JP2006126354A - Photosensitive resin composition and method for producing pattern forming resin layer, and semiconductor device and display element containing photosensitive resin composition - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、感光性樹脂組成物及びパターン形成樹脂層の製造方法、並びに該感光性樹脂組成物を含む半導体装置及び表示素子に関する。 The present invention relates to a photosensitive resin composition and a method for producing a pattern forming resin layer, and a semiconductor device and a display element including the photosensitive resin composition.
従来、半導体素子の表面保護膜、層間絶縁膜には、耐熱性に優れ又卓越した電気特性、機械特性等を有するポリベンゾオキサゾール樹脂やポリイミド樹脂が用いられていた。またプロセスを簡略化するため、それらポリベンゾオキサゾール樹脂やポリイミド樹脂の前駆体に感光剤のジアゾキノン化合物と組み合わせた感光性樹脂も使用されている(特許文献1)。
これら感光性樹脂は、パターン作成の後、熱硬化反応を経てポリベンゾオキサゾール樹脂やポリイミド樹脂に変化する。これらの熱硬化反応後の膜は茶褐色をしており、半導体素子の回路が透過して見える。この樹脂層の透明性について、最近では回路設計の機密性の観点より、不透明なポジ型感光性樹脂が要求されている。
Conventionally, polybenzoxazole resins and polyimide resins having excellent heat resistance and excellent electrical characteristics, mechanical characteristics, and the like have been used for surface protective films and interlayer insulating films of semiconductor elements. In order to simplify the process, a photosensitive resin in which a precursor of polybenzoxazole resin or polyimide resin is combined with a diazoquinone compound as a photosensitive agent is also used (Patent Document 1).
These photosensitive resins change to polybenzoxazole resin or polyimide resin through a thermosetting reaction after pattern formation. The film after the thermosetting reaction has a brown color, and the circuit of the semiconductor element appears to be transmitted. With regard to the transparency of the resin layer, an opaque positive photosensitive resin is recently required from the viewpoint of circuit design confidentiality.
一方、表示素子の分野では、パソコンや大型テレビの需要から液晶表示装置、有機EL表示装置、プラズマ表示装置が普及し始めている。それら表示素子に用いられるブラックマトリックスは、各着色画素間に用いられ、コントラスト向上や光によるトランジスタ特性劣化の防止のために用いられる重要な材料である。ブラックマトリックス材料は一般的には金属クロム系の薄膜が用いられてきたが、近年、樹脂に黒色となる顔料を加えた感光性の樹脂ブラックマトリックスが使われだしている。一般的にはアクリル樹脂に顔料、開始剤、架橋剤をくわえたものであるが(特許文献2)、これらのアクリル樹脂系のブラックマトリックスは、現像液に溶けない顔料を多量に入れているため、現像性が悪くパターンの底部にスカムとして残ったり、現像時間が極端に長くなったりして、実用性に問題があった。
しかしながら、上記文献記載の従来技術は、以下の点で改善の余地を有していた。
第一に、顔料を加えない樹脂組成物は、樹脂硬化後に半導体素子の回路が透過して見えてしまい、機密性を保てないという課題があった。
第二に、表示素子の分野に見られるように、ブラックマトリックス材料を用いると、現像性が悪く、パターンの底部にスカムとして残ったり、現像時間が極端に長くなったりするという課題があった。
However, the prior art described in the above literature has room for improvement in the following points.
First, the resin composition to which no pigment is added has a problem that the circuit of the semiconductor element is seen through after the resin is cured, and the confidentiality cannot be maintained.
Secondly, as seen in the field of display elements, when a black matrix material is used, there is a problem that developability is poor and scum remains at the bottom of the pattern or development time becomes extremely long.
本発明は上記事情にかんがみてなされたものであり、その目的とするところは不透明なポジ型感光性樹脂を提供することにある。また本発明の別な目的は、スカムの発生を抑制し、現像時間を短縮することである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an opaque positive photosensitive resin. Another object of the present invention is to suppress the occurrence of scum and shorten the development time.
このような目的は、下記[1]〜[9]に記載の本発明により達成される。
[1] アルカリ可溶性樹脂(A)、感光剤(B)、及び平均粒径が1nm〜80nmの無機粒子(C)、を含んでなることを特徴とする感光性樹脂組成物。
[2] アルカリ可溶性樹脂(A)がポリアミド樹脂である[1]記載の感光性樹脂組成物。
[3] ポリアミド樹脂が、ポリベンゾオキサゾール前駆体構造、ポリアミド酸構造又はポリアミド酸エステル構造からなる群より選ばれる構造を含んでなるものである[2]記載の感光性樹脂組成物。
[4] アルカリ可溶性樹脂(A)が下記一般式(1)で表される構造である[1]〜[3]のいずれかに記載の感光性樹脂組成物。
[5] 感光剤(B)がキノンジアジド化合物、又はジヒドロピリジン化合物を含んでなる[1]〜[4]のいずれかに記載の感光性樹脂組成物。
[6] 無機粒子(C)が、アルミニウム粒子である[1]〜[5]のいずれかに記載の感光性樹脂組成物。
[7] [1]〜[6]のいずれかに記載の感光性樹脂組成物を基板上に塗布して組成物層を形成する工程、該組成物層の所望の部分に活性エネルギー線を照射する工程、活性エネルギー線照射後の該組成物層に現像液を接触させてパターンを形成する工程、該組成物層を加熱する工程を有することを特徴とするパターン形成樹脂層の製造方法。
[8][1]〜[6]のいずれかに記載の感光性樹脂組成物を含む半導体装置。
[9] [1]〜[6]のいずれかに記載の感光性樹脂組成物を含む表示素子。
Such an object is achieved by the present invention described in the following [1] to [9].
[1] A photosensitive resin composition comprising an alkali-soluble resin (A), a photosensitive agent (B), and inorganic particles (C) having an average particle diameter of 1 nm to 80 nm.
[2] The photosensitive resin composition according to [1], wherein the alkali-soluble resin (A) is a polyamide resin.
[3] The photosensitive resin composition according to [2], wherein the polyamide resin comprises a structure selected from the group consisting of a polybenzoxazole precursor structure, a polyamic acid structure, or a polyamic acid ester structure.
[4] The photosensitive resin composition according to any one of [1] to [3], wherein the alkali-soluble resin (A) has a structure represented by the following general formula (1).
[5] The photosensitive resin composition according to any one of [1] to [4], wherein the photosensitive agent (B) comprises a quinonediazide compound or a dihydropyridine compound.
[6] The photosensitive resin composition according to any one of [1] to [5], wherein the inorganic particles (C) are aluminum particles.
[7] A step of coating the photosensitive resin composition according to any one of [1] to [6] on a substrate to form a composition layer, and irradiating a desired portion of the composition layer with active energy rays And a step of forming a pattern by bringing a developer into contact with the composition layer after irradiation with active energy rays, and a step of heating the composition layer.
[8] A semiconductor device comprising the photosensitive resin composition according to any one of [1] to [6].
[9] A display device comprising the photosensitive resin composition according to any one of [1] to [6].
本発明に従うと、遮光性に優れ、スカムが無くパターニングできる感光性樹脂組成物、並びにそれを用いた半導体装置及び表示素子を得ることが出来る。 According to the present invention, it is possible to obtain a photosensitive resin composition that has excellent light shielding properties and that can be patterned without scum, and a semiconductor device and a display element using the same.
本発明は、アルカリ可溶性樹脂(A)、感光剤(B)、及び平均粒径が1nm〜80nmの無機粒子(C)を含んでなる感光性樹脂組成物に関するものである。以下に本発明のポジ型感光性樹脂組成物の各成分について詳細に説明する。なお下記は例示であり、本発明は何ら下記に限定されるものではない。 The present invention relates to a photosensitive resin composition comprising an alkali-soluble resin (A), a photosensitive agent (B), and inorganic particles (C) having an average particle diameter of 1 nm to 80 nm. Hereinafter, each component of the positive photosensitive resin composition of the present invention will be described in detail. The following is an example, and the present invention is not limited to the following.
本発明で用いるアルカリ可溶性樹脂(A)としては、主鎖又は側鎖に水酸基、カルボキシル基、又はスルホン酸基を持つ樹脂であり、クレゾール型ノボラック樹脂、ポリヒドロキシスチレン、ポリアミド樹脂である。これらの中で好ましいのはポリアミド樹脂である。
ポリアミド樹脂としては、ポリベンゾオキサゾール前駆体構造、ポリアミド酸構造又はポリアミド酸エステル構造であって、主鎖又は側鎖に水酸基、カルボキシル基、又はスルホン酸基を有する樹脂である。これらの中で、最終加熱後の耐熱性の点から一般式(1)で示される構造を含むポリアミド樹脂が好ましい。また、これらの樹脂の一部が、閉環し、ポリベンゾオキサゾール構造、ポリイミド構造となっていてもかまわない。
The alkali-soluble resin (A) used in the present invention is a resin having a hydroxyl group, a carboxyl group, or a sulfonic acid group in the main chain or side chain, and is a cresol type novolak resin, polyhydroxystyrene, or polyamide resin. Of these, polyamide resins are preferred.
The polyamide resin is a resin having a polybenzoxazole precursor structure, a polyamic acid structure, or a polyamic acid ester structure and having a hydroxyl group, a carboxyl group, or a sulfonic acid group in the main chain or side chain. Among these, a polyamide resin including a structure represented by the general formula (1) is preferable from the viewpoint of heat resistance after the final heating. Further, some of these resins may be ring-closed to have a polybenzoxazole structure or a polyimide structure.
一般式(1)で示される構造を有するポリアミド樹脂のXは、2〜4価の有機基を表し、またR1は、水酸基又はO−R3であり、mは0〜2の整数である。各々のR1は同一でも異なっていても良い。一般式(1)中のYは、2〜6価の有機基を表し、R2は水酸基、カルボキシル基、O−R3又はCOO−R3であり、nは0〜4の整数である。各々のR2は同一でも異なっていても良い。ここでR3は炭素数1〜15の有機基である。但し、R1として水酸基がない場合は、R2は少なくとも1つはカルボキシル基でなければならない。又R2としてカルボキシル基がない場合は、R1は少なくとも1つは水酸基でなければならない。 X of the polyamide resin having the structure represented by the general formula (1) represents a divalent to tetravalent organic group, R 1 is a hydroxyl group or O—R 3 , and m is an integer of 0 to 2. . Each R 1 may be the same or different. Y in the general formula (1) represents a divalent to hexavalent organic group, R 2 is a hydroxyl group, a carboxyl group, O—R 3 or COO—R 3 , and n is an integer of 0 to 4. Each R 2 may be the same or different. Here, R 3 is an organic group having 1 to 15 carbon atoms. However, when there is no hydroxyl group as R 1, R 2 is at least one must be a carboxyl group. When R 2 has no carboxyl group, at least one R 1 must be a hydroxyl group.
一般式(1)で示される構造を含むポリアミド樹脂は、例えば、Xの構造を有するジアミン或いはビス(アミノフェノール)、2,4−ジアミノフェノール等から選ばれる化合物とYの構造を有するテトラカルボン酸無水物、トリメリット酸無水物、ジカルボン酸或いはジカルボン酸ジクロライド、ジカルボン酸誘導体、ヒドロキシジカルボン酸、ヒドロキシジカルボン酸誘導体等から選ばれる化合物とを反応して得られるものである。なお、ジカルボン酸の場合には反応収率等を高めるため、1−ヒドロキシ−1,2,3−ベンゾトリアゾール等を予め反応させた活性エステル型のジカルボン酸誘導体を用いてもよい。 The polyamide resin having the structure represented by the general formula (1) is, for example, a compound selected from diamine having an X structure or bis (aminophenol), 2,4-diaminophenol, and the like, and a tetracarboxylic acid having a Y structure. It is obtained by reacting with a compound selected from anhydride, trimellitic anhydride, dicarboxylic acid or dicarboxylic acid dichloride, dicarboxylic acid derivative, hydroxydicarboxylic acid, hydroxydicarboxylic acid derivative and the like. In the case of dicarboxylic acid, an active ester type dicarboxylic acid derivative obtained by reacting 1-hydroxy-1,2,3-benzotriazole or the like in advance may be used in order to increase the reaction yield or the like.
一般式(1)で示される構造を含むポリアミド樹脂において、Xの置換基としてのO−R3、Yの置換基としてのO−R3、COO−R3は、水酸基、カルボキシル基のアルカリ水溶液に対する溶解性を調節する目的で、炭素数1〜15の有機基であるR3で保護された基であり、必要により水酸基、カルボキシル基を保護しても良い。R3の例としては、ホルミル基、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ターシャリーブチル基、ターシャリーブトキシカルボニル基、フェニル基、ベンジル基、テトラヒドロフラニル基、テトラヒドロピラニル基等が挙げられる。 In the polyamide resin containing the structure represented by the general formula (1), O-R 3 , COO-R 3 as a substituent of O-R 3, Y as a substituent of X is a hydroxyl group, an alkaline aqueous solution of the carboxyl group Is a group protected with R 3 which is an organic group having 1 to 15 carbon atoms, and a hydroxyl group or a carboxyl group may be protected as necessary. Examples of R 3 include formyl, methyl, ethyl, propyl, isopropyl, tertiary butyl, tertiary butoxycarbonyl, phenyl, benzyl, tetrahydrofuranyl, tetrahydropyranyl and the like. It is done.
このポリアミド樹脂を約250〜400℃で加熱すると脱水閉環し、ポリイミド樹脂、又はポリベンゾオキサゾール樹脂、或いは両者の共重合という形で耐熱性樹脂が得られる。 When this polyamide resin is heated at about 250 to 400 ° C., it is dehydrated and closed, and a heat-resistant resin is obtained in the form of polyimide resin, polybenzoxazole resin, or copolymerization of both.
一般式(1)のX
としては、例えば下記式のものが挙げられる。
As, for example, the following formula may be mentioned.
これらの中で特に好ましいものとしては、下記式より選ばれるものが挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、又2種類以上組み合わせて用いても良い。
一般式(1)のYとしては、例えば下記式のものが挙げられる。
これらの中で特に好ましいものとしては、下記式より選ばれるものが挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、又2種類以上組み合わせて用いても良い。
本発明においては、保存性という観点から、末端を封止する事が望ましい。封止にはアルケニル基又はアルキニル基を少なくとも1個有する脂肪族基又は環式化合物基を有する誘導体を一般式(1)で示されるポリアミドの末端に酸誘導体やアミン誘導体として導入することができる。具体的には、例えば、Xの構造を有するジアミン或いはビス(アミノフェノール)、2,4−ジアミノフェノール等から選ばれる化合物とYの構造を有するテトラカルボン酸無水物、トリメリット酸無水物、ジカルボン酸或いはジカルボン酸ジクロライド、ジカルボン酸誘導体、ヒドロキシジカルボン酸、ヒドロキシジカルボン酸誘導体等から選ばれる化合物とを反応させて得られた一般式(1)で示される構造を含むポリアミド樹脂を合成した後、該ポリアミド樹脂中に含まれる末端のアミノ基をアルケニル基又はアルキニル基を少なくとも1個有する脂肪族基又は環式化合物基を含む酸無水物又は酸誘導体を用いてアミドとしてキャップすることが好ましい。末端を封止する官能基としては、例えば、下記式のものが挙げられる。 In the present invention, it is desirable to seal the end from the viewpoint of storage stability. For sealing, a derivative having an aliphatic group or a cyclic compound group having at least one alkenyl group or alkynyl group can be introduced as an acid derivative or an amine derivative at the end of the polyamide represented by the general formula (1). Specifically, for example, a compound selected from diamine or bis (aminophenol) having a structure of X, 2,4-diaminophenol, and the like, and a tetracarboxylic acid anhydride, trimellitic acid anhydride, dicarboxylic acid having a structure of Y After synthesizing a polyamide resin having a structure represented by the general formula (1) obtained by reacting with a compound selected from acid or dicarboxylic acid dichloride, dicarboxylic acid derivative, hydroxydicarboxylic acid, hydroxydicarboxylic acid derivative, etc. It is preferable to cap the terminal amino group contained in the polyamide resin as an amide using an acid anhydride or acid derivative containing an aliphatic group or cyclic compound group having at least one alkenyl group or alkynyl group. Examples of the functional group for sealing the terminal include those represented by the following formula.
これらの中で特に好ましいものとしては、下記式より選ばれるものが挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、又2種類以上組み合わせて用いても良い。
またこの方法に限定される事はなく、該ポリアミド樹脂中に含まれる末端の酸をアルケニル基又はアルキニル基を少なくとも1個有する脂肪族基又は環式化合物基を含むアミン誘導体を用いてアミドとしてキャップすることもできる。 The method is not limited to this method, and the terminal acid contained in the polyamide resin is capped as an amide using an amine derivative containing an aliphatic group or cyclic compound group having at least one alkenyl group or alkynyl group. You can also
本発明で用いる感光剤(B)はポジ型のパターニングが可能となる感光剤を用いることができ、具体的にはジアゾキノン化合物やジヒドロピリジン化合物を用いることができる。ジアゾキノン化合物は、1,2−ベンゾキノンジアジド或いは1,2−ナフトキノンジアジド構造を有する化合物であり、米国特許明細書第2772975号、第2797213号、第3669658号により公知の物質である。例えば、下記のものが挙げられる。 As the photosensitizer (B) used in the present invention, a photosensitizer capable of positive patterning can be used, and specifically, a diazoquinone compound or a dihydropyridine compound can be used. The diazoquinone compound is a compound having a 1,2-benzoquinonediazide or 1,2-naphthoquinonediazide structure, and is a substance known from U.S. Pat. For example, the following are mentioned.
これらの内で、特に好ましいのは、フェノール化合物と1,2−ナフトキノン−2−ジアジド−5−スルホン酸又は1,2−ナフトキノン−2−ジアジド−4−スルホン酸とのエステルである。それらについては例えば、下記のものが挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、2種以上組み合わせて用いても良い。 Among these, an ester of a phenol compound and 1,2-naphthoquinone-2-diazide-5-sulfonic acid or 1,2-naphthoquinone-2-diazide-4-sulfonic acid is particularly preferable. For example, the following may be mentioned. These may be used alone or in combination of two or more.
本発明で用いるジヒドロピリジン化合物としては、例えば2,6−ジメチル−3,5−ジアセチル−4−(2′−ニトロフェニル)−1,4−ジヒドロピリジン、4−(2′−ニトロフェニル)−2,6−ジメチル−3,5−ジカルボエトキシ−1,4−ジヒドロピリジン、4−(2′,4′−ジニトロフェニル)−2,6−ジメチル−3,5−ジカルボメトキシ−1,4−ジヒドロピリジン等を挙げることができる。 Examples of the dihydropyridine compound used in the present invention include 2,6-dimethyl-3,5-diacetyl-4- (2′-nitrophenyl) -1,4-dihydropyridine, 4- (2′-nitrophenyl) -2, 6-dimethyl-3,5-dicarboethoxy-1,4-dihydropyridine, 4- (2 ', 4'-dinitrophenyl) -2,6-dimethyl-3,5-dicarbomethoxy-1,4-dihydropyridine Etc.
本発明で用いる感光剤(B)の使用量は、アルカリ可溶性樹脂(A)100重量部に対して、好ましくは1〜50重量部である。更に好ましくは10〜30重量部である。1重量部未満だとポリアミド樹脂のパターニング性が不良となり、50重量部を越えると感度が大幅に低下するため好ましくない。 The amount of the photosensitizer (B) used in the present invention is preferably 1 to 50 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the alkali-soluble resin (A). More preferably, it is 10-30 weight part. If it is less than 1 part by weight, the patterning property of the polyamide resin becomes poor, and if it exceeds 50 parts by weight, the sensitivity is greatly lowered, which is not preferable.
本発明で用いることができる無機粒子(C)は、感光性樹脂組成物に添加し、目的とする遮光性を発現できるものを使用することができる。粒径は、遮光性、パターニング性の点から好ましくは平均粒径が15nm〜60nmである。粒径が1nm以下であると凝集が起こりやすく、80nm以上であるとパターニング時にスカムが発生しやすくなり好ましくない。尚、本発明で用いる無機粒子は粒径が非常に微小であるため、粒度分布は透過型電子顕微鏡(TEM)による目視観察およびX線小角散乱法により求めた。 As the inorganic particles (C) that can be used in the present invention, those that can be added to the photosensitive resin composition and can exhibit the desired light-shielding property can be used. The average particle diameter is preferably 15 nm to 60 nm in terms of light shielding properties and patterning properties. If the particle size is 1 nm or less, aggregation tends to occur, and if it is 80 nm or more, scum is likely to occur during patterning. In addition, since the inorganic particles used in the present invention have a very small particle size, the particle size distribution was determined by visual observation with a transmission electron microscope (TEM) and the X-ray small angle scattering method.
無機粒子としてはアルミニウム、銀、銅、クロム、ニッケル、チタン、鉄、亜鉛等が挙げられるが、遮光性の点からアルミニウムが好ましい。尚、無機粒子は空気中の酸素によって表面が酸化された状態であってもよい。 Examples of the inorganic particles include aluminum, silver, copper, chromium, nickel, titanium, iron, and zinc. Aluminum is preferable from the viewpoint of light shielding properties. The inorganic particles may be in a state where the surface is oxidized by oxygen in the air.
本発明で用いる無機粒子(C)の使用量は、アルカリ可溶性樹脂(A)100重量部に対して、好ましくは1〜50重量部である。更に好ましくは5〜30重量部である。5重量部以下であると遮光性が不足し、30重量部以上であるとパターニング不良となり好ましくない。 The amount of the inorganic particles (C) used in the present invention is preferably 1 to 50 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the alkali-soluble resin (A). More preferably, it is 5-30 weight part. When the amount is 5 parts by weight or less, the light-shielding property is insufficient, and when it is 30 parts by weight or more, patterning is not preferable.
本発明ではアルカリ可溶性樹脂(A)、感光剤(B)、平均粒径が1nm〜80nmの無機粒子(C)を溶剤に溶解し、ワニス状にして使用する。溶剤としては、N−メチル−2−ピロリドン、γ−ブチロラクトン、N,N−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸ブチル、メチル−1,3−ブチレングリコールアセテート、1,3−ブチレングリコール−3−モノメチルエーテル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、メチル−3−メトキシプロピオネート等が挙げられ、単独でも混合して用いても良い。 In the present invention, the alkali-soluble resin (A), the photosensitive agent (B), and the inorganic particles (C) having an average particle diameter of 1 nm to 80 nm are dissolved in a solvent and used in the form of a varnish. Solvents include N-methyl-2-pyrrolidone, γ-butyrolactone, N, N-dimethylacetamide, dimethyl sulfoxide, diethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol diethyl ether, diethylene glycol dibutyl ether, propylene glycol monomethyl ether, dipropylene glycol monomethyl ether, propylene glycol Monomethyl ether acetate, methyl lactate, ethyl lactate, butyl lactate, methyl-1,3-butylene glycol acetate, 1,3-butylene glycol-3-monomethyl ether, methyl pyruvate, ethyl pyruvate, methyl-3-methoxypropio And the like, and may be used alone or in combination.
また溶解方法については、一般的な混合機、分散機、スリーロール以外に、分散性を高めるためにビーズミル、アニュラー型ビーズミル、ビーズレス型分散機等を用いる好ましい。 As for the dissolution method, in addition to a general mixer, a disperser, and a three roll, a bead mill, an annular bead mill, a beadless disperser, or the like is preferably used to improve dispersibility.
本発明の感光性樹脂組成物の使用方法は、まず該組成物を適当な支持体、例えば、シリコンウエハー、セラミック基板、アルミ基板等などの半導体用基板やソーダーガラス、無アルカリガラス等の表示素子用基板に塗布する。塗布量は、半導体装置の場合、硬化後の最終膜厚が0.1〜30μmになるよう塗布する。膜厚が下限値を下回ると、半導体素子の保護表面膜としての機能を十分に発揮することが困難となり、上限値を越えると、微細な加工パターンを得ることが困難となるばかりでなく、加工に時間がかかりスループットが低下する。塗布方法としては、スピンナーを用いた回転塗布、スプレーコーターを用いた噴霧塗布、浸漬、印刷、ロールコーティング等がある。次に、60〜130℃でプリベークして塗膜を乾燥後、所望のパターン形状に化学線を照射する。化学線としては、X線、電子線、紫外線、可視光線等が使用できるが、200〜500nmの波長のものが好ましい。 The method of using the photosensitive resin composition of the present invention is as follows. First, the composition is used as a suitable support, for example, a semiconductor substrate such as a silicon wafer, a ceramic substrate, an aluminum substrate, or a display element such as soda glass or alkali-free glass. Apply to substrate. In the case of a semiconductor device, the coating amount is applied so that the final film thickness after curing is 0.1 to 30 μm. If the film thickness is below the lower limit value, it will be difficult to fully function as a protective surface film of the semiconductor element. If the film thickness exceeds the upper limit value, it will be difficult to obtain a fine processing pattern. Takes a long time to reduce throughput. Examples of the coating method include spin coating using a spinner, spray coating using a spray coater, dipping, printing, roll coating, and the like. Next, after prebaking at 60 to 130 ° C. to dry the coating film, actinic radiation is applied to the desired pattern shape. As the actinic radiation, X-rays, electron beams, ultraviolet rays, visible rays and the like can be used, but those having a wavelength of 200 to 500 nm are preferable.
次に照射部を現像液で溶解除去することによりレリーフパターンを得る。現像液としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、ケイ酸ナトリウム、メタケイ酸ナトリウム、アンモニア水等の無機アルカリ類、エチルアミン、n−プロピルアミン等の第1アミン類、ジエチルアミン、ジ−n−プロピルアミン等の第2アミン類、トリエチルアミン、メチルジエチルアミン等の第3アミン類、ジメチルエタノールアミン、トリエタノールアミン等のアルコールアミン類、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド等の第4級アンモニウム塩等のアルカリ類の水溶液、及びこれにメタノール、エタノールのごときアルコール類等の水溶性有機溶媒や界面活性剤を適当量添加した水溶液を好適に使用することができる。現像方法としては、スプレー、パドル、浸漬、超音波等の方式が可能である。 Next, a relief pattern is obtained by dissolving and removing the irradiated portion with a developer. Developers include inorganic alkalis such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, sodium carbonate, sodium silicate, sodium metasilicate, and aqueous ammonia, primary amines such as ethylamine and n-propylamine, diethylamine, and di-n. Secondary amines such as propylamine, tertiary amines such as triethylamine and methyldiethylamine, alcohol amines such as dimethylethanolamine and triethanolamine, quaternary ammonium such as tetramethylammonium hydroxide and tetraethylammonium hydroxide An aqueous solution of an alkali such as a salt, and an aqueous solution to which an appropriate amount of a water-soluble organic solvent such as methanol or ethanol or a surfactant is added can be preferably used. As a developing method, methods such as spraying, paddle, dipping, and ultrasonic waves are possible.
次に、現像によって形成したレリーフパターンをリンスする。リンス液としては、蒸留水を使用する。次に加熱処理を行い、オキサゾール環及び/又はイミド環を形成し、耐熱性に富む最終パターンを得る。感光剤のブリーチング特性を利用して、透明にするために硬化前に全面露光した後に硬化を行っても良い。 Next, the relief pattern formed by development is rinsed. Distilled water is used as the rinse liquid. Next, heat treatment is performed to form an oxazole ring and / or an imide ring, thereby obtaining a final pattern rich in heat resistance. In order to make it transparent using the bleaching property of the photosensitive agent, the entire surface may be exposed before being cured, and then curing may be performed.
この感光性樹脂組成物の現像メカニズムは次の通りである。未露光部ではジアゾキノン化合物のポリベンゾオキサゾール樹脂やポリイミド樹脂などの樹脂へ溶解抑止効果によってアルカリ水溶液に難溶となる。一方の露光部ではジアゾキノン化合物が化学変化を起こし、アルカリ水溶液に可溶となる。この露光部と未露光部との溶解性の差を利用し、露光部を溶解除去することにより未露光部のみの塗膜パターンの作成が可能となるものである。 The developing mechanism of this photosensitive resin composition is as follows. In the unexposed area, the diazoquinone compound is hardly soluble in an alkaline aqueous solution due to the effect of inhibiting dissolution in a resin such as polybenzoxazole resin or polyimide resin. In one exposed area, the diazoquinone compound undergoes a chemical change and becomes soluble in an alkaline aqueous solution. By utilizing the difference in solubility between the exposed portion and the unexposed portion to dissolve and remove the exposed portion, a coating film pattern of only the unexposed portion can be created.
本発明による感光性樹脂組成物は、半導体の表面保護膜用や層間絶縁膜又は多層回路の層間絶縁に使用することができる。また有機EL素子や液晶の表示素子における層間絶縁膜やブラックマトリックスとしても有用である。 The photosensitive resin composition by this invention can be used for the surface protection film of a semiconductor, an interlayer insulation film, or the interlayer insulation of a multilayer circuit. It is also useful as an interlayer insulating film and black matrix in organic EL elements and liquid crystal display elements.
《No.1》
[ポリアミド樹脂の合成]
ジフェニルエーテル−4,4’−ジカルボン酸4.13g(0.016モル)、と1−ヒドロキシ−1,2,3−ベンゾトリアゾール4.32g(0.032モル)とを反応させて得られたジカルボン酸誘導体の混合物(0.016モル)とヘキサフルオロ−2,2−ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)プロパン7.33g(0.020モル)とを温度計、攪拌機、原料投入口、乾燥窒素ガス導入管を備えた4つ口のセパラブルフラスコに入れ、N−メチル−2−ピロリドン57.0gを加えて溶解させた。その後オイルバスを用いて75℃にて12時間反応させた。次にN−メチル−2−ピロリドン7gに溶解させた5−ノルボルネン−2,3−ジカルボン酸無水物1.31g(0.008モル)を加え、更に12時間攪拌して反応を終了した。反応混合物を濾過した後、反応混合物を水/メタノール=3/1(容積比)の溶液に投入、沈殿物を濾集し水で充分洗浄した後、真空下で乾燥し、目的のポリアミド樹脂(A−1)を得た。
<< No. 1 >>
[Synthesis of polyamide resin]
Dicarboxylic acid obtained by reacting 4.13 g (0.016 mol) of diphenyl ether-4,4′-dicarboxylic acid with 4.32 g (0.032 mol) of 1-hydroxy-1,2,3-benzotriazole A mixture of acid derivatives (0.016 mol) and 7.33 g (0.020 mol) of hexafluoro-2,2-bis (3-amino-4-hydroxyphenyl) propane were thermometer, stirrer, raw material inlet, Into a four-necked separable flask equipped with a dry nitrogen gas inlet tube, 57.0 g of N-methyl-2-pyrrolidone was added and dissolved. Thereafter, the mixture was reacted at 75 ° C. for 12 hours using an oil bath. Next, 1.31 g (0.008 mol) of 5-norbornene-2,3-dicarboxylic anhydride dissolved in 7 g of N-methyl-2-pyrrolidone was added, and the mixture was further stirred for 12 hours to complete the reaction. After filtering the reaction mixture, the reaction mixture was poured into a solution of water / methanol = 3/1 (volume ratio), the precipitate was collected by filtration, washed thoroughly with water, dried under vacuum, and the desired polyamide resin ( A-1) was obtained.
[樹脂組成物の作製]
合成したポリアミド樹脂(A−1)10g、下記構造を有する感光性ジアゾキノン(B−1)2g、平均粒径20umのアルミニウム粒子(C−1)3gをγ―ブチロラクトン40gに、三本ロールを用いて混合分散させ、2μmのフッ素樹脂製フィルターで濾過し、半透明色の感光性樹脂組成物を得た。
[Preparation of resin composition]
Three rolls were used for 10 g of synthesized polyamide resin (A-1), 2 g of photosensitive diazoquinone (B-1) having the following structure, 3 g of aluminum particles (C-1) having an average particle size of 20 um and 40 g of γ-butyrolactone. The mixture was dispersed and filtered through a 2 μm fluororesin filter to obtain a translucent photosensitive resin composition.
[現像性評価]
この感光性樹脂組成物をシリコンウエハーにスピンコーターを用いて塗布した後、ホットプレートにて120℃で4分乾燥し、膜厚約4μmの塗膜を得た。この塗膜に凸版印刷(株)製マスク(テストチャートNo.1:幅0.88〜50μmの残しパターン及び抜きパターンが描かれている)を通して、(株)ニコン製g線ステッパNSR―1553G3Aを用いて、露光量を400mJ/cm2で露光を行った。次に2.38%のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液に現像時の膜べりが1.5μmになるように現像時間を調整し、露光部を溶解除去した後、純水で30秒間リンスした。パターンを観察したところ、10μmのパターンがスカムが無く良好にパターンが開口していることが確認できた。
[Developability evaluation]
This photosensitive resin composition was applied to a silicon wafer using a spin coater and then dried on a hot plate at 120 ° C. for 4 minutes to obtain a coating film having a thickness of about 4 μm. Through this coating film, a mask made by Toppan Printing Co., Ltd. (test chart No. 1: a remaining pattern and a blank pattern with a width of 0.88 to 50 μm are drawn), Nikon g-line stepper NSR-1553G3A The exposure was performed at an exposure amount of 400 mJ / cm 2 . Next, the development time was adjusted in a 2.38% tetramethylammonium hydroxide aqueous solution so that the film slip during development was 1.5 μm, and the exposed portion was dissolved and removed, followed by rinsing with pure water for 30 seconds. When the pattern was observed, it was confirmed that the 10 μm pattern had no scum and the pattern was well opened.
[透過率評価]
作成したパターンをオーブンで300℃/30分で加熱を行った後、硬化後約2μmのフィルムを得た。2%のフッ酸水溶液に浸漬することにより、フィルムを剥がし400nmの透過率を測定したところ、9.5%と良好な遮光性を示した。
[Transmittance evaluation]
The prepared pattern was heated in an oven at 300 ° C./30 minutes, and after curing, a film of about 2 μm was obtained. The film was peeled off by dipping in a 2% hydrofluoric acid aqueous solution, and the transmittance at 400 nm was measured. As a result, the film showed a good light shielding property of 9.5%.
《No.2》
No.1において使用した平均粒径45nmのアルミニウム粒子(C−1)10gの代わりに平均粒径57nmのアルミニウム粒子10gを使用し、それ以外についてはNo.1と同様に評価を行った。
《No.3》
No.1において使用した平均粒径45nmのアルミニウム粒子(C−1)10gの代わりに平均粒径18nmのアルミニウム粒子10gを使用し、それ以外についてはNo.1と同様に評価を行った。
《No.4》
No.1において使用した感光ジアゾキノン(B−1)2gの代わりに2,6−ジメチル−3,5−ジカルボキシメチル−4−(2’−ニトロフェニル)−1,4−ジヒドロピリジン(DHPMと略)(B−2)3.0gを使用し、それ以外についてはNo.1と同様に評価を行った。
《No.5》
[ポリアミド樹脂の合成]
4,4’―オキシジフタル酸無水物17.06g(0.055モル)と2−メチル−2−プロパノール8.15g(0.110モル)とピリジン10.9g(0.138モル)とを温度計、攪拌機、原料投入口、乾燥窒素ガス導入管を備えた4つ口のセパラブルフラスコに入れ、N−メチル−2−ピロリドン150gを加えて溶解させた。この反応溶液に1−ヒドロキシ−1,2,3−ベンゾトリアゾール14.9g(0.110モル)をN−メチル−2−ピロリドン30gと共に滴下した後、ジシクロヘキシルカルボジイミド22.7g(0.110モル)をN−メチル−2−ピロリドン50gと共に滴下し、室温で一晩反応させた。その後、この反応溶液にジフェニルエーテル−4,4’−ジカルボン酸1モルと1−ヒドロキシ−1,2,3−ベンゾトリアゾール2モルとを反応させて得られたジカルボン酸誘導体(活性エステル)27.1g(0.055モル)とヘキサフルオロ−2,2−ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)プロパン44.7g(0.122モル)をN−メチル−2−ピロリドン70gと共に添加し、室温で2時間攪拌した。その後オイルバスを用いて75℃にて12時間反応させた。
次にN−メチル−2−ピロリドン20gに溶解させた5−ノルボルネン−2,3−ジカルボン酸無水物3.94g(0.024モル)を加え、更に12時間攪拌して反応を終了した。他はNo.1と同様に、再沈、精製を行い目的とするポリアミド樹脂(A―2)を合成した。
<< No. 2 >>
No. 1 was used instead of 10 g of aluminum particles (C-1) having an average particle diameter of 45 nm used in No. 1, and 10 g of aluminum particles having an average particle diameter of 57 nm were used. Evaluation was performed in the same manner as in 1.
<< No. 3 >>
No. 1 was used instead of 10 g of aluminum particles (C-1) having an average particle diameter of 45 nm used in No. 1, and 10 g of aluminum particles having an average particle diameter of 18 nm were used. Evaluation was performed in the same manner as in 1.
<< No. 4 >>
No. 2,6-dimethyl-3,5-dicarboxymethyl-4- (2′-nitrophenyl) -1,4-dihydropyridine (abbreviated as DHPM) instead of 2 g of the photosensitive diazoquinone (B-1) used in 1 B-2) 3.0 g is used, and otherwise, No. Evaluation was performed in the same manner as in 1.
<< No. 5 >>
[Synthesis of polyamide resin]
Thermometer containing 17.06 g (0.055 mol) of 4,4′-oxydiphthalic anhydride, 8.15 g (0.110 mol) of 2-methyl-2-propanol and 10.9 g (0.138 mol) of pyridine Into a four-necked separable flask equipped with a stirrer, a raw material inlet, and a dry nitrogen gas inlet tube, 150 g of N-methyl-2-pyrrolidone was added and dissolved. 14.9 g (0.110 mol) of 1-hydroxy-1,2,3-benzotriazole was added dropwise to this reaction solution together with 30 g of N-methyl-2-pyrrolidone, and then 22.7 g (0.110 mol) of dicyclohexylcarbodiimide. Was added dropwise together with 50 g of N-methyl-2-pyrrolidone and allowed to react overnight at room temperature. Thereafter, 27.1 g of a dicarboxylic acid derivative (active ester) obtained by reacting 1 mol of diphenyl ether-4,4′-dicarboxylic acid and 2 mol of 1-hydroxy-1,2,3-benzotriazole with this reaction solution. (0.055 mol) and 44.7 g (0.122 mol) of hexafluoro-2,2-bis (3-amino-4-hydroxyphenyl) propane are added together with 70 g of N-methyl-2-pyrrolidone at room temperature. Stir for 2 hours. Thereafter, the mixture was reacted at 75 ° C. for 12 hours using an oil bath.
Next, 3.94 g (0.024 mol) of 5-norbornene-2,3-dicarboxylic anhydride dissolved in 20 g of N-methyl-2-pyrrolidone was added, and the mixture was further stirred for 12 hours to complete the reaction. Others are No. In the same manner as in Example 1, reprecipitation and purification were performed to synthesize the target polyamide resin (A-2).
[樹脂組成物の作製、現像性、透過率評価]
合成したポリアミド樹脂(A−2)10g、下記構造を有する感光性ジアゾキノン(B−3)1.5g、アルミニウム粒子3gをγ―ブチロラクトン40gに、三本ロールを用いて混合分散させ、1μmのフッ素樹脂製フィルターで濾過し、感光性樹脂組成物を得た。現像性、透過率評価はNo.1と同様に実施した。
[Production of resin composition, developability, transmittance evaluation]
10 g of synthesized polyamide resin (A-2), 1.5 g of photosensitive diazoquinone (B-3) having the following structure, and 3 g of aluminum particles are mixed and dispersed in 40 g of γ-butyrolactone using three rolls, and 1 μm fluorine The mixture was filtered with a resin filter to obtain a photosensitive resin composition. Evaluation of developability and transmittance is No. 1 was carried out.
《No.6》
ガラス基板上にITO膜を蒸着形成した後、フォトレジストを使用した通常のフォトリソグラフィー法によってこのITO膜をストライプ状に分割した。この上に、No.1で得られたポジ型感光性樹脂組成物を塗布し、厚さ約2μmの樹脂層を形成した。次に平行露光機(光源:高圧水銀灯)を使用して露光強度25mW/cm2で10秒間ガラスマスクを介し露光を行った。その後、2.38%水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液に樹脂層を20秒間浸漬現像することにより、各ストライプ上のITOの縁以外の部分を露出し、ITOの縁部とITOの除去された部分の上にのみ樹脂層が形成されるよう加工を行った。その後、樹脂層全体に露光時に用いた平行露光機を使用して、露光強度25mW/cm2で40秒間、後露光を行った後、熱風循環式乾燥器を使用して空気中230℃で1時間加熱硬化を行った。
<< No. 6 >>
After forming an ITO film on the glass substrate by vapor deposition, the ITO film was divided into stripes by an ordinary photolithography method using a photoresist. On top of this, no. The positive photosensitive resin composition obtained in 1 was applied to form a resin layer having a thickness of about 2 μm. Next, using a parallel exposure machine (light source: high-pressure mercury lamp), exposure was performed through a glass mask at an exposure intensity of 25 mW / cm 2 for 10 seconds. Thereafter, the resin layer was immersed and developed in a 2.38% tetramethylammonium hydroxide aqueous solution for 20 seconds to expose portions other than the ITO edge on each stripe, and the ITO edge portion and the ITO removed portion were exposed. Processing was performed so that the resin layer was formed only on the top. Thereafter, the entire resin layer was subjected to post-exposure for 40 seconds at an exposure intensity of 25 mW / cm 2 using the parallel exposure machine used for exposure, and then 1 hour at 230 ° C. in air using a hot air circulation dryer. Heat curing was performed.
この基板上に、1×10−4Pa以下の減圧下で、正孔注入層として銅フタロシアニン、正孔輸送層としてビス−N−エチルカルバゾールを蒸着した後、発光層としてN,N'−ジフェニル−N,N'−m−トルイル−4,4'−ジアミノ−1,1'−ビフェニル,電子注入層としてトリス(8−キノリノレート)アルミニウムをこの順に蒸着した。さらに、この上に第二電極としてアルミニウム層を蒸着形成した後、フォトレジストを使用した通常のフォトリソグラフィー法によって、このアルミニウム層を上記ITO膜のストライプと直交をなす方向のストライプ状となるように分割した。得られた基板を減圧乾燥した後、封止用ガラス板をエポキシ系接着剤を用いて接着し、表示体素子を作成した。この表示体素子を80℃で200時間処理した後両電極に電圧を掛け順次駆動を行ったが、何ら問題なく素子は発光した。
《No.7》
No.1において使用した平均粒径18nmのアルミニウム粒子(C−1)3gの代わりに平均粒径1μmのアルミニウム粒子5gを使用し、それ以外についてはNo.1と同様に評価を行ったところ、10μmのパターンは開口したが、スカムが見られた。
《No.8》
No.1において使用した平均粒径18nmのアルミニウム粒子(C−1)3gの代わりに平均粒径5μmのアルミニウム粒子5gを使用し、それ以外についてはNo.1と同様に評価を行ったところ、10μmのパターンは開口しなかった。100umパターンは開口したが、スカムが見られた。
After depositing copper phthalocyanine as a hole injection layer and bis-N-ethylcarbazole as a hole transport layer on this substrate under a reduced pressure of 1 × 10 −4 Pa or less, N, N′-diphenyl- N, N′-m-toluyl-4,4′-diamino-1,1′-biphenyl and tris (8-quinolinolate) aluminum were deposited in this order as an electron injection layer. Further, after an aluminum layer is deposited on the second electrode as a second electrode, the aluminum layer is formed into a stripe shape in a direction perpendicular to the stripe of the ITO film by a normal photolithography method using a photoresist. Divided. After the obtained substrate was dried under reduced pressure, the sealing glass plate was bonded using an epoxy adhesive to produce a display element. This display element was treated at 80 ° C. for 200 hours and then applied to both electrodes to drive sequentially. However, the element emitted light without any problem.
<< No. 7 >>
No. 1 was used instead of 3 g of aluminum particles (C-1) having an average particle diameter of 18 nm used in No. 1, and 5 g of aluminum particles having an average particle diameter of 1 μm were used. When the evaluation was performed in the same manner as in No. 1, a 10 μm pattern was opened, but scum was observed.
<< No. 8 >>
No. 1 was used instead of 3 g of aluminum particles (C-1) having an average particle diameter of 18 nm used in No. 1, and 5 g of aluminum particles having an average particle diameter of 5 μm were used. When the evaluation was performed in the same manner as in No. 1, the 10 μm pattern did not open. The 100um pattern opened, but scum was seen.
表1において、No.1〜6が実施例、No.7〜8が比較例である。 In Table 1, no. 1-6 are Examples, No. 7 to 8 are comparative examples.
本発明は、遮光性に優れ、スカムが無くパターニングできる感光性樹脂組成物、並びにそれを用いた半導体装置及び表示素子を提供するものである。 The present invention provides a photosensitive resin composition having excellent light shielding properties and capable of patterning without scum, and a semiconductor device and a display element using the same.
Claims (9)
The display element containing the photosensitive resin composition in any one of Claims 1-6.
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