JP2009093095A - Positive photosensitive resin composition - Google Patents
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Abstract
Description
半導体装置における表面保護膜や層間絶縁膜等の各種のレリーフパターン形成に有用なアルカリ現像性のポジ型感光性レリーフパターン形成材料、該ポジ型感光性レリーフパターン形成材料を用いたレリーフパターンの製造方法、及び該レリーフパターンを有してなる半導体装置に関する。 Alkali-developable positive photosensitive relief pattern forming material useful for forming various relief patterns such as surface protective film and interlayer insulating film in semiconductor device, and method for producing relief pattern using the positive photosensitive relief pattern forming material And a semiconductor device having the relief pattern.
従来、半導体装置の表面保護膜、及び層間絶縁膜には、優れた耐熱性と電気特性、機械特性などを併せ持つポリイミド樹脂が広く用いられている。このポリイミド樹脂は、現在は一般に感光性ポリイミド前駆体組成物の形で供され、塗布、活性光線によるパターニング、現像、熱イミド化処理等を施すことによって、半導体装置上に表面保護膜、層間絶縁膜等を容易に形成させることが出来、従来の非感光性ポリイミド前駆体組成物に比べて大幅な工程短縮が可能となるという特徴を有している。
ところが、感光性ポリイミド前駆体組成物は、その現像工程においては、現像液としてＮ−メチル−２−ピロリドンなどの大量の有機溶剤を用いる必要があり、近年の環境問題の高まりなどから、脱有機溶剤対策が求められてきている。これを受け、最近になって、フォトレジストと同様に、アルカリ性水溶液で現像可能な耐熱性感光性樹脂材料の提案が各種なされている。
Conventionally, polyimide resins having excellent heat resistance, electrical characteristics, mechanical characteristics, and the like have been widely used for surface protective films and interlayer insulating films of semiconductor devices. This polyimide resin is generally provided in the form of a photosensitive polyimide precursor composition. By applying, patterning with actinic rays, development, thermal imidization treatment, etc., a surface protective film and interlayer insulation are formed on a semiconductor device. A film or the like can be easily formed, and the process can be significantly shortened as compared with the conventional non-photosensitive polyimide precursor composition.
However, the photosensitive polyimide precursor composition needs to use a large amount of an organic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone as a developing solution in the development process. Solvent measures have been demanded. In response to this, recently, various proposals have been made on heat-resistant photosensitive resin materials that can be developed with an alkaline aqueous solution, as with photoresists.
例えば特許文献１には、フォトレジスト用途において、アルカリ可溶性フェノール樹脂と感光性キノンジアジドスルホン酸エステルなどの感光剤とを混合したポジ型レジスト組成物を用いる技術が開示されている。このポジ型感光性樹脂の現像メカニズムは、未露光部の感光性ジアゾキノン化合物がアルカリ性水溶液に不溶であるのに対し、露光することにより該感光性ジアゾキノン化合物が化学変化をおこしインデンカルボン酸化合物となってアルカリ性水溶液に可溶となることを利用したものである。この露光部と未露光部の間の現像液に対する溶解速度の差を利用し、未露光部のみのレリーフパターンの作成が可能となる。
また、感度、解像度といったポジ型のリソグラフィー性能に優れた樹脂組成物として、特定の構造を有するヒドロキシポリアミド、光酸発生剤、並びにアルコキシ基、アルキル基、及びシアノ基からなる群から選択されるいずれかの置換基を有する酢酸ベンジル化合物を含むことを特徴とするポジ型感光性樹脂組成物が提案されている（特許文献２参照）。
For example, Patent Document 1 discloses a technique using a positive resist composition in which an alkali-soluble phenol resin and a photosensitive agent such as a photosensitive quinonediazide sulfonic acid ester are mixed in a photoresist application. The development mechanism of this positive type photosensitive resin is that the unexposed photosensitive diazoquinone compound is insoluble in an alkaline aqueous solution, but the photosensitive diazoquinone compound undergoes a chemical change upon exposure to become an indenecarboxylic acid compound. It makes use of being soluble in an alkaline aqueous solution. By using the difference in dissolution rate with respect to the developer between the exposed portion and the unexposed portion, a relief pattern of only the unexposed portion can be created.
Further, as a resin composition excellent in positive lithography performance such as sensitivity and resolution, any one selected from the group consisting of hydroxypolyamide having a specific structure, a photoacid generator, and an alkoxy group, an alkyl group, and a cyano group A positive photosensitive resin composition comprising a benzyl acetate compound having such a substituent has been proposed (see Patent Document 2).
本発明は、感度、解像度といったポジ型のリソグラフィー性能に優れたポジ型感光性樹脂組成物、該組成物を用いた硬化レリーフパターンの製造方法、及び該硬化レリーフパターンを有してなる半導体装置を提供することを目的とする。 The present invention relates to a positive photosensitive resin composition excellent in positive lithography performance such as sensitivity and resolution, a method for producing a cured relief pattern using the composition, and a semiconductor device having the cured relief pattern. The purpose is to provide.
本発明者はアルカリ可溶性フェノール樹脂、ポリヒドロキシスチレン、またはポリヒドロキシスチレンの誘導体である重合物と種々の酢酸ベンジル化合物との組合せを鋭意検討した結果、高感度、高解像度といった特性を発揮することを見出し、本発明をなすに至った。
すなわち、本発明の第一は、（Ａ）アルカリ可溶性フェノール樹脂、ポリヒドロキシスチレン、またはポリヒドロキシスチレンの誘導体である重合物１００質量部に対して、（Ｂ）光酸発生剤１〜５０質量部、（Ｃ）アルコキシ基、アルキル基、及びシアノ基からなる群から選択されるいずれか１つの置換基を有する酢酸ベンジル化合物０．０１〜７０質量部、を含むことを特徴とするポジ型感光性樹脂組成物である。
As a result of intensive studies on combinations of alkali-soluble phenol resin, polyhydroxystyrene, or a polymer that is a derivative of polyhydroxystyrene and various benzyl acetate compounds, the present inventors have demonstrated high sensitivity and high resolution. The headline and the present invention were made.
That is, the first aspect of the present invention is that (A) an alkali-soluble phenol resin, polyhydroxystyrene, or 100 parts by mass of a polymer that is a derivative of polyhydroxystyrene, (B) 1 to 50 parts by mass of a photoacid generator. (C) 0.01 to 70 parts by mass of a benzyl acetate compound having any one substituent selected from the group consisting of an alkoxy group, an alkyl group, and a cyano group, It is a resin composition.
本発明のポジ型感光性樹脂組成物においては、（Ｂ）光酸発生剤がナフトキノンジアジド構造を有する化合物であることが好ましい。また、（Ｃ）酢酸ベンジル化合物が下記一般式（１）で表される化合物であることが好ましく、下記一般式（２）で表される化合物であることがより好ましい。
また、本発明の第二は、（１）上記のポジ型感光性樹脂組成物を層またはフィルムの形で基板上に形成し、（２）マスクを介して化学線で露光するか、光線、電子線またはイオン線を直接照射し、（３）露光部または照射部を溶出除去し、（４）得られたレリーフパターンを加熱処理する、ことを特徴とする硬化レリーフパターンの製造方法である。
さらに、本発明の第三は、上述の製造方法により得られる硬化レリーフパターン層を有してなる半導体装置である。
In the second aspect of the present invention, (1) the positive photosensitive resin composition described above is formed on a substrate in the form of a layer or a film, and (2) exposure with actinic radiation through a mask, A method for producing a cured relief pattern, which comprises direct irradiation with an electron beam or ion beam, (3) elution removal of an exposed portion or irradiated portion, and (4) heat treatment of the obtained relief pattern.
Furthermore, a third aspect of the present invention is a semiconductor device having a cured relief pattern layer obtained by the above-described manufacturing method.
本発明によれば、感度、解像度といったポジ型のリソグラフィー性能に優れるポジ型感光性樹脂組成物、該ポジ型感光性樹脂組成物を用いた硬化レリーフパターンの製造方法、および該硬化レリーフパターンを有してなる半導体装置が提供される。 According to the present invention, a positive photosensitive resin composition excellent in positive lithography performance such as sensitivity and resolution, a method for producing a cured relief pattern using the positive photosensitive resin composition, and the cured relief pattern are provided. A semiconductor device is provided.
＜ポジ感光性樹脂組成物＞
本発明のポジ型感光性樹脂組成物（以下、「本組成物」ともいう。）を構成する成分について、以下説明する。
（Ａ）重合物
本組成物に用いられる（Ａ）重合物は、アルカリ可溶性フェノール樹脂、ポリヒドロキシスチレン、またはポリヒドロキシスチレンの誘導体である。（以下、「重合物Ａ」ともいう。）
上述のアルカリ可溶性フェノール樹脂としては、例えば、フェノール、クレゾール、キシレノール、レゾルシノール、ハイドロキノンなどの芳香族ヒドロキシ化合物とホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、ベンズアルデヒドなどのアルデヒド類より合成されるノボラック樹脂もしくはレゾール樹脂またはこれらの変性樹脂が挙げられる。上述のポリヒドロキシスチレンとしては、例えば、ポリ−ｏ−ヒドロキシスチレン、ポリ−ｍ−ヒドロキシスチレン、ポリ−ｐ−ヒドロキシスチレン、ポリ−α−メチル−ｏ−ヒドロキシスチレン、ポリ−α−メチル−ｍ−ヒドロキシスチレン、及びポリ−α−メチル−ｐ−ヒドロキシスチレンが挙げられ、また、該ポリヒドロキシスチレンの誘導体としては、該ポリヒドロキシスチレンの部分アセチル化物及びシリル化物等が挙げられる。これらのポリヒドロキシスチレンまたはその誘導体の数平均分子量は１０００〜２０００００が好ましく、２０００〜１０００００がより好ましい。
<Positive photosensitive resin composition>
The components constituting the positive photosensitive resin composition of the present invention (hereinafter also referred to as “the present composition”) will be described below.
(A) Polymer The (A) polymer used in the present composition is an alkali-soluble phenol resin, polyhydroxystyrene, or a derivative of polyhydroxystyrene. (Hereinafter also referred to as “polymer A”)
Examples of the alkali-soluble phenol resin include novolak resins or resole resins synthesized from aromatic hydroxy compounds such as phenol, cresol, xylenol, resorcinol, and hydroquinone and aldehydes such as formaldehyde, acetaldehyde, and benzaldehyde, or modified resins thereof. Is mentioned. Examples of the polyhydroxystyrene include poly-o-hydroxystyrene, poly-m-hydroxystyrene, poly-p-hydroxystyrene, poly-α-methyl-o-hydroxystyrene, and poly-α-methyl-m-. Examples thereof include hydroxystyrene and poly-α-methyl-p-hydroxystyrene, and examples of the derivative of polyhydroxystyrene include partially acetylated products and silylated products of the polyhydroxystyrene. The number average molecular weight of these polyhydroxystyrenes or derivatives thereof is preferably 1000 to 200000, more preferably 2000 to 100000.
（Ｂ）光酸発生剤
本発明のポジ型感光性樹脂組成物に含まれる光酸発生剤としては、感光性ジアゾキノン化合物、オニウム塩、ハロゲン含有化合物、などを用いることができるが、感光性ジアゾキノン化合物が好ましい。
上記オニウム塩としては、ヨードニウム塩、スルホニウム塩、ホシホニウム塩、ホスホニウム塩、アンモニウム塩、及びジアゾニウム塩などが挙げられ、ジアリールヨードニウム塩、トリアリールスルホニウム塩、及びトリアルキルスルホニウム塩からなる群から選ばれるオニウム塩が好ましい。
上記ハロゲン含有化合物としては、ハロアルキル基含有炭化水素化合物などがあり、トリクロロメチルトリアジンが好ましい。
(B) Photoacid generator As the photoacid generator contained in the positive photosensitive resin composition of the present invention, a photosensitive diazoquinone compound, an onium salt, a halogen-containing compound, and the like can be used. Compounds are preferred.
Examples of the onium salt include iodonium salts, sulfonium salts, fosiphonium salts, phosphonium salts, ammonium salts, and diazonium salts. An onium selected from the group consisting of diaryl iodonium salts, triaryl sulfonium salts, and trialkyl sulfonium salts. Salts are preferred.
Examples of the halogen-containing compound include haloalkyl group-containing hydrocarbon compounds, and trichloromethyltriazine is preferable.
上記感光性ジアゾキノン化合物は、１，２−ナフトキノンジアジド構造を有する化合物であり、米国特許第２，７７２，９７２号明細書、米国特許第２，７９７，２１３号明細書、及び米国特許第３，６６９，６５８号明細書等により公知の物質である。例としては、下記のナフトキノンジアジド構造を有する化合物が挙げられる。
好ましいナフトキノンジアジドスルホン酸エステル基としては下記の基が挙げられる。
（Ｃ）酢酸ベンジル化合物
本発明で用いる酢酸ベンジル化合物は、アルコキシ基、アルキル基、及びシアノ基からなる群から選択されるいずれか１つの置換基を有する酢酸ベンジル化合物である。具体的には、酢酸（４−メトキシ）ベンジル、酢酸（４−エトキシ）ベンジル、酢酸（２−エトキシ）ベンジル、酢酸（３−メチル）ベンジル、酢酸（４−メチル）ベンジル、シアノ酢酸ベンジル、等が挙げられる。これらの酢酸ベンジル化合物は単独で使用しても２つ以上混合して使用してもよい。
上記の酢酸ベンジル化合物の（Ａ）重合物に対する配合量は、（Ａ）重合物１００質量部に対し、０．０１〜７０質量部が好ましく、０．１〜５０質量部がより好ましく、１〜３０質量部が特に好ましい。該酢酸ベンジル化合物の配合量が０．０１質量部以上だと露光部の現像残渣が少なくなり、７０質量部以下だと硬化後の膜の引っ張り伸び率が良好である。
(C) Benzyl acetate compound The benzyl acetate compound used in the present invention is a benzyl acetate compound having any one substituent selected from the group consisting of an alkoxy group, an alkyl group, and a cyano group. Specifically, (4-methoxy) benzyl acetate, (4-ethoxy) benzyl acetate, (2-ethoxy) benzyl acetate, (3-methyl) benzyl acetate, (4-methyl) benzyl acetate, benzyl cyanoacetate, etc. Is mentioned. These benzyl acetate compounds may be used alone or in combination of two or more.
The blending amount of the benzyl acetate compound with respect to the (A) polymer is preferably 0.01 to 70 parts by mass, more preferably 0.1 to 50 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the (A) polymer. 30 parts by mass is particularly preferred. When the blending amount of the benzyl acetate compound is 0.01 parts by mass or more, the development residue in the exposed part is reduced, and when it is 70 parts by mass or less, the tensile elongation of the film after curing is good.
（Ｄ）有機溶剤
本発明のポジ型感光性樹脂組成物には、粘度調整のために必要に応じて、（Ｄ）有機溶剤を添加することも可能である。本組成物に用いられる（Ｄ）有機溶剤としては、極性溶媒であるＮ−メチル−２−ピロリドン（以下、「ＮＭＰ」ともいう。）、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（以下、「ＤＭＡｃ」ともいう。）、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、テトラメチル尿素、及びγ−ブチロラクトン（以下、「ＧＢＬ」とも言う。）、モルフォリン等が挙げられる。
その他、この極性溶媒以外に、一般的有機溶媒であるケトン類、エステル類、ラクトン類、エーテル類、ハロゲン化炭化水素類、炭化水素類を混合してもよく、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、シュウ酸ジエチル、乳酸エチル、乳酸メチル、乳酸ブチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテル、ベンジルアルコール、フェニルグリコール、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メチルエーテル（以下、「ＤＭＤＧ」ともいう。）、テトラヒドロフラン、ジクロロメタン、１，２−ジクロロエタン、１，４−ジクロロブタン、クロロベンゼン、ｏ−ジクロロベンゼン、アニソール、ヘキサン、ヘプタン、ベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレン等も使用することができる。
本組成物において、（Ｄ）有機溶剤の添加量は、（Ａ）重合物１００質量部に対して０〜１０００質量部であり、好ましくは１２０〜７００質量部であり、さらに好ましくは１５０〜５００質量部の範囲である。
(D) Organic solvent (D) An organic solvent can also be added to the positive photosensitive resin composition of the present invention as necessary for viscosity adjustment. As the organic solvent (D) used in the present composition, N-methyl-2-pyrrolidone (hereinafter also referred to as “NMP”), N, N-dimethylacetamide (hereinafter also referred to as “DMAc”) which are polar solvents. ), N, N-dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, tetramethylurea, γ-butyrolactone (hereinafter also referred to as “GBL”), morpholine, and the like.
In addition to this polar solvent, ketones, esters, lactones, ethers, halogenated hydrocarbons and hydrocarbons which are general organic solvents may be mixed, for example, acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl. Ketone, cyclohexanone, methyl acetate, ethyl acetate, butyl acetate, diethyl oxalate, ethyl lactate, methyl lactate, butyl lactate, propylene glycol monomethyl ether acetate, propylene glycol monomethyl ether, benzyl alcohol, phenyl glycol, ethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol dimethyl ether ( Hereinafter also referred to as “DMDG”), tetrahydrofuran, dichloromethane, 1,2-dichloroethane, 1,4-dichlorobutane, chlorobenzene, o-dichloroben Emissions, anisole, hexane, heptane, benzene, toluene, xylene, mesitylene and the like can also be used.
In the present composition, (D) the organic solvent is added in an amount of 0 to 1000 parts by weight, preferably 120 to 700 parts by weight, more preferably 150 to 500 parts per 100 parts by weight of the polymer (A). It is the range of mass parts.
（Ｅ）その他成分
本発明では熱処理後の耐熱性パターンの耐薬品性を向上させる目的で、有機基で保護したメチロール基、例えばメトキシメチル基を２官能以上持つ熱架橋性化合物を熱処理後のパターンの耐薬品性を向上する目的で使用しても良い。具体的な化合物として下記化合物がある。
特に下記の化合物が、樹脂組成物を室温で保存した場合の粘度の安定性に優れ、かつ耐薬品性の向上性能が優れているため好ましい。
本発明には、必要に応じて熱架橋性化合物を使用してもよいが、使用される熱架橋性化合物の添加量としては、（Ａ）重合物１００質量部に対して、好ましくは０〜５０質量部であり、さらに好ましくは３〜３０質量部の範囲である。
本発明のポジ型感光性樹脂組成物には、必要に応じて染料、界面活性剤を添加することも可能である。染料としては、例えば、メチルバイオレット、クリスタルバイオレット、マラカイトグリーン等が挙げられる。
染料の（Ａ）重合体に対する配合量は、該重合体１００質量部に対し、０．０１〜５．０質量部の範囲が好ましい。
界面活性剤としては、例えば、ポリプロピレングリコールまたはポリオキシエチレンラウリルエーテル等のポリグリコール類あるいはその誘導体からなる非イオン系界面活性剤、例えばフロラード（商品名、住友３Ｍ社製）、メガファック（商品名、大日本インキ化学工業社製）あるいはスルフロン（商品名、旭硝子社製）等のフッ素系界面活性剤、例えばＫＰ３４１（商品名、信越化学工業社製）、ＤＢＥ（商品名、チッソ社製）、グラノール（商品名、共栄社化学社製）等の有機シロキサン界面活性剤が挙げられる。
界面活性剤の（Ａ）重合体に対する配合量は、該重合体１００質量部に対し、０〜１０質量部が好ましく、０．０１〜１質量部がより好ましい。添加量が１０質量部以下であれば、熱硬化後の耐熱性が良好である。
In the present invention, a heat-crosslinkable compound may be used as necessary. The amount of the heat-crosslinkable compound used is preferably 0 to 100 parts by weight of the polymer (A). It is 50 mass parts, More preferably, it is the range of 3-30 mass parts.
A dye and a surfactant can be added to the positive photosensitive resin composition of the present invention as necessary. Examples of the dye include methyl violet, crystal violet, and malachite green.
The blending amount of the dye with respect to the polymer (A) is preferably in the range of 0.01 to 5.0 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the polymer.
Examples of the surfactant include non-ionic surfactants made of polyglycols such as polypropylene glycol or polyoxyethylene lauryl ether or derivatives thereof, such as Florard (trade name, manufactured by Sumitomo 3M), MegaFuck (trade name) Fluorosurfactants such as Dainippon Ink Chemical Co., Ltd.) or Sulflon (trade name, manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.), such as KP341 (trade name, manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.), DBE (trade name, manufactured by Chisso Corporation), Examples include organosiloxane surfactants such as granol (trade name, manufactured by Kyoeisha Chemical Co., Ltd.).
0-10 mass parts is preferable with respect to 100 mass parts of this polymer, and, as for the compounding quantity with respect to (A) polymer of surfactant, 0.01-1 mass part is more preferable. If the addition amount is 10 parts by mass or less, the heat resistance after thermosetting is good.
＜硬化レリーフパターンの形成方法＞
本発明におけるポジ型感光性樹脂組成物を用いて基板上に硬化レリーフパターンを形成する方法の一例を以下に示す。
まず、該組成物を支持体、例えばシリコンウエハー、セラミック基板、アルミ基板などに塗布する。この時、形成するパターンと支持体との耐水接着性を確保するため、あらかじめ支持体にシランカップリング剤などの接着助剤を塗布しておいても良い。該組成物の塗布方法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で行う。次に、８０〜１４０℃、３０〜２５０秒でプリベークして塗膜を乾燥後１μｍ〜５０μｍとし、コンタクトアライナー、ミラープロジェクション、ステッパー等の露光装置を用いて化学線を照射する。化学線としては、Ｘ線、電子線、紫外線、可視光線などが使用できるが、２００〜５００ｎｍの波長のものが好ましい。パターンの解像度及び取り扱い性の点で、その光源波長は水銀ランプのｇ線、ｈ線またはｉ線が好ましく、単独でも混合していても良い。露光装置としてはコンタクトアライナー、ミラープロジェクション、ステッパーが特に好ましい。
<Method for forming cured relief pattern>
An example of a method for forming a cured relief pattern on a substrate using the positive photosensitive resin composition in the present invention is shown below.
First, the composition is applied to a support such as a silicon wafer, a ceramic substrate, or an aluminum substrate. At this time, in order to secure the water-resistant adhesion between the pattern to be formed and the support, an adhesion assistant such as a silane coupling agent may be applied to the support in advance. The composition is applied by spin coating using a spinner, spray coating using a spray coater, dipping, printing, roll coating, or the like. Next, it is pre-baked at 80 to 140 ° C. for 30 to 250 seconds, dried to 1 μm to 50 μm, and irradiated with actinic radiation using an exposure apparatus such as a contact aligner, mirror projection, or stepper. 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. From the viewpoint of pattern resolution and handleability, the light source wavelength is preferably g-line, h-line or i-line of a mercury lamp, which may be used alone or in combination. As the exposure apparatus, a contact aligner, a mirror projection, and a stepper are particularly preferable.
次に現像が行われるが、浸漬法、パドル法、回転スプレー法等の方法から選択して行うことができる。現像液としては、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、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、ジエチルアミン、トリエチルアミン、トリエタノールアミン等の有機アミン類、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラブチルアンモニウムヒドロキシド等の４級アンモニウム塩類等の水溶液、および必要に応じメタノール、エタノール、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使用することができる。この中で、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液が好ましく、その濃度は、０．５〜１０重量％であり、さらに好ましくは、１．０〜５重量％である。
現像後、リンス液により洗浄を行い現像液を除去することにより、レリーフパターンを得ることができる。リンス液としては、蒸留水、メタノール、エタノール、イソプロパノール等を単独または組み合わせて用いることができる。
最後に、このようにして得られた重合物のレリーフパターンを加熱する加熱工程を行う。加熱温度は１５０〜３２０℃が好ましく、特に２００〜２５０℃が好ましく、光酸発生剤と残存している有機溶媒とを揮散させることで硬化レリーフパターンを得ることができる。
Next, development is performed, and it can be performed by selecting from methods such as dipping, paddle, and rotary spraying. Developers include inorganic alkalis such as sodium hydroxide, sodium carbonate, sodium silicate, aqueous ammonia, organic amines such as ethylamine, diethylamine, triethylamine, triethanolamine, tetramethylammonium hydroxide, tetrabutylammonium hydroxide. An aqueous solution such as a quaternary ammonium salt such as quaternary ammonium salt and an aqueous solution to which a suitable amount of a water-soluble organic solvent such as methanol or ethanol or a surfactant is added as required can be used. In this, the tetramethylammonium hydroxide aqueous solution is preferable, The density | concentration is 0.5 to 10 weight%, More preferably, it is 1.0 to 5 weight%.
After development, a relief pattern can be obtained by washing with a rinse solution to remove the developer. As the rinsing liquid, distilled water, methanol, ethanol, isopropanol or the like can be used alone or in combination.
Finally, a heating step of heating the relief pattern of the polymer obtained in this way is performed. The heating temperature is preferably 150 to 320 ° C, particularly preferably 200 to 250 ° C, and a cured relief pattern can be obtained by volatilizing the photoacid generator and the remaining organic solvent.
一般的に使われているポリイミドまたはポリベンゾオキサゾール前駆体組成物を用いた硬化レリーフパターンの形成方法においては、３００℃以上に加熱して脱水環化反応を進行させることにより、ポリイミドあるいはポリベンゾオキサゾールに変換する必要があるが、本発明の方法においてはその必要性はないので、熱に弱い半導体装置等にも好適に使用することが出来る。一例を挙げるならば、プロセス温度に制約のある高誘電体材料や強誘電体材料、例えばチタン、タンタル、またはハフニウムなどの高融点金属の酸化物からなる絶縁層を有する半導体装置に好適に用いられる。
半導体装置がこのような耐熱性上の制約を持たない場合であれば、もちろん、本方法においても３００〜４００℃に加熱処理をしてもよい。このような加熱処理装置としては、ホットプレート、オーブン、または温度プログラムを設定できる昇温式オーブンを用いることにより行うことが出来る。加熱処理を行う際の雰囲気気体としては空気を用いてもよく、窒素、アルゴン等の不活性ガスを用いることもできる。また、より低温にて熱処理を行う必要が有る際には、真空ポンプ等を利用して減圧下にて加熱を行ってもよい。
本発明のポジ型感光性樹脂組成物を用い、上記方法によって硬化レリーフパターンを作製したところ、従来の組成物と比較して少ない露光量の照射でパターンが形成され、顕微鏡等の観察により評価すると、現像後および加熱硬化後いずれの場合にも膨張することなくシャープなレリーフパターンが観察された。
In the method of forming a cured relief pattern using a commonly used polyimide or polybenzoxazole precursor composition, the polyimide or polybenzoxazole is heated by heating to 300 ° C. or more to advance a dehydration cyclization reaction. However, since it is not necessary in the method of the present invention, it can be suitably used for a semiconductor device that is weak against heat. For example, it is suitably used for a semiconductor device having an insulating layer made of a high-dielectric material or a ferroelectric material having a process temperature restriction, such as an oxide of a refractory metal such as titanium, tantalum, or hafnium. .
Of course, if the semiconductor device does not have such heat resistance restrictions, heat treatment may be performed at 300 to 400 ° C. also in this method. Such a heat treatment apparatus can be performed by using a hot plate, an oven, or a temperature rising oven capable of setting a temperature program. Air may be used as the atmospheric gas when performing the heat treatment, and an inert gas such as nitrogen or argon may be used. Further, when it is necessary to perform heat treatment at a lower temperature, heating may be performed under reduced pressure using a vacuum pump or the like.
When a cured relief pattern was produced by the above method using the positive photosensitive resin composition of the present invention, a pattern was formed by irradiation with a smaller amount of exposure compared to the conventional composition, and evaluated by observation with a microscope or the like. A sharp relief pattern was observed without swelling in both cases after development and after heat curing.
＜半導体装置＞
本発明の半導体装置は、上述の硬化レリーフパターンを、表面保護膜、層間絶縁膜、再配線用絶縁膜、フリップチップ装置用保護膜、あるいはバンプ構造を有する装置の保護膜として、公知の半導体装置の製造方法と組み合わせることで製造することができる。
<Semiconductor device>
The semiconductor device of the present invention uses the above-described cured relief pattern as a surface protective film, an interlayer insulating film, a rewiring insulating film, a protective film for a flip chip device, or a protective film for a device having a bump structure. It can manufacture by combining with the manufacturing method of.
本発明を参考例、実施例に基づいて更に具体的に説明する。
（光酸発生剤の作製）
＜参考例１＞
撹拌機、滴下ロート及び温度計を付した１リットルセパラブルフラスコに下記化合物（旭有機材工業社製 商品名 ＢＩＭＣ−ＢＺ）１５．０ｇ（５０ｍｍｏｌ）を用い、該化合物が有する２つのＯＨ基の９０モル％に相当する量の１，２−ナフトキノンジアジド−４−スルフォン酸クロライド２４．２ｇ（９０ｍｍｏｌ）をアセトン１９７．４ｇに撹拌溶解した後、フラスコを恒温槽にて３０℃に調整した。これに、トリエチルアミン９．５６ｇ（９４．５ｍｍｏｌ）をアセトン４７．８ｇで希釈したものを３０分かけて一定速度で滴下した。この際、反応液は氷水浴を用いて２０〜３０℃の範囲で温度制御した。滴下終了後、更に３０分間、２０℃で攪拌放置した後、３６質量％濃度の塩酸３．６ｇ（２４．９ｍｍｏｌ）を一気に投入し、次いで反応液を氷水浴で冷却し、析出した固形物を吸引濾別した。この際得られた濾液を、０．５質量％濃度の塩酸５リットルに、その攪拌下で１時間かけて滴下し、目的物を析出させ、吸引濾別して回収した。得られたケーク状回収物を、再度イオン交換水３リットルに分散させ、攪拌、洗浄、濾別回収し、この水洗操作を３回繰り返した。最後に得られたケーク状物を４０℃で４８時間真空乾燥し、（Ｂ）光酸発生剤（Ｑ−１）を得た。
(Production of photoacid generator)
<Reference Example 1>
In a 1 liter separable flask equipped with a stirrer, a dropping funnel and a thermometer, 15.0 g (50 mmol) of the following compound (trade name BIMC-BZ, manufactured by Asahi Organic Materials Co., Ltd.) was used. After stirring and dissolving 24.2 g (90 mmol) of 1,2-naphthoquinonediazide-4-sulfonic acid chloride in an amount corresponding to 90 mol% in 197.4 g of acetone, the flask was adjusted to 30 ° C. in a thermostatic bath. A solution prepared by diluting 9.56 g (94.5 mmol) of triethylamine with 47.8 g of acetone was added dropwise thereto at a constant rate over 30 minutes. At this time, the temperature of the reaction solution was controlled in the range of 20 to 30 ° C. using an ice water bath. After completion of the dropwise addition, the mixture was allowed to stir at 20 ° C. for another 30 minutes, and then 3.6 g (24.9 mmol) of 36 mass% hydrochloric acid was added all at once, and then the reaction solution was cooled in an ice water bath, Filtered off with suction. The filtrate obtained at this time was added dropwise to 5 liters of 0.5 mass% hydrochloric acid over 1 hour with stirring to precipitate the desired product, which was collected by suction filtration. The obtained cake-like recovered material was again dispersed in 3 liters of ion-exchanged water, stirred, washed, collected by filtration, and this water washing operation was repeated three times. Finally, the cake-like product obtained was vacuum-dried at 40 ° C. for 48 hours to obtain (B) a photoacid generator (Q-1).
＜ポジ型感光性樹脂組成物の調整＞
［実施例１〜７、比較例１〜６］
重合物Ａとして、クレゾールノボラック（旭有機材工業製ＥＰ4080Ｇ、Ｐ−１という）、またはポリヒドロキシスチレン（丸善石油化学製マルカリンカー、Ｐ−２という）１００質量部に対して、上記参考例１にて得られた光酸発生剤（Ｑ−１）１５質量部、及び下記Ｃ−１〜Ｃ−６の酢酸ベンジル化合物（実施例１〜６）の所定の質量部を、ＧＢＬ１７０質量部に溶解した後、０．２μｍのフィルターで濾過して、表１に記載した実施例１〜７、及び比較例１〜６のポジ型感光性樹脂組成物を調製した。
（Ｃ−１）酢酸（４−メトキシ）ベンジル
（Ｃ−２）シアノ酢酸ベンジル
（Ｃ−３）酢酸（４−メチル）ベンジル
（Ｃ−４）酢酸（３−メチル）ベンジル
（Ｃ−５）酢酸ベンジル
（Ｃ−６）酢酸（４−ニトロ）ベンジル
<Adjustment of positive photosensitive resin composition>
[Examples 1-7, Comparative Examples 1-6]
As Polymer A, cresol novolak (EP4080G manufactured by Asahi Organic Materials Co., Ltd., referred to as P-1) or polyhydroxystyrene (marked by Maruzen Petrochemical Co., Ltd., referred to as P-2) 100 parts by mass is referred to Reference Example 1 above 15 parts by mass of the photoacid generator (Q-1) obtained in the above and a predetermined part by mass of the following C-1 to C-6 benzyl acetate compounds (Examples 1 to 6) were dissolved in 170 parts by mass of GBL. Then, it filtered with a 0.2 micrometer filter, and the positive photosensitive resin composition of Examples 1-7 described in Table 1 and Comparative Examples 1-6 was prepared.
(C-1) Acetic acid (4-methoxy) benzyl (C-2) Cyanoacetic acid benzyl (C-3) Acetic acid (4-methyl) benzyl (C-4) Acetic acid (3-methyl) benzyl (C-5) Acetic acid Benzyl (C-6) acetic acid (4-nitro) benzyl
＜ポジ型感光性樹脂組成物の評価＞
（１）パターニング特性評価
上記実施例、及び比較例のポジ型感光性樹脂組成物をスピナー（大日本スクリーン製造社製：Ｄｓｐｉｎ６３６）にて５インチシリコンウエハーにスピン塗布し、ホットプレートにて１２０℃、１８０秒間プリベークを行い、膜厚１１．５μｍの塗膜を形成した。膜厚は膜厚測定装置（大日本スクリーン製造社製：ラムダエース）にて測定した。
この塗膜に、テストパターン付きレチクルを通してｉ線（３６５ｎｍ）の露光波長を有するステッパー（ニコン社製：ＮＳＲ２００５ｉ８Ａ）を用いて露光量を段階的に変化させて露光した。これをアルカリ現像液（クラリアントジャパン社製：ＡＺ３００ＭＩＦデベロッパー、２．３８質量％水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液）を用い、２３℃の条件下で現像後膜厚が９．８μｍとなるように現像時間を調整して現像し、純水にてリンスを行い、ポジ型のレリーフパターンを形成した。ポジ型感光性樹脂組成物の感度、解像度、および剥がれの状態を表２に示した。
なお、ポジ型感光性樹脂組成物の感度、解像度及び剥がれは、次のようにして評価した。
［感度（ｍＪ／ｃｍ2 ）］
上記現像時間において、塗膜の露光部を完全に溶解除去しうる最小露光量。
［解像度（μｍ）］
上記露光量での最小解像パターン寸法。
［剥がれ］
上記露光量での１０μｍパターンの剥がれがあるかどうか。
<Evaluation of positive photosensitive resin composition>
(1) Evaluation of patterning characteristics The positive photosensitive resin compositions of the above examples and comparative examples were spin-coated on a 5-inch silicon wafer with a spinner (Daishin Screen Manufacturing Co., Ltd .: Dspin 636), and 120 ° C. with a hot plate. , Pre-baked for 180 seconds to form a coating film having a thickness of 11.5 μm. The film thickness was measured with a film thickness measuring device (Dainippon Screen Mfg. Co., Ltd .: Lambda Ace).
This coating film was exposed through a reticle with a test pattern by using a stepper (Nikon Corporation: NSR2005i8A) having an exposure wavelength of i-line (365 nm) while changing the exposure stepwise. Using an alkaline developer (manufactured by Clariant Japan Co., Ltd .: AZ300MIF developer, 2.38 mass% tetramethylammonium hydroxide aqueous solution), the development time was adjusted so that the film thickness after development was 9.8 μm under the condition of 23 ° C. After adjusting and developing, rinsing with pure water was performed to form a positive relief pattern. Table 2 shows the sensitivity, resolution, and peeling state of the positive photosensitive resin composition.
In addition, the sensitivity, resolution, and peeling of the positive photosensitive resin composition were evaluated as follows.
[Sensitivity (mJ / cm 2 )]
The minimum exposure amount that can completely dissolve and remove the exposed portion of the coating film during the development time.
[Resolution (μm)]
Minimum resolution pattern size at the above exposure.
[Peeling]
Whether there is peeling of the 10 μm pattern at the above exposure amount.
（２）硬化レリーフパターンの作製
上記ポジ型のレリーフパターンを縦型キュア炉（光陽リンドバーグ社製）にて、窒素雰囲気中、２５０℃で１時間のキュアを施し硬化レリーフパターンを形成した。その結果、硬化前の最小解像パターン寸法と硬化後の最小解像パターン寸法に変化は観察されなかった。
(2) Preparation of cured relief pattern The positive relief pattern was cured in a vertical curing furnace (manufactured by Koyo Lindberg) in a nitrogen atmosphere at 250 ° C for 1 hour to form a cured relief pattern. As a result, no change was observed in the minimum resolution pattern dimension before curing and the minimum resolution pattern dimension after curing.
本発明のポジ型感光性樹脂組成物は、半導体装置の表面保護膜、層間絶縁膜、及び再配線用絶縁膜、フリップチップ装置用保護膜、バンプ構造を有する装置の保護膜、多層回路の層間絶縁膜、フレキシブル銅張板のカバーコート、ソルダーレジスト膜、並びに液晶配向膜等として好適に利用できる。 The positive photosensitive resin composition of the present invention includes a surface protective film for semiconductor devices, an interlayer insulating film, an insulating film for rewiring, a protective film for flip chip devices, a protective film for devices having a bump structure, and an interlayer for multilayer circuits. It can be suitably used as an insulating film, a cover coat of a flexible copper-clad plate, a solder resist film, a liquid crystal alignment film, and the like.
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