昭49-11541号公报
专利文献2:特开昭50-40922号公报
专利文献3:特开昭54-145794号公报
专利文献4:特开昭59-38038号公报
专利文献5:特开昭59-108031号公报
专利文献6:特开昭59-220730号公报
专利文献7:特开昭59-232122号公报
专利文献8:特开昭60-6729号公报
专利文献9:特开昭60-72925号公报
专利文献10:特开昭61-57620号公报
专利文献11:特开昭59-219330号公报
专利文献12:特开昭59-231533号公报
专利文献13:特公昭64-60630号公报
专利文献14:第4395482号美国专利说明书
专利文献15:特开昭52-13315号公报
专利文献16:特开平1-46862号公报
专利文献17:特开平10-307393号公报
专利文献18:特开平4-31861号公报
专利文献19:特开平4-46345号公报
专利文献20:特开平5-197153号公报
专利文献21:特开平9-183846号公报
专利文献22:特开2001-183835号公报
专利文献23:特开平3-763号公报
专利文献24:特开平7-219288号公报
专利文献25:特开平10-186664号公报
专利文献26:特开平11-202489号公报
专利文献27:特开2000-56559号公报
专利文献28:特开2001-194791号公报
专利文献29:特表2002-526793号公报
专利文献30:第6143467号美国专利说明书
非专利文献1:Macromol.Sci.Chem.,A24,10,1407,1987
非专利文献2:Macromolecules,23,1990
感光性聚酰亚胺或者感光性聚苯并唑,通常在形成图案后于350℃左右的高温下进行固化。与此相比,作为最近登场的下一代存储器,即具有前途的MRAM(Magnet Resistive RAM:非易失性磁阻存储器),由于不耐于高温过程中,而希望用低温工艺制造。因此,作为缓冲涂层(表面保护膜)的材料,这样一种感光性树脂组合物是不可缺少的,所述的组合物不是在过去的350℃左右高温下,而是能够在大约280℃以下的低温下固化,而且固化后的膜的物性不亚于高温下固化的膜的性能。
发明内容
因此,本发明目的在于通过对于可以碱显影的感光性聚苯并唑的前体采用特定的添加剂,来提供一种即使采用低温固化加工(process)也能得到与高温下固化膜的物性没有差别的耐热性优良的固化膜的正型感光性树脂组合物。
而且本发明的图案制造方法,由于采用上述正型感光性树脂组合物,所以能用碱水溶液显影,可以得到灵敏度和分辨率优良,形状良好的图案。
此外,采用280℃以下的低温固化加工能够得到耐热性优良的图案。
不仅如此,本发明由于具有良好形状和特性的图案,而且能用低温法固化,可以避免对设备的损坏,因而能以良好的成品率提供一种可靠性高的电子部件。
本发明涉及以下内容。
[1]一种正型感光性树脂组合物,其特征在于其中含有
(d)具有聚唑前体结构的碱水溶液可溶性聚酰胺,
(e)邻醌二叠氮化合物,和
(f)加热产生酸的热潜在性酸发生剂。
[2]上述[1]中记载的正型感光性树脂组合物,其特征在于其中所述的(a)成分,是具有由下述通式(I)表示的重复单元的聚酰胺。
[化1]
(式中,U表示四价的有机基团,V表示二价的有机基团。)
[3]上述[1]或[2]中记载的正型感光性树脂组合物,其特征在于其中所述的(c)成分是由强酸和碱生成的盐。
[4]上述[1]~[3]中任何一项记载的正型感光性树脂组合物,其特征在于其中所述的(c)成分的分解开始温度处于140℃以上、250℃以下。
[5]上述[1]~[4]中任何一项所述的正型感光性树脂组合物,其特征在于其中所述的(c)成分是甲苯磺酸盐。
[6]上述[1]~[5]中任何一项所述的正型感光性树脂组合物,其特征在于其中所述的(c)成分是碘盐。
[7]上述[1]~[6]中任何一项所述的正型感光性树脂组合物,其特征在于其中还含有(d)具有酚性羟基的化合物。
[8]上述[7]中记载的正型感光性树脂组合物,其特征在于其中所述的(d)成分,是由以下通式(II)表示的化合物,
[化2]
(式中,X表示单键或二价有机基团,R3~R6各自独立表示氢原子或一价有机基团,m和n各自独立地表示1~3的整数,p和q各自独立地表示0~4的整数。)
[9]上述[8]中记载的正型感光性树脂组合物,其特征在于其中所述的通式(II)中,由X表示的基团是由以下通式(III)表示的基团,
[化3]
(式中,两个A各自独立地表示氢原子或1~10个碳原子的烷基,也可以含有氧原子和/或氟原子。)
[10]上述[1]~[9]中任何一项记载的正型感光性树脂组合物,其特征在于其中所述的(a)成分、(b)成分和(c)成分间的配比,相对于100重量份所述的(a)成分,所述的(b)成分为5~100重量份,所述的(c)成分为0.1~30重量份。
[11]上述[7]~[10]中任何一项记载的正型感光性树脂组合物,其特征在于其中所述的(a)成分、(b)成分、(c)成分和(d)成分之间的配比,相对于100重量份所述的(a)成分,所述的(b)成分为5~100重量份,所述的(c)成分为0.1~30重量份,而且所述的(d)成分为1~30重量份。
[12]一种图案的制造方法,其特征在于其中包括
将上述[1]~[11]中任何一项记载的正型感光性树脂组合物涂布在支持基板上、干燥,得到感光性树脂膜的工序,
将上述感光性树脂膜在预定的图案的活性光线中曝光的工序,和
用碱水溶液将上述曝光后的感光性树脂膜显影的工序。
[13]上述[12]中记载的图案制造方法,其特征在于还包括将上述显影后的感光性树脂膜加热处理的工序。
[14]上述[13]中记载的图案制造方法,其特征在于其中所述的加热处理,是一边使频率变化一边脉冲状照射微波的处理。
[15]上述[13]或[14]中记载的图案制造方法,其特征在于其中所述的加热处理在280℃以下温度下进行。
[16]一种电子部件,其特征在于是包括具有用上述[12]~[15]中任何一项记载的图案制造方法得到的图案层的电子器件的电子部件,所述的电子器件中,将其中设置的上述图案层作为层间绝缘膜层和/或表面保护膜层。
[17]上述[16]记载的电子部件,其特征在于是MRAM。
本发明的正型感光性树脂组合物,在将感光性树脂膜曝光、显影后的加热处理的工序中,由潜在性酸发生剂产生的酸,在聚苯并唑前体的含有酚性羟基的聚酰胺结构产生脱水反应而环化之际起着催化剂的作用。因此,在更低的温度下高效产生环化反应和固化反应。通过采用预定物质作为使用的潜在性酸发生剂,曝光部分与未曝光部分对显影液的溶解速度差(溶解反差)不会产生影响,灵敏度和分辨率均优良。而且采用本发明的图案制造方法,通过使用上述正型感光性树脂组合物,灵敏度、分辨率和粘接性均优良,而且即使采用低温固化加工也可以得到耐热性优良、吸水率低、和形状良好的图案。
而且本发明的电子部件由于具有良好的形状以及粘接性和耐热性均优良的图案,而且能够用低温加工固化,可以避免器件的损坏,是一种可靠性高的产品。而且由于器件的损坏少而成品率也高。
附图说明
[图1]是表示多层布线结构的半导体装置制造工序的断面视图。
[图2]是表示图1所示工序的后续工序的断面视图。
[图3]是表示图2所示工序的后续工序的断面视图。
[图4]是表示图3所示工序的后续工序的断面视图。
[图5]是表示图4所示工序的后续工序的断面视图。
具体实施方式
以下说明本发明的实施方式。
本发明的正型感光性树脂组合物中,作为(a)成分,含有具有聚唑前体结构的碱水溶液可溶性的聚酰胺。本发明使用的聚酰胺,只要是一部分具有聚唑前体的结构,就全体而言碱水溶液可溶性的就无特别限制,例如也可以与聚唑前体结构同时具有不属于聚唑前体结构的聚酰胺的结构、聚苯并唑的结构、聚酰亚胺或聚酰亚胺前体(聚酰胺酸和聚酰胺酸酯)的结构等。
作为本发明用的聚酰胺,优选的可以举出具有由上述通式(I)表示的重复单元的、含有碱水溶液可溶性的酚性羟基的聚酰胺。这种含有酚性羟基的聚酰胺,一般起着聚唑的作用,优选起着聚苯并唑前体的作用。其中所述的碱水溶液,是指四甲基氢氧化铵水溶液、金属氢氧化物水溶液、有机胺水溶液等碱性溶液。聚唑前体的结构,例如由通式(I)表示的含有羟基的酰胺单元,最终通过固化时的脱水闭环,转变成耐热性、机械特性和电学特性均优良的唑体。
本发明采用的聚酰胺,虽然优选具有由上述通式(I)表示的重复单元的,但是由于该聚酰胺对碱水溶液的可溶性源于与U结合的OH基(一般为酚性羟基),所以含有上述OH基的酰胺单元优选处于某个比例以上。
也就是说,优选由下述通式(IV)表示的聚酰胺。
[化4]
(式中,U表示四价的有机基团,V和W表示二价的有机基团。J和k表示摩尔比,j与k之和为100摩尔%,j为60~100摩尔%,k为40~0摩尔%。)其中式中的j和k的摩尔比,更优选j=80~100摩尔%,k=20~0摩尔%。
(a)成分的分子量,按重均分子量计优选3000~200000,更优选5000~100000。这里所述的分子量,是指利用凝胶渗透色谱法测定后,用标准聚苯乙烯检测曲线换算得到的数值。
对于本发明用的聚酰胺的制造方法并无特别限制,例如具有由上述通式(I)表示的重复单元的聚酰胺,一般可以利用二羧酸衍生物与含有羟基的二胺类合成。具体讲,将二元羧酸衍生物变换成二卤衍生物后,通过与上述二胺类进行反应可以合成。作为二卤衍生物,优选二氯衍生物。
二氯衍生物可以通过卤化剂与二元羧酸衍生物作用的方式合成。作为卤化剂,可以使用在通常的羧酸的酸氯化反应中使用的亚硫酰二氯、磷酰氯、氧氯化磷、五氯化磷等。
作为二氯衍生物的合成方法,可以举出使二元羧酸与上述卤化剂在溶剂中反应的方法,和在过量卤化剂中反应后,将剩余成分蒸馏除去的方法。作为反应溶剂,例如可以使用N-甲基-2-吡咯烷酮、N-甲基-2-吡啶酮、N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、甲苯、苯等。
这些卤化剂的用量,使其在溶剂中反应的情况下,相对于二元羧酸衍生物优选1.5~3.0摩尔,更优选1.7~2.5摩尔。使其在卤化剂中反应的情况下,优选4.0~50摩尔,更优选5.0~20摩尔。反应温度优选-10~70℃,更优选0~20℃。
二氯衍生物与二胺类之间的反应,优选在脱卤化氢剂存在下,于有机溶剂中进行。作为脱卤化氢剂,通常可以使用吡啶、三乙胺等有机碱。而且作为有机溶剂,例如可以使用N-甲基-2-吡咯烷酮、N-甲基-2-吡啶酮、N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺等。反应温度优选-10~30℃,更优选0~20℃。
其中在通式(I)中,所述的由U表示的四价有机基团,一般是源于与二元羧酸反应形成聚酰胺结构的二羟基二胺的残基,优选四价芳基。作为碳原子数优选6~40个,更优选6~40个碳原子的4价芳基。作为四价芳基优选其中四个结合部位均在芳环上,二个羟基分别处于胺的邻位上的结构的二胺的残基。
作为这种二胺类,例如可以举出3,3’-二氨基-4,4’-二羟基联苯、4,4-二氨基-3,3’-二羟基联苯、双(3-氨基-4-羟基苯基)丙烷、双(4-氨基-3-羟基苯基)丙烷、双(3-氨基-4-羟基苯基)砜、双(4-氨基-3-羟基苯基)砜、2,2-双(3-氨基-4-羟基苯基)-1,1,1,3,3,3-六氟丙烷、2,2-双(4-氨基-3-羟基苯基)-1,1,1,3,3,3-六氟丙烷等。但是并不限于这些化合物。这些化合物可以单独使用或者两种以上组合使用。
而且在上述聚酰胺的式中,由W表示的二价基团,一般是指与二元羧酸反应形成聚酰胺结构的、源于二胺的残基(其中除形成上述U的二羟基二胺之外),优选二价芳基或脂肪族基团。碳原子数优选4~40的,更优选4~40个碳原子的二价芳基。
作为这种二胺类,例如可以举出4,4’-二氨基二苯基醚、4,4’-二氨基二苯基甲烷、4,4’-二氨基二苯基砜、4,4’-二氨基二苯基亚砜、联苯胺、间苯二胺、对苯二胺、1,5萘二胺、2,6-萘二胺、双(4-氨基苯氧基苯基)砜、双(3-氨基苯氧基苯基)砜、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)苯等芳香族二胺化合物;此外作为导入了硅酮基的二胺,可以举出LP-7100、X-22-161AS、X-22-161A、X-22-161B、X-22-161C和X-22-161E(商品名,均为信越化学工业株式会社制造)等,但是并不限于这些化合物。这些化合物可以单独使用或者两种以上组合使用。
而且在通式(I)中,由V表示的二价有机基团是指与二胺反应形成聚酰胺结构的源于二元羧酸的残基,优选二价芳基。碳原子数优选6~40的,更优选6~40个碳原子的二价芳基。作为二价芳基,优选二个结合部位均存在于芳环上的。
作为这种二元羧酸,例如可以举出间苯二甲酸、对苯二甲酸、2,2-双(4-羧基苯基)-1,1,1,3,3,3-六氟丙烷、4,4’-二羧基联苯、4,4’-二羧二苯醚、4,4’-二羧基四苯基硅烷、双(4-羧基苯基)砜、2,2-双(对羧基苯基)丙烷、5-叔丁基间苯二甲酸、5-溴代间苯二甲酸、5-氟代间苯二甲酸、5-氯代间苯二甲酸、2,6-萘二甲酸等芳香族二元羧酸,1,2-环丁烷二甲酸、1,4-环己烷二甲酸、1,3-环戊烷二甲酸、草酸、马来酸、琥珀酸等脂肪族二元羧酸等,但是并不限于这些酸。这些化合物可以单独使用或者两种以上组合使用。
如上所述,作为本发明用的(a)成分的聚酰胺,也可以使用具有聚酰亚胺前体结构的聚唑前体。具体讲,可以使用具有由下述通式(VI)表示的重复单元的聚酰胺。
[化5]
(式中,Y表示具有至少两个以上碳原子的二价至八价的有机基团,Z表示具有至少两个以上碳原子的二价至六价的有机基团,R7表示氢原子或者1~20个碳原子的有机基团。L表示0~2的整数,g、h表示0~4的整数。i表示重复单元数目,优选10~100000的整数。而且全部重复单元中至少一部分重复单元的1是1或2,至少一部分重复单元的g和h之和为1以上。)
作为Y、Z的优选结构例如可以列举如下。Y、Z的各结构上,与其他原子的结合位置处于芳环上。
[化6]
这些结构中,Y、Z的各结构上,与其他原子的结合位置处于芳环上。酰胺基和羧基的结合位置优选处于各结构的末端的芳环上。当X、Y具有酰胺键结构的情况下,羟基(OH)优选位于氮原子结合的芳环上、氮原子的邻位上,以便能形成苯并唑环。
而且优选的R7,例如可以举出氢原子、甲基、乙基、异丙基、叔丁基、正丁基、环己基、苯基、对羟基苄基、四氢吡喃基等。
对这种具有聚酰亚胺前体结构的聚唑前体的制造方法并无特别限制,例如作为制造聚酰亚胺前体的材料的二胺和/或四元羧酸二酐,优选使用其结构中具有能形成唑环结构的二胺和/或四元羧酸二酐(以下有时分别将其叫作二胺(i)和四元羧酸二酐(ii)),制造聚酰亚胺前体。
作为二胺(i)和四元羧酸酐(ii)列举如下。
[化7]
(二胺(i))
[化8]
(四元羧酸二酐(ii))
作为与四元羧酸二酐(ii)并用的二胺,除二胺(i)以外还可以举出上述通式(I)中在U或W的说明中例示的二胺类,作为与二胺(i)并用的四元羧酸二酐(ii),除了四元羧酸二酐(ii)之外,例如还可以举出均苯四甲酸二酐、联苯四甲酸二酐、二苯甲酮四甲酸二酐、羟基邻苯二甲酸二酐等。
作为本发明使用的(b)成分的邻醌二叠氮化合物是感光剂,通过光照产生羧酸,具有使光照部分在碱水溶液中可溶性增大作用的物质。这种邻醌二叠氮化合物,例如可以通过邻醌二叠氮磺酰氯类,与羟基化合物、氨基化合物在脱盐酸剂存在下进行缩合反应的方式得到。作为上述邻醌二叠氮磺酰氯类,例如可以举出苯醌-1,2-二叠氮基-4-磺酰氯、萘醌-1,2-二叠氮基-5-磺酰氯、萘醌-1,2-二叠氮基-4-磺酰氯等。
作为上述羟基化合物,例如可以使用氢醌、间苯二酚、1,2,3-苯三酚、双酚A、双(4-羟基苯基)甲烷、2,2-双(4-羟基苯基)六氟丙烷、2,3,4-三羟基二苯甲酮、2,3,4,4’-四羟基二苯甲酮、2,2,’4,4’-四羟基二苯甲酮、2,3,4,2’,3’-五羟基二苯甲酮、2,3,4,3’,4’,5’-六羟基二苯甲酮、双(2,3,4-三羟基苯基)甲烷、双(2,3,4-三羟基苯基)丙烷、4b,5,9b,10-四氢-1,3,6,8-四羟基-5,10-二甲基茚并[2,1-a]茚、三(4-羟基苯基)甲烷、三(4-羟基苯基)乙烷等。
作为氨基化合物,例如可以举出对苯二胺、间苯二胺、4,4’-二氨基二苯基醚、4,4’-二氨基二苯基甲烷、4,4’-二氨基二苯基砜、4,4’-二氨基二苯基亚砜、邻氨基苯酚、间氨基苯酚、对氨基苯酚、3,3’-二氨基-4,4’-二羟基联苯、4,4’-二氨基-3,3’-二羟基联苯、双(3-氨基-4-羟基苯基)丙烷、双(4-氨基-3-羟基苯基)丙烷、双(3-氨基-4-羟基苯基)砜、双(4-氨基-3-羟基苯基)砜、双(3-氨基-4-羟基苯基)六氟丙烷、双(4-氨基-3-羟基苯基)六氟丙烷等。
邻醌二叠氮磺酰氯与羟基化合物和/或氨基化合物间的配比,相对于1摩尔邻醌二叠氮磺酰氯而言,羟基与氨基总量优选配入0.5~1当量。脱盐酸剂与邻醌二叠氮磺酰氯间的优选配比,处于0.95/1~1/0.95范围内。反应温度优选0~40℃,反应时间优选1~10小时。
作为反应溶剂,例如可以使用二烷、丙酮、甲基乙基酮、四氢呋喃、二乙基醚、N-甲基吡咯烷酮等溶剂。作为脱盐酸剂,例如可以举出碳酸钠、氢氧化钠、碳酸氢钠、碳酸钾、氢氧化钾、三甲胺、三乙胺、吡啶等。
本发明的正型感光性树脂组合物中,(b)成分的配入量,从曝光部分与未曝光部分的溶解度之差、灵敏度的容许范围来看,相对于100重量份(a)成分优选为5~100重量份,更优选8~40重量份。
本发明使用的(c)成分是加热产生酸的热潜在酸发生剂。本发明的热潜在酸发生剂,优选其热分解开始温度为50℃~270℃的。具体讲优选采用热重量分析(TG)法测定的1%重量减少温度为50~270℃的,或者5%重量减少温度为60~300℃的。此外,热分解开始温度为140~250℃的(c)成分,因在预焙时不会产生酸,也不会对感光特性等产生有害影响而更优选。具体讲,更优选采用热重量分析(TG)法测定的1%重量减少温度为140~250℃的,或者5%重量减少温度为170℃~265℃的。
作为上述热潜在酸发生剂发生的酸,优选强酸,具体讲例如优选对甲苯磺酸、苯磺酸之类的芳基磺酸,莰磺酸、三氟甲磺酸、九氟丁烷磺酸之类的全氟烷基磺酸,甲磺酸、乙磺酸、丁磺酸之类的烷基磺酸等。这些酸,在聚苯并唑前体的含有酚性羟基的聚酰胺结构产生脱水反应而环化时,将有效地起着催化剂的作用。与此相比,对于能够产生盐酸、溴酸、碘酸或硝酸的酸发生剂而言,据认为由于所发生的酸的酸性弱,而且加热下容易挥发,所以与聚苯并唑前体的环化脱水反应几乎无关,难于获得本发明的效果。
这些酸,作为热潜在酸发生剂,可以以盐的盐形式或酰亚胺磺酸盐之类共价结合形式添加到本发明的正型感光性树脂组合物中。
作为上述盐,例如优选二苯基碘盐之类的二芳基碘盐,二(叔丁基苯基)碘盐之类的二(烷基芳基)碘盐,三甲基锍盐之类的三烷基锍盐,二甲基苯基锍盐之类的二烷基单芳基锍盐,二苯基甲基锍盐之类的二芳基单烷基锍盐等。这些化合物的分解开始温度处于150℃~250℃范围内,所以在280℃以下的聚苯并唑前体环化脱水反应时能有效分解。相对于此,不希望采用三苯基锍盐作为本发明的热潜在酸发生剂。三苯基锍盐的热稳定性强,分解温度一般超过300℃,所以在280℃以下的聚苯并唑前体的环化脱水反应时不产生分解,因而不能充分起环化脱水的催化剂作用。
从以上观点来看,作为盐形式的热潜在酸发生剂,例如优选芳基磺酸、莰磺酸、全氟烷基磺酸或烷基磺酸的二芳基碘盐、二(烷基芳基)碘盐、三烷基锍盐、二烷基单芳基锍盐或二芳基单烷基碘盐。更具体讲,作为优选的热潜在酸发生剂,可以举出对甲苯磺酸的二(叔丁基苯基)碘盐(1%重量减少温度180℃,5%重量减少温度185℃)、三氟甲磺酸的二(叔丁基苯基)碘盐(1%重量减少温度151℃,5%重量减少温度173℃)、三氟甲磺酸的三甲基锍盐(1%重量减少温度255℃,5%重量减少温度278℃)、三氟甲磺酸的二甲基苯基锍盐(1%重量减少温度186℃,5%重量减少温度214℃)、三氟甲磺酸的二苯基甲基锍盐(1%重量减少温度154℃,5%重量减少温度179℃)、九氟丁磺酸的二(叔丁基苯基)碘盐、莰磺酸的二苯基碘盐、乙磺酸的二苯基碘盐、苯磺酸的二甲基苯基锍盐、甲苯磺酸的二苯基甲基锍盐等。
而且作为酰亚胺磺酸盐,优选萘酰亚胺磺酸盐。与此相比,邻苯二甲酰亚胺磺酸盐,由于热稳定性差,在固化反应之前就析出酸,使保存稳定性恶化而不好。作为萘酰亚胺磺酸盐的具体实例,例如可以举出1,8-萘酰亚胺三氟甲磺酸盐(1%重量减少温度189℃,5%重量减少温度227℃)、2,3-萘酰亚胺三氟甲磺酸盐(1%重量减少温度185℃,5%重量减少温度216℃)等。
而且作为上述(c)成分,也可以使用以下化学式所示的具有R1R2C=N-O-SO2-R结构的化合物(1%重量减少温度204℃,5%重量减少温度235℃)。式中作为R,例如可以举出对甲基苯基、苯基等芳基,甲基、乙基、异丙基等烷基,三氟甲基、九氟丁基等全氟烷基等。作为R1可以举出氰基,作为R2可以举出甲氧基苯基、苯基等。
[化9]
而且,作为上述(c)成分,还可以使用以下化学式所示的具有酰胺结构-HN-SO2-R的化合物(1%重量减少温度104℃,5%重量减少温度270℃)。式中作为R,例如可以举出甲基、乙基、异丙基等烷基,甲基苯基、苯基等芳基,三氟甲基、九氟丁基等全氟烷基等。而且作为与-HN-SO2-R结合的基团,例如可以举出2,2’-双(4-羟基苯基)六氟丙烷、2,2’-双(4-羟基苯基)丙烷、二(4-羟基苯基)醚等。
[化10]
而且,作为本发明使用的(c)成分,还可以使用由盐以外的强酸与碱形成的盐。作为上述强酸,例如优选对甲苯磺酸、苯磺酸等芳基磺酸,莰磺酸、三氟甲磺酸、九氟丁磺酸等全氟烷基磺酸,甲磺酸、乙磺酸、丁磺酸等烷基磺酸。作为碱例如优选吡啶、2,4,6-三甲基吡啶等烷基吡啶,2-氯代-N-甲基吡啶等N-烷基吡啶,卤代-N-烷基吡啶等。更具体讲,可以举出对甲苯磺酸的吡啶盐(1%重量减少温度147℃,5%重量减少温度190℃)、对甲苯磺酸的L-天冬氨酸二苄酯盐(1%重量减少温度202℃,5%重量减少温度218℃)、对甲苯磺酸的2,4,6-三甲基吡啶盐、对甲苯磺酸的1,4-二甲基吡啶盐等。这些盐在280℃以下聚苯并唑前体的环化脱水反应时分解,能够起催化剂作用。
(c)成分的配合量,相对于100重量份(a)成分优选为0.1~30重量份,更优选0.2~20重量份,进一步优选0.5~10重量份。
本发明中作为选择性使用的(d)成分的含有酚性羟基的化合物,通过其的加入,在碱性水溶液中显影时能够增加曝光部分的溶解速度,提高灵敏度。而且在图案形成后膜固化时,能够防止膜的熔融。对于能够在本发明中使用的具有酚性羟基的化合物没有特别限制,由于分子量越大对曝光部分的溶解促进效果越小,所以一般优选分子量处于1500以下的化合物。其中特别优选在下述通式(II)中列举的化合物,因为其对曝光部分的溶解促进效果和防止膜固化时熔融的效果的平衡优良。
[化11]
(式中,X表示单键或二价的有机基团,R3~R6各自独立地表示氢原子或一价有机基团,m和n各自独立地表示1~3的整数,p和q各自独立地表示0~4的整数。)
上述通式(II)中,由X表示的二价基团,例如可以举出亚甲基、1,2-亚乙基、亚丙基等1~10个碳原子的亚烷基,乙叉基(ethylidenegroup)等2~10个碳原子的烷叉基(alkylidene group),亚苯基等6~30个碳原子的亚芳基,这些烃基的部分或全部氢原子被氟原子等卤原子取代的基团,磺基、羰基、醚键、硫醚键、酰胺键等;而且作为优选的基团,可以举出由下述通式(V)表示的二价有机基团
[化12]
(式中,每个X’各自独立地从单键、亚烷基(例如1~10个碳原子的)、烷叉基(例如2~10个碳原子的)、其部分或全部氢原子被卤原子取代的基团、磺基、羰基、醚键、硫醚键、酰胺键等中选出的基团,R9是氢原子、羟基、烷基或卤代烷基,存在多种的情况下可以互相相同或不同,m为1~10。)
上述通式(II)中,X表示的基团是下述通式(III)表示的基团时,由于其效果好而更优选。
[化13]
(式中,两个A各自独立地表示氢原子或1~10个碳原子的烷基,也可以含有氧原子和/或氟原子)。
本发明的正型感光性树脂组合物中,(d)成分的配合量,从显影时间和未曝光部分残膜率的容许范围的观点来看,相对于100重量份(a)成分优选为1~30重量份,更优选3~25重量份。
本发明的正型感光性树脂组合物,可以含有溶剂作为选择性成分。通常使用的溶剂,例如可以举出γ-丁内酯、乳酸乙酯、丙二醇单甲醚乙酸酯、醋酸苄酯、乙酸正丁酯、丙酸乙氧乙酯、3-甲基甲氧基丙酸酯、N-甲基-2-吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、二甲亚砜、六甲基磷酰胺、四亚甲基砜、二乙基酮、二异丁基酮、甲基戊基酮等。
这些溶剂可以单独使用一种或者两种以上并用。而且对于使用的溶剂量虽然并无特别限制,但是一般优选调整得在组合物中所占的比例达到20~90重量%。
本发明的正型感光性树脂组合物中,还可以含有阻碍(a)成分在碱水溶液中的溶解性的化合物。作为阻碍溶解性的化合物,例如可以举出二苯基碘硝酸盐、双(对叔丁基苯基)碘硝酸盐、二苯基碘溴化物、二苯基碘氯化物、二苯基碘碘化物等。
对于这些化合物而言,有时产生的酸容易挥发,并且与聚苯并唑前体的环化脱水反应无关。但是,却对溶解产生有效阻碍作用,在控制残膜厚度和显影时间上起作用。上述成分的配合量,从灵敏度和显影时间的容许范围观点来看,相对于100重量份(a)成分优选0.01~15重量份,更优选0.01~10重量份,特别优选0.05~3重量份。
本发明的正型感光性树脂组合物,为了提高固化膜与基板的粘接性,可以含有有机硅烷化合物、铝螯合物等。作为有机硅烷化合物,例如可以举出乙烯基三乙氧基硅烷、γ-环氧丙氧丙基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、尿素丙基三乙氧基硅烷、甲基苯基硅烷二醇、乙基苯基硅烷二醇、正丙基苯基硅烷二醇、异丙基苯基硅烷二醇、正丁基苯基硅烷二醇、异丁基苯基硅烷二醇、叔丁基苯基硅烷二醇、二苯基硅烷二醇、乙基甲基苯基硅烷醇、正丙基甲基苯基硅烷醇、异丙基甲基苯基硅烷醇、正丁基甲基苯基硅烷醇、异丁基甲基苯基硅烷醇、叔丁基甲基苯基硅烷醇、乙基正丙基苯基硅烷醇、乙基异丙基苯基硅烷醇、正丁基乙基苯基硅烷醇、异丁基乙基苯基硅烷醇、叔丁基乙基苯基硅烷醇、甲基二苯基硅烷醇、乙基二苯基硅烷醇、正丙基二苯基硅烷醇、异丙基二苯基硅烷醇、正丁基二苯基硅烷醇、异丁基二苯基硅烷醇、叔丁基二苯基硅烷醇、苯基硅烷三醇、1,4-双(三羟基甲硅烷基)苯、1,4-双(甲基二羟基甲硅烷基)苯、1,4-双(乙基二羟基甲硅烷基)苯、1,4-双(丙基二羟基甲硅烷基)苯、1,4-双(丁基二羟基甲硅烷基)苯、1,4-双(二甲基羟基甲硅烷基)苯、1,4-双(二乙基羟基甲硅烷基)苯、1,4-双(二丙基羟基甲硅烷基)苯、1,4-双(二丁基羟基甲硅烷基)苯等。作为铝螯合物化合物,例如可以举出三(乙酰丙酮)铝、乙酰乙酸铝二异丙酸酯等。采用这些密着性赋予剂的情况下,其配合量相对于100重量份(a)成分优选为0.1~20重量份,更优选0.5~10重量份。
而且本发明的正型感光性树脂组合物,为了提高涂布性,例如防止出现条纹(膜厚不均),或使显影性提高,可以添加适当的表面活性剂或流平剂。作为这种表面活性剂或流平剂,例如可以举出聚氧乙烯月桂基醚、聚氧乙烯硬脂基醚、聚氧乙烯油基醚、聚氧乙烯辛基苯酚醚等,作为市售品可以举出メガファックスF171、F173、R-08(大日本油墨化学工业株式会社制商品名)、フロラ-ドFC430、FC431(住友スリ-ェム株式会社商品名)、有机硅氧烷聚合物KP341、KBM303、KBM403、KBM803(信越化学工业株式会社制商品名)等。
本发明的正型感光性树脂组合物,经过在支持基板上涂布干燥的工序、以预定图案曝光的工序、显影工序及选择性的加热处理工序,能够制成聚苯并唑的图案。在支持基板上涂布干燥的工序中,利用旋涂器等在玻璃基板、半导体、金属氧化物绝缘体(例如TiO2、SiO2等)、氮化硅等支持基板上旋涂本发明的正型感光性树脂组合物,然后用电热板、干燥炉等干燥。
接着在曝光工序中,借助于掩膜对支持基板上变成薄膜的感光性树脂组合物照射紫外线、可见光、放射线等活性光线。在显影工序中,用显影液除去曝光部分后可以得到图案。作为显影液,优选的例如可以举出氢氧化钠、氢氧化钾、硅酸钠、氨水、乙胺、二乙胺、三乙胺、三乙醇胺、四甲基氢氧化铵等碱水溶液。这些水溶液的碱浓度优选定为0.1~10重量%。此外也可以在上述显影液中添加使用醇类或表面活性剂。这些物质相对于100重量份显影液,各自可以优选配入0.01~10重量份,更优选配入0.1~5重量份。
接着在加热处理工序中,通过对得到的图案优选在280℃以下,更优选在150~280℃进行加热处理,制成具有唑环或其他官能团的耐热性的聚苯并唑的图案。在加热处理工序中,更优选的加热处理温度为220~260℃。而且由于能够防止感光性树脂组合物膜的氧化,加热处理优选在氮气中进行。在上述温度范围内,能有效产生环化脱水反应,进一步减少对基板和器件的损坏。因此采用本发明的图案制造方法,能以良好的成品率制造器件。而且还能节省加工的能量。
而且作为本发明的加热处理,除采用通常的被氮气置换的干燥炉以外,也可以使用微波固化装置或频率可变微波固化装置。通过采用这些装置,能够在使基板、器件温度保持在例如250℃以下的情况下,有效地仅仅加热感光性树脂组合物膜。
其中关于采用微波时的聚酰亚胺前体的脱水闭环,例如已经在第2587148号和第3031434号专利中做了研究和公开。此外第5738915号美国专利中提出,采用微波使聚酰亚胺前体脱水闭环的情况下,通过使频率在短周期内发生变化地照射,可以避免聚酰亚胺薄膜和基材的损坏。
一边使频率变化一边以脉冲状照射微波的情况下,能够防止驻波,而且还能使基板面加热均一,因而优选。而且正如后述的电子部件那样含有金属布线的基板的情况下,通过边使频率变化边以脉冲状照射微波,能够防止金属放电的产生,杜绝电子部件因放电等而破坏,因而优选。
使本发明的正型感光性树脂组合物中的聚酰胺产生脱水闭环时照射的微波频率处于0.5~20GHz范围内。即使在此范围内,在实用上也优选1~10GHz范围,更优选2~9GHz范围。
照射的微波频率虽然希望上升连续变化,但是实际上是使频率以阶梯状变化来照射。此时,照射单一频率微波的时间应当尽可能短,这样难于产生驻波和金属放电。照射单一频率微波的时间优选处于1毫秒以下,特别优选处于100微秒以下。
照射的微波输出功率虽然因使用装置的大小和被加热体的量而异,但是一般处于10~2000W范围内。即使在此范围内,实用上却优选100~1000W,更优选100~700W,最好是100~500W。输出功率小于10W时很难在短时间内将被加热体加热,而处于2000W以上时容易产生温度的急剧上升。
使本发明的正型感光性树脂组合物中的聚酰胺脱水闭环的温度,如上所述,为了避免对脱水闭环后的聚苯并唑薄膜和基材的损坏,优选低温。使本发明的正型感光性树脂组合物中的聚酰胺脱水闭环的温度,优选处于280℃以下,更优选250℃以下,最好处于210℃以下。其中基材的温度可以采用红外线或砷化镓等热电偶这一公知方法测定。
使本发明的正型感光性树脂组合物中的聚酰胺脱水闭环时照射的微波,优选以脉冲状反复“通”“断”地照射。通过以脉冲状照射微波,能够保持设定的加热温度,而且能够避免对唑薄膜和基材的损坏。照射一次脉冲状微波的时间虽然因条件而异,但是大约处于10秒钟以下。
使发明的正型感光性树脂组合物中的聚酰胺脱水闭环所需的时间,是使脱水闭环反应充分进行完毕的时间。从兼顾操作效率的角度来看优选大约处于5小时以下。而且脱水闭环的气氛气体,可以选择大气或氮气等惰性气体。
如果像这样向具有本发明的正型感光性树脂组合物的层的基材,在上述条件下照射微波,使本发明的正型感光性树脂组合物中的聚酰胺脱水闭环,则即使采用利用微波进行的低温下的脱水闭环加工,也能得到与采用热扩散炉进行的高温下脱水闭环加工得到的膜的物性没有差别的聚唑薄膜。
本发明的正型感光性树脂组合物,能够用于半导体装置和多层布线板等电子部件上,具体讲,能够用于半导体装置的表面保护膜和层间绝缘膜、多层布线板的层间绝缘膜等的形成中。本发明的半导体装置,除了具有采用上述组合物形成的表面保护膜和层间绝缘膜以外没有特别限制,可以制成各种结构。
以下说明本发明的半导体装置的制造工序的一个实例。图1~图5是多层布线结构的半导体装置的制造工序图。图1~图5表示从第一工序至第五工序为止的一系列工序。图1~图5中,具有电路元件的Si基板等半导体基板1,除电路元件的预定部分外均被硅氧化膜等保护膜2所覆盖,在露出的电路元件上形成有第一导体层3。用旋涂法等在上述半导体基板上形成作为层间绝缘膜的聚酰亚胺树脂等的膜4(第一工序)。
接着用旋涂法在上述层间绝缘膜4上形成氯化橡胶系、线型酚醛树脂等感光性树脂层5,利用公知的照相蚀刻技术设置窗口6A,使预定部分的层间绝缘膜4露出(第二工序)。上述窗口6A的层间绝缘膜4,借助于采用氧、四氟化碳等气体的干式腐蚀方法被选择性腐蚀,形成窗口6B。进而使用对从窗口6B露出的第一导体层3不腐蚀而仅腐蚀感光树脂层5的那种腐蚀液将感光树脂层5完全除去(第三工序)。
进而采用公知的照相蚀刻技术,形成第二导体层7,与第一导体层3完全电连接(第四工序)。形成三层以上多层布线结构的情况下,可以反复进行上述工序,形成各层。
然后形成表面保护膜8。在此图1~图5的实例中,这种表面保护膜用上述感光性树脂组合物形成。首先,用旋涂法涂布这种感光性树脂组合物,干燥,从描绘了在预定部分形成窗口6C的图案的掩膜之上照射光线曝光。进而用碱水溶液显影形成图案。之后进行加热处理,制成表面保护膜层(聚苯并唑膜)8(第五工序)。这种表面保护膜层(聚苯并唑膜)8,是保护导体层使其免受来自外部的应力和α射线等影响的层,得到的半导体装置可靠性优良。其中也可以在显影之前加热(PEB)上述曝光后的感光性树脂膜。
本发明中,在过去必须在300℃以上形成上述聚唑膜的加热处理工序中,通过280℃以下低温加热处理可以固化。即使在280℃以下固化,本发明的感光性树脂组合物也能充分产生环化脱水反应,所以该膜的物性(延伸率、吸水率、重量减少温度、产出气体)与300℃以上固化时相比也毫不逊色。由于加工能够低温化,所以能够减少器件因热而引起的缺陷,能够得到一种可靠性优良的半导体装置。
其中在上述实例中,层间绝缘膜也能用本发明的感光性树脂组合物形成。
作为包括具有用本发明的感光性树脂组合物得到的表面保护膜和层间绝缘膜等的电子器件的电子部件,优选的例如可以举出耐热性低的MRAM。也就是说,本发明的感光性树脂组合物适于作为MRAM的表面保护膜使用。
而且除上述MRAM以外,作为有望成为下一代存储器的聚合物存储器(Polymer Ferroelectric RAM:PFRAM)和相变存储器(Phase ChangeRAM:PCRAM,或Ovonics Unified Memory:OUM),很可能使用与已有的存储器相比耐热性更低的新材料。因此,本发明的感光性树脂组合物也十分适于作为它们的表面保护膜使用。
实施例
以下基于实施例对本发明作进一步详细说明。其中本发明并不受下述
实施例的任何限制。
实施例1~4
合成例1 聚苯并唑前体的合成
在备有搅拌机、温度计的0.5升烧瓶中加入15.48克4,4’-二苯醚二甲酸和90克N-甲基吡咯烷酮,将烧瓶冷却到5℃后,滴加12.64克亚硫酰二氯,使其反应30分钟,得到了4,4’-二苯醚二甲酰氯。然后在备有搅拌机、温度计的0.5升烧瓶中加入87.5克N-甲基吡咯烷酮,添加18.30克双(3-氨基-4-羟基苯基)六氟丙烷,搅拌使其溶解。然后添加8.53克吡啶,一边将温度保持在0~5℃一边用30分钟滴加4,4’-二苯醚二甲酸氯溶液后,继续搅拌30分钟。将得到的溶液投入3升水中,回收析出物,用纯水洗涤三次后,减压干燥,得到了聚羟基酰胺(聚苯并唑前体)(以下定为聚合物I)。聚合物I用GPC法测定后,用标准聚苯乙烯换算得出的重均分子量为14580,分散度为1.6。
合成例2
除了将合成例1中使用的20摩尔%的4,4’-二苯醚二甲酸替换成环己烷-1,4-二甲酸以外,在与合成例1同样的条件下进行了合成。得到的聚羟基酰胺(以下定为聚合物II)用标准聚苯乙烯换算后求出的重均分子量为18580,分散度为1.5。
感光特性评价
相对于100重量份上述聚苯并唑前体[(a)成分],按照下述表1所示的预定量将作感光剂的成分(b)、加热产生酸的热潜在酸发生剂(c)、具有酚性羟基的化合物(d)和溶剂(e)混合,再配入10重量份作为粘接助剂用的尿素丙基三乙氧基硅烷的50%甲醇溶液。用3微米孔径的特弗隆(注册商标)过滤器压滤此溶液,得到了感光性树脂组合物的溶液。
表1
(a)成分 | (b)成分 | (c)成分 | (d)成分 | (e)成分 | |
实施例1 | 聚合物I | B1(10) | C1(2.5) | D1(10) | E1(160) |
实施例2 | 聚合物II | B1(11) | C2(2) | D1(10) | E1(160) |
实施例3 | 聚合物II | B1(10) | C3(3) | D1(10) | E1(160) |
实施例4 | 聚合物II | B2(10) | C4(2.5) | D2(10) | E1(160) |
实施例5 | 聚合物I | B2(10) | C5(1.5) | D2(10) | E1(160) |
实施例6 | 聚合物I | B2(10) | C6(1.5) | D2(10) | E1(160) |
实施例7 | 聚合物I | B3(12) | C7(4) | D1(8) | E1(160) |
实施例8 | 聚合物I | B3(11) | C8(2) | D1(8) | E1(160) |
实施例9 | 聚合物I | B3(10) | C9(3) | D1(8) | E1(160) |
实施例10 | 聚合物I | B1(11) | C10(2.5) | D2(10) | E1(160) |
实施例11 | 聚合物I | B1(11) | C11(2.5) | D2(10) | E1(160) |
实施例12 | 聚合物I | B1(11) | C12(2) | D2(10) | E2(160) |
实施例13 | 聚合物I | B3(12) | C13(1.5) | D1(10) | E2(160) |
实施例14 | 聚合物I | B3(12) | C14(8) | D1(10) | E2(160) |
表中,()内表示相对于100重量份聚合物的添加量(重量份)
下面示出上述表1中所示(b)成分、(c)成分的化学式。
[化14]
[化15]
而且作为上述(e)成分的E1,是γ-丁内酯/丙二醇单甲醚乙酸酯=90/10(重量份),E2是γ-丁内酯/N-甲基-2-吡咯烷酮=50/50(重量份)。
将上述溶液旋涂在硅晶片上,在120℃下加热3分钟,形成了膜厚11~13微米的涂膜。然后借助于掩膜用i线步进曝光装置(佳能制FPA-3000iW)以i线(365nm)进行了缩小投影曝光。曝光后,用四甲基氢氧化铵的2.38%水溶液进行了显影,显影进行到残膜厚度达到初期厚度的70~90%左右。然后用水漂洗,求出形成图案所需的最小曝光量和分辨率。结果示于下表2之中。
表2
灵敏度(mJ/cm2) | 残膜率(%) | 分辨率(微米) | |
实施例1 | 210 | 76 | 2 |
实施例2 | 250 | 77 | 2 |
实施例3 | 280 | 82 | 3 |
实施例4 | 260 | 80 | 3 |
实施例5 | 300 | 76 | 3 |
实施例6 | 200 | 78 | 2 |
实施例7 | 280 | 80 | 2 |
实施例8 | 290 | 81 | 2 |
实施例9 | 350 | 82 | 2 |
实施例10 | 210 | 76 | 2 |
实施例11 | 230 | 79 | 2 |
实施例12 | 280 | 80 | 3 |
实施例13 | 400 | 78 | 3 |
实施例14 | 290 | 76 | 3 |
此外,将上述溶液旋涂在硅晶片上,120℃下加热3分钟,形成了膜厚15微米的涂膜。然后将上述涂膜在惰性气体干燥炉中氮气气氛下于150℃加热30分钟后,再于300℃下加热1小时或者在250℃下加热1小时,得到了固化膜。进而用氢氟酸水溶液将此固化膜剥离,水洗、干燥后,测定了作为膜物性的玻璃化转变温度(Tg)、吸水率、延伸率(用拉伸试验机测定)和5%重量减少温度。这些结果示于下述表3之中。
表3
固化温度(℃) | Tg(℃) | 延伸率(%) | 吸水率(%) | 5%重量减少温度(℃) | |
实施例1 | 250 | 285 | 44 | 0.63 | 461 |
300 | 299 | 46 | 0.60 | 483 | |
实施例2 | 250 | 275 | 43 | 0.91 | 454 |
300 | 283 | 45 | 0.88 | 460 | |
实施例3 | 250 | 277 | 42 | 0.62 | 453 |
300 | 285 | 44 | 0.59 | 459 | |
实施例4 | 250 | 274 | 39 | 0.63 | 451 |
300 | 283 | 46 | 0.58 | 458 | |
实施例5 | 250 | 282 | 46 | 1.02 | 451 |
300 | 298 | 48 | 0.97 | 471 | |
实施例6 | 250 | 284 | 20 | 1.10 | 450 |
300 | 297 | 25 | 1.05 | 472 | |
实施例7 | 250 | 285 | 24 | 1.03 | 454 |
300 | 296 | 26 | 0.99 | 473 | |
实施例8 | 250 | 284 | 23 | 0.98 | 452 |
300 | 298 | 22 | 0.89 | 477 | |
实施例9 | 250 | 286 | 18 | 0.89 | 453 |
300 | 297 | 23 | 0.88 | 477 | |
实施例10 | 250 | 286 | 23 | 0.81 | 460 |
300 | 298 | 23 | 0.77 | 485 | |
实施例11 | 250 | 284 | 43 | 0.78 | 460 |
300 | 297 | 46 | 0.75 | 484 | |
实施例12 | 250 | 283 | 20 | 1.01 | 457 |
300 | 296 | 23 | 0.98 | 473 | |
实施例13 | 250 | 286 | 24 | 0.84 | 456 |
300 | 295 | 26 | 0.78 | 480 | |
实施例14 | 250 | 284 | 25 | 1.05 | 458 |
300 | 298 | 25 | 1.03 | 475 |
如表2所示,本发明的感光性树脂组合物是高灵敏度的,能以高分辨率形成图案。而且如表3所示,对于延伸率和吸水率而言,即使在250℃固化,也能得到与300℃固化时毫不逊色的膜物性。关于5%重量减少温度,在250℃固化的虽然显示稍微低数值,但是这些数值在大致450℃以上实用都没有问题。此外,关于实施例10,调查了300℃下保持1小时情况下渗出的气体,在250℃固化时为1.3%,与在300℃固化时的0.95%的数值相比毫不逊色。
实施例15~22
此外,就表1所示的实施例1、2、3、7、8、9、10和11中使用的材料组成的正型感光性树脂组合物溶液,进行了改变固化方法的研究。首先,将这些正型感光性树脂组合物溶液旋涂在硅晶片上,在120℃加热3分钟,形成了膜厚15微米的涂膜。然后用ラクダテクノロジ-株式会社制的Microcure2100,将微波输出功率调整到450W,微波频率调整到5.9~7.0GHz,基板温度保持在200℃,将上述涂膜固化2小时,得到了膜厚大约10微米的固化膜。
进而用氢氟酸水溶液剥离此固化膜,水洗、干燥后,测定了玻璃化转变温度(Tg)、延伸率、5%重量减少温度等物性。这些结果示于下述表4之中。
表4
感光性数值组合物 | Tg(℃) | 延伸率(%) | 5%重量减少温度(℃) | |
实施例15 | 实施例1的材料 | 283 | 40 | 457 |
实施例16 | 实施例2的材料 | 274 | 44 | 450 |
实施例17 | 实施例3的材料 | 275 | 44 | 451 |
实施例18 | 实施例7的材料 | 280 | 25 | 454 |
实施例19 | 实施例8的材料 | 282 | 26 | 449 |
实施例20 | 实施例9的材料 | 279 | 20 | 448 |
实施例21 | 实施例10的材料 | 283 | 21 | 455 |
实施例22 | 实施例11的材料 | 282 | 45 | 457 |
实施例15~22的结果证明,本发明的感光性树脂组合物,即使采用将基板温度保持在200℃,同时一边改变频率一边以脉冲状照射微波的方法,能有效地产生聚酰胺的脱水闭环反应而固化。而且如上述表4所示,这种固化膜的玻璃化转变温度、延伸率和55重量减少温度,与使用250℃的热固化炉脱水闭环的膜的物性相比不差。由此发现说明,本发明的感光性树脂组合物,通过采用一边使频率变化一边以脉冲状照射微波的固化方法,与通常进行的在氮气置换的炉中固化的方法相比,能在低温下固化。
对照例1~6
相对于100重量份与实施例1同样在合成例中合成的聚苯并唑前体[(a)成分],按照下述表5所示的预定量,与作为感光剂的成分(b)、成分(c)、具有酚性羟基的化合物(d)和溶剂(e)混合,进而加入10重量份作粘接助剂用的尿素丙基三乙氧基硅烷的50%甲醇溶液混合。其中或者未添加成分(c),或者使用了以下所示的C15~C19。将上述溶液用3微米孔径的特弗隆(注册商标)过滤器过滤,得到了感光性树脂溶液。
表5
(a)成分 | (b)成分 | (c)成分 | (d)成分 | (e)成分 | |
对照例1 | 聚合物I | B1(10) | 无 | D2(10) | E1(160) |
对照例2 | 聚合物I | B1(10) | C14(2.5) | D2(10) | E1(160) |
对照例3 | 聚合物I | B1(10) | C15(3) | D2(10) | E1(160) |
对照例4 | 聚合物I | B2(10) | C16(3) | D1(10) | E1(160) |
对照例5 | 聚合物I | B2(10) | C17(3) | D1(10) | E1(160) |
对照例6 | 聚合物I | B2(10) | C18(2) | D1(10) | E1(160) |
表中()内表示相对于100重量份聚合物的添加量(重量份)。
上述表5中所示的(C)成分的化学式表示如下。
[化16]
将上述溶液旋涂在硅晶片上,在120℃下加热3分钟,形成了膜厚11~13微米的涂膜。然后,借助于掩膜用i线步进曝光装置(佳能制FPA-3000iW)以i线(365nm)进行了缩小投影曝光。曝光后,用四甲基氢氧化铵的2.38%水溶液进行了显影,显影进行到残膜厚度达到初期膜厚的70~90%左右。然后用水漂洗,求出形成图案所需的最小曝光量和分辨率。结果示于下表6之中。
表6
灵敏度(mJ/cm2) | 残膜率(%) | 分辨率(微米) | |
对照例1 | 200 | 79 | 2 |
对照例2 | 250 | 80 | 2 |
对照例3 | 210 | 77 | 2 |
对照例4 | 280 | 73 | 3 |
对照例5 | 290 | 72 | 3 |
对照例6 | 290 | 72 | 3 |
此外,将上述溶液旋涂在硅晶片上,120℃下加热3分钟,形成了膜厚15微米的涂膜。然后将上述涂膜在惰性气体干燥炉中氮气气氛下于150℃加热30分钟后,再于300℃下加热1小时或者在250℃下加热1小时,得到了固化膜。进而用氢氟酸水溶液将此固化膜剥离,水洗、干燥后,测定了作为膜物性的玻璃化转变温度(Tg)、吸水率、延伸率和5%重量减少温度。这些结果示于下述表7之中。
表7
固化温度(℃) | Tg(℃) | 延伸率(%) | 吸水率(%) | 5%重量减少温度(℃) | |
对照例1 | 250 | 277 | 40 | 1.56 | 439 |
300 | 299 | 42 | 1.10 | 480 | |
对照例2 | 250 | 275 | 18 | 1.66 | 435 |
300 | 298 | 20 | 1.24 | 475 | |
对照例3 | 250 | 278 | 39 | 1.57 | 440 |
300 | 299 | 42 | 1.12 | 479 | |
对照例4 | 250 | 276 | 17 | 1.58 | 436 |
300 | 298 | 19 | 1.34 | 478 | |
对照例5 | 250 | 275 | 20 | 1.56 | 437 |
300 | 299 | 22 | 1.14 | 479 | |
对照例6 | 250 | 273 | 16 | 1.87 | 435 |
300 | 293 | 18 | 1.55 | 475 |
如表7所示的物性那样,就对照例250℃的固化而言,脱水闭环反应据认为没有完全进行,所以与300℃固化相比,吸水率大,其值高达1.5%左右。而且5%重量减少温度在250℃固化的情况下,比450℃的数值低。
实施例23~26
合成例3含有羟基的二胺化合物(VII)的合成
干燥氮气流下,将18.3克(0.05摩尔)双(3-氨基-4-羟基苯基)六氟丙烷溶解在100毫升丙酮和1 7.4克(0.3摩尔)环氧丙烷中,冷却到-15℃。在其中滴加将20.4克(0.11摩尔)4-硝基苄酰氯溶解在100毫升丙酮中的溶液。滴加终止后,使其在-15℃反应4小时,然后返回到室温。过滤析出的白色固体,50℃下真空干燥。然后将得到的固体30克加入到300毫升不锈钢高压釜中,使其分散在250毫升甲基溶纤剂中,加入2克5%的披钯炭。向其中导入氢气,室温下进行还原反应。大约2小时后,过滤除去作为催化剂的钯化合物,用旋转蒸发器浓缩,得到了二胺化合物(VII)。在反应中直接使用得到的固体。
[化17]
合成例4含有羟基的酸酐(VIII)的合成
干燥氮气流下,将18.3克(0.05摩尔)双(3-氨基-4-羟基苯基)六氟丙烷与34.2克(0.3摩尔)烯丙基缩水甘油醚溶解在100克γ-丁内酯中,冷却到-1 5℃。在其中滴加溶解在γ-丁内酯中的22.1克(0.11摩尔)偏苯四酸酐氯,使反应温度不超过0℃。滴加终止后,使其在0℃反应4小时。用旋转蒸发器浓缩此溶液,投入到1升甲苯后得到了酸酐(VIII)。
[化18]
合成例5聚(亚氨基-苯并唑)前体的合成
干燥氮气流下,将15.1克(0.025摩尔)合成例3得到的含有羟基的二胺(VII)溶解在50克N-甲基-2-吡比咯烷酮中,这里与30克吡啶一起加入1 7.5克(0.025摩尔)合成例4得到的含有羟基的酸酐(VIII),使其在60℃下反应6小时。反应终止后,将溶液投入到2升水,过滤收集聚合物固体沉淀后,水洗,减压干燥,得到了聚(亚氨基-苯并唑)前体(以下定为聚合物III)。
合成例6聚(亚氨基-苯并唑)前体的合成
除了将合成例5中使用的含有羟基的二胺(VII)置换成4,4’-二氨基苯基醚5.01克(0.025摩尔)以外,在与合成例5同样条件下进行了合成,得到了聚(亚氨基-苯并唑)前体(以下定为聚合物IV)。
除了作为(a)成分使用表8所示的上述聚合物III或IV,作为(e)成分使用N-甲基-2-吡咯烷酮(以下简记作E3),(a)~(e)成分的配比如表8所示以外,与实施例1~14同样操作,评价了感光特性。结果示于表9和表10所示。
表8
(a)成分 | (b)成分 | (c)成分 | (d)成分 | (e)成分 | |
实施例23 | 聚合物III | B1(15) | C1(3) | D1(12) | E3(160) |
实施例24 | 聚合物III | B3(13) | C10(2.5) | D2(10) | E3(160) |
实施例25 | 聚合物IV | B1(20) | C1(3) | D1(13) | E3(160) |
实施例26 | 聚合物IV | B3(15) | C11(2.5) | D2(10) | E3(160) |
表中()内表示相对于100重量份聚合物的添加量(重量份)。
表9
灵敏度(mJ/cm2) | 残膜率(%) | 分辨率(微米) | |
实施例23 | 370 | 78 | 5 |
实施例24 | 350 | 78 | 5 |
实施例25 | 520 | 75 | 4 |
实施例26 | 480 | 74 | 5 |
表10
固化温度(℃) | Tg(℃) | 延伸率(%) | 吸水率(%) | 5%重量减少温度(℃) | |
实施例23 | 250 | 273 | 14 | 1.15 | 452 |
300 | 305 | 15 | 1.09 | 465 | |
实施例24 | 250 | 278 | 13 | 1.19 | 451 |
300 | 300 | 16 | 1.08 | 460 | |
实施例25 | 250 | 277 | 16 | 1.21 | 447 |
300 | 299 | 17 | 1.14 | 453 | |
实施例26 | 250 | 280 | 15 | 1.20 | 448 |
300 | 302 | 17 | 1.15 | 455 |
正如表9所示的那样,本发明的感光性树脂组合物是比较高灵敏度的,能以高分辨率形成图案。而且如表10所示,延伸率和吸水率,即使在250℃下固化中也能得到与300℃固化时毫不逊色的膜物性。关于5%重量减少温度,在250℃固化时虽然显示稍低的数值,但是这些数值是大体在450℃以上实用没有问题的。
产业上应用的可能性
综上所述,本发明的正型感光性树脂组合物,其灵敏度、分辨率和粘接性均优良,而且即使在低温固化加工中使用也可以得到耐热性优良、吸水率低和良好形状的图案。因此适于制造电子部件,特别是要求低温固化的MRAM等的制造。
Claims (17)
1.一种正型感光性树脂组合物,其特征在于其中含有
(a)具有聚唑前体结构的碱水溶液可溶性聚酰胺,
(b)邻醌二叠氮化合物,和
(c)加热产生酸的热潜在性酸发生剂。
3.按照权利要求1或2所述的正型感光性树脂组合物,其特征在于其中所述的(c)成分是由强酸和碱形成的盐。
4.按照权利要求1~3中任何一项所述的正型感光性树脂组合物,其特征在于其中所述的(c)成分的分解开始温度处于140℃以上、250℃以下。
5.按照权利要求1~4中任何一项所述的正型感光性树脂组合物,其特征在于其中所述的(c)成分是甲苯磺酸盐。
6.按照权利要求1~5中任何一项所述的正型感光性树脂组合物,其特征在于其中所述的(c)成分是碘盐。
7.按照权利要求1~6中任何一项所述的正型感光性树脂组合物,其特征在于其中还含有(d)具有酚性羟基的化合物。
8.按照权利要求7所述的正型感光性树脂组合物,其特征在于其中所述的(d)成分是由以下通式(II)表示的化合物,
[化2]
(式中,X表示单键或二价有机基团,R3~R6各自独立地表示氢原子或一价有机基团,m和n各自独立地表示1~3的整数,p和q各自独立地表示0~4的整数)。
10.按照权利要求1~9中任何一项所述的正型感光性树脂组合物,其特征在于其中所述的(a)成分、(b)成分和(c)成分间的配比,相对于100重量份所述的(a)成分,所述的(b)成分为5~100重量份,所述的(c)成分为0.1~30重量份。
11.按照权利要求7~10中任何一项所述的正型感光性树脂组合物,其特征在于其中所述的(a)成分、(b)成分、(c)成分和(d)成分之间的配比,相对于100重量份所述的(a)成分,所述的(b)成分为5~100重量份,所述的(c)成分为0.1~30重量份,而且所述的(d)成分为1~30重量份。
12.一种图案制造方法,其特征在于其中包括:
将权利要求1~11中任何一项所述的正型感光性树脂组合物涂布在支持基板上、干燥,得到感光性树脂膜的工序;
将所述的感光性树脂膜在预定图案的活性光线中曝光的工序;和
用碱水溶液将所述的曝光后的感光性树脂膜显影的工序。
13.按照权利要求12所述的图案制造方法,其特征在于其中还包括将所述的显影后的感光性树脂膜加热处理的工序。
14.按照权利要求13所述的图案制造方法,其特征在于其中所述的加热处理,是一边使频率变化一边以脉冲状照射微波的处理。
15.按照权利要求13或14所述的图案制造方法,其特征在于其中所述的加热处理在280℃以下的温度下进行。
16.一种电子部件,其特征在于是包括具有用权利要求12~15中任何一项所述的图案制造方法得到的图案层的电子器件的电子部件,所述的电子器件中,将其中设置的上述图案层作为层间绝缘膜层和/或表面保护膜层。
17.按照权利要求16所述的电子部件,其特征在于是MRAM。
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