JP3946673B2 - Photosensitive resin composition - Google Patents

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Description

本発明は、半導体デバイス等の製造において電気、電子絶縁材料として用いられるポジ型感光性樹脂組成物であり、詳しくは、この感光性樹脂組成物は、ICやLSI等の半導体素子上に絶縁保護膜を成膜するとともに、かつ微細パターンの加工が必要とされる分野に適用される。   The present invention relates to a positive photosensitive resin composition used as an electrical and electronic insulating material in the manufacture of semiconductor devices and the like. Specifically, this photosensitive resin composition provides insulation protection on semiconductor elements such as ICs and LSIs. The present invention is applied to a field where a film is formed and processing of a fine pattern is required.

従来より、IC、LSI等では、半導体素子を保護するために耐熱性、耐薬品性、電気絶縁性等に優れたポリイミド樹脂、ポリベンゾオキサゾール樹脂等の有機保護膜がコーティングされている。   2. Description of the Related Art Conventionally, in ICs, LSIs, and the like, organic protective films such as polyimide resins and polybenzoxazole resins excellent in heat resistance, chemical resistance, electrical insulation, and the like are coated to protect semiconductor elements.

さらに、これらの樹脂への感光性機能を付与したポリイミド樹脂、ポリベンゾオキサゾール樹脂等を使用し、電極部分やダイシングライン等の保護膜が不要な部分を紫外線露光等の活性光線を用いて加工することで、工程短縮、工程合理化、また有害物質の使用量削減が行われている。   Furthermore, using polyimide resin, polybenzoxazole resin, etc., that imparts a photosensitive function to these resins, parts that do not require protective films such as electrode parts and dicing lines are processed using actinic rays such as ultraviolet exposure. As a result, the process has been shortened, the process has been rationalized, and the amount of harmful substances used has been reduced.

近年では、感光性樹脂の現像液を有機溶剤タイプからアルカリ水溶液タイプへ対応させて、有機溶剤の使用量削減も行われつつある。   In recent years, the amount of organic solvent used has been reduced by changing the developing solution of the photosensitive resin from an organic solvent type to an alkaline aqueous solution type.

これら感光性機能を付与されたポリイミド樹脂、ポリベンゾオキサゾール樹脂等は、溶剤に対して溶解性が低いため、ポリアミド樹脂やポリヒドロキシアミドのような樹脂前駆体を溶剤に溶解させた形でコーティングされ、露光、現像処理後にポリイミド樹脂、ポリベンゾオキサゾール樹脂等へと熱閉環反応を行うため300℃以上の高温加熱処理が行われ、高温処理を嫌う半導体素子等への利用が難しい。   Polyimide resins, polybenzoxazole resins, etc. that have been imparted with a photosensitive function have low solubility in solvents, so they are coated with resin precursors such as polyamide resins and polyhydroxyamides dissolved in solvents. Since the thermal ring closure reaction is performed to polyimide resin, polybenzoxazole resin, and the like after exposure and development processing, high-temperature heat treatment at 300 ° C. or higher is performed, and it is difficult to use for semiconductor elements that dislike high-temperature processing.

また、ポリイミド樹脂やポリベンゾオキサゾール樹脂等は高価であり、コスト面での負担も大きい。   Moreover, polyimide resin, polybenzoxazole resin, and the like are expensive and have a large cost burden.

一方、半導体素子の回路形成等で用いられるノボラック樹脂系レジストは、このレジストを用いて加工されたパターンをマスクとし、金属膜やシリコン系膜をウェットエッチングやドライエッチング等を行った後に除去されてしまう。   On the other hand, novolak resin-based resists used in circuit formation of semiconductor elements are removed after performing wet etching, dry etching, etc. on metal films and silicon-based films using a pattern processed using this resist as a mask. End up.

これらノボラック系樹脂は、ポリイミド樹脂系と比較して安価であることから、ノボラック樹脂系に架橋剤等を導入して耐熱性を向上させ、半導体素子の保護膜としての利用も検討されているが、200℃以上の高温では樹脂の劣化が激しく実用に耐えない。   Since these novolak resins are less expensive than polyimide resin resins, the introduction of a crosslinking agent or the like into the novolak resin resins to improve heat resistance and the use as a protective film for semiconductor elements has been studied. At a high temperature of 200 ° C. or higher, the resin is severely deteriorated and cannot be practically used.

本発明の目的は、前述した従来の欠点を解消し、従来の半導体素子表面保護膜と比較して300℃以下の低温でも硬化が可能で、紫外線露光により加工が可能となり、基材となるウェーハなどへの密着力が高く、樹脂コストが安価なポジ型感光性樹脂組成物を提供するものである。   The object of the present invention is to eliminate the above-mentioned conventional drawbacks, and can be cured even at a low temperature of 300 ° C. or lower as compared with a conventional semiconductor element surface protective film, and can be processed by ultraviolet exposure, and becomes a wafer as a base material. The present invention provides a positive photosensitive resin composition having high adhesion to the resin and having a low resin cost.

本発明者は、上記の目的を達成しようと鋭意研究を進めた結果、後述の樹脂組成物によって、上記目的を達成できることを見いだし、本発明を完成したものである。   As a result of diligent research to achieve the above object, the present inventor has found that the above object can be achieved by a resin composition described later, and has completed the present invention.

即ち、本発明は、
(A)次の一般式で示されるメチロール基を有するフェノール樹脂

Figure 0003946673
(但し、式中、Xは水素原子または−CH2 OHで、mは1〜2の整数であり、Rは芳香族環が−CH2 −、−CH2 −O−CH2 −若しくは−O−を介在して結合する有機基で、nは1以上の整数である)
を必須成分とすることを特徴とするポジ型感光性樹脂組成物であり、また、この(A)成分のフェノール樹脂に(B)次の一般式で示されるナフトキノンジアジドスルホン酸クロリド
Figure 0003946673
がフェノール性化合物にエステル化反応をした化合物および
(C)これらを溶解する溶剤とからなることを特徴とするポジ型感光性樹脂組成物である。 That is, the present invention
(A) A phenol resin having a methylol group represented by the following general formula
Figure 0003946673
(Wherein, X is a hydrogen atom or —CH 2 OH, m is an integer of 1 to 2, and R is an aromatic ring of —CH 2 —, —CH 2 —O—CH 2 — or —O. An organic group bonded via-, and n is an integer of 1 or more)
Is a positive photosensitive resin composition characterized by comprising an essential component, and (B) a naphthoquinonediazide sulfonic acid chloride represented by the following general formula:
Figure 0003946673
Is a positive photosensitive resin composition comprising a compound obtained by esterifying a phenolic compound and (C) a solvent for dissolving them.

本発明の樹脂組成物は、メチロール基を有するフェノール樹脂とナフトキノンジアジドスルホン酸クロリドがエステル化反応したナフトキノンジアジド系感光剤を用いることにより、300℃以下の低温でも硬化が可能で、紫外線露光とアルカリ水溶液を用いた現像によるポジ型パターンの加工が可能となり、ウェーハとの密着力が高く、樹脂コストが安価なポジ型感光性樹脂組成物である。   The resin composition of the present invention can be cured at a low temperature of 300 ° C. or lower by using a naphthoquinone diazide-based photosensitizer obtained by esterification of a phenol resin having a methylol group and naphthoquinone diazide sulfonic acid chloride. It is a positive photosensitive resin composition that enables processing of a positive pattern by development using an aqueous solution, has high adhesion to a wafer, and has a low resin cost.

本発明に用いる(A)メチロール基を有するフェノール樹脂は、次の一般式に示すものである。

Figure 0003946673

(但し、式中、Xは水素原子または−CH2 OHで、mは1〜2の整数であり、Rは芳香族環が−CH2 −、−CH2 −O−CH2 −若しくは−O−を介在して結合する有機基で、nは1以上の整数である)
具体的には、例えば次の構造式のものがあるが、それらに限定されるものではなく、またフェノール樹脂反応の副反応として−CH2 −以外に生ずる種々の介在結合がある。
Figure 0003946673

(但し、mは1〜2の整数、n、n′は1以上の整数である)
Figure 0003946673

(但し、mは1〜2の整数、n、n′は1以上の整数である)
本発明に用いる(B)の感光剤としてナフトキノンジアジド化合物をフェノール性化合物とエステル化反応させた化合物は、ポジレジストの分野で用いられている公知の物質である。 The (A) phenol resin having a methylol group used in the present invention is represented by the following general formula.
Figure 0003946673

(Wherein, X is a hydrogen atom or —CH 2 OH, m is an integer of 1 to 2, and R is an aromatic ring of —CH 2 —, —CH 2 —O—CH 2 — or —O. An organic group bonded via-, and n is an integer of 1 or more)
Specific examples include, but are not limited to, the following structural formulas, and there are various intervening bonds generated other than —CH 2 — as a side reaction of the phenol resin reaction.
Figure 0003946673

(Where m is an integer of 1 to 2, and n and n ′ are integers of 1 or more)
Figure 0003946673

(Where m is an integer of 1 to 2, and n and n ′ are integers of 1 or more)
The compound obtained by esterifying a naphthoquinonediazide compound with a phenolic compound as the photosensitive agent (B) used in the present invention is a known substance used in the field of positive resists.

一般に、ナフトキノンジアジド系感光剤は、ジアゾナフトキノンスルホン酸クロリドとフェノール性水酸基を有する化合物との縮合反応によって得られる。ジアゾナフトキノンスルホン酸クロリドとしては、次式に示される1,2−ナフトキノン−2−ジアジド−5−スルホン酸クロリド又は1,2−ナフトキノン−2−ジアジド−4−スルホン酸クロリド

Figure 0003946673

等が挙げられる。 In general, a naphthoquinone diazide photosensitizer is obtained by a condensation reaction between a diazonaphthoquinonesulfonic acid chloride and a compound having a phenolic hydroxyl group. As diazonaphthoquinonesulfonic acid chloride, 1,2-naphthoquinone-2-diazide-5-sulfonic acid chloride or 1,2-naphthoquinone-2-diazide-4-sulfonic acid chloride represented by the following formula:
Figure 0003946673

Etc.

上記ジアゾナフトキノンスルホン酸クロリドと縮合反応させるフェノール性水酸基を有する化合物としては、2,2′−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、ビス(p−ヒドロキシフェニル)メタン、2,2′−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)スルホン、1,1,1−トリス(4−ヒドロキシフェニル)エタン、4,4′,4′′−トリヒドロキシトリフェニルメタン、α,α,α′−トリス(4−ヒドロキシフェニル)−1−エチル−4−イソプロピルベンゼン等が挙げられる。   Examples of the compound having a phenolic hydroxyl group that undergoes a condensation reaction with the diazonaphthoquinonesulfonic acid chloride include 2,2′-bis (4-hydroxyphenyl) propane, bis (p-hydroxyphenyl) methane, and 2,2′-bis (4 -Hydroxyphenyl) hexafluoropropane, bis (4-hydroxyphenyl) sulfone, 1,1,1-tris (4-hydroxyphenyl) ethane, 4,4 ', 4 "-trihydroxytriphenylmethane, α, α , Α′-tris (4-hydroxyphenyl) -1-ethyl-4-isopropylbenzene, and the like.

具体的なナフトキノンジアジド系感光剤としては、下記のものが挙げられる。

Figure 0003946673
Figure 0003946673

上記ナフトキノンジアジド系の化合物は、それ自身はアルカリ水溶液に対して難溶性を示す化合物であるが、紫外線等の活性光線による露光でカルボキシル基が生成されアルカリ水溶液に対して易溶になる。 Specific examples of the naphthoquinone diazide photosensitizer include the following.
Figure 0003946673
Figure 0003946673

The naphthoquinonediazide-based compound itself is a compound that is hardly soluble in an alkaline aqueous solution, but a carboxyl group is generated by exposure with an actinic ray such as ultraviolet rays, and becomes easily soluble in an alkaline aqueous solution.

本発明に用いる(C)溶媒としては、例えば、N−メチルピロリドン、N,N′−ジメチルアセトアミド、N,N′−ジメチルホルムアミド等の非プロトン性極性溶剤や、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、γ−ブチロラクトン、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、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、乳酸ブチル等が用いられ、これらは単独又は2種以上混合して使用することができる。   Examples of the (C) solvent used in the present invention include aprotic polar solvents such as N-methylpyrrolidone, N, N′-dimethylacetamide, N, N′-dimethylformamide, cyclohexanone, cyclopentanone, γ- Butyrolactone, diethylene glycol diethyl ether, diethylene glycol dibutyl ether, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monomethyl ether acetate, methyl lactate, ethyl lactate, butyl lactate and the like can be used, and these can be used alone or in combination.

次に、本発明によって得られた樹脂組成物の使用方法について説明する。   Next, the usage method of the resin composition obtained by this invention is demonstrated.

半導体デバイスへの適用を考える場合、まず、この樹脂組成物を対象とするウェーハ上にスピンコーターを用いてコーティングし、次に90〜140℃で塗膜を乾燥させる。得られた塗膜上にパターンが描画されているマスクを透過させてi線(365nm)、g線(436nm)といった活性紫外線を照射する。次に、現像液として例えば、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サイド等の4級アンモニウム塩類やエチルアミン、n−プロピルアミン、コリン等のアミン系のアルカリ水溶液、または水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム等の無機アルカリ類等が挙げられ、これらは単独又は2種以上混合して使用することができる。これら水溶液を使用して紫外線の照射部のみを溶解現像し、純水によってリンス洗浄を行い、スピンドライにて乾燥させる。現像方式としては、スプレー、パドル、浸漬、超音波等の方式が考えられる。これによって、対象とするウェーハ上には所望するポジ型パターンを得ることができる。さらに、この塗膜を150〜300℃で加熱処理させることによって熱硬化反応を行い、耐熱性、耐薬品性に優れた塗膜を形成することができる。   When considering application to a semiconductor device, first, the resin composition is coated on a target wafer using a spin coater, and then the coating film is dried at 90 to 140 ° C. The obtained coating film is transmitted through a mask on which a pattern is drawn and irradiated with active ultraviolet rays such as i-line (365 nm) and g-line (436 nm). Next, as a developing solution, for example, quaternary ammonium salts such as tetramethylammonium hydroxide and tetraethylammonium hydroxide, amine-based alkaline aqueous solutions such as ethylamine, n-propylamine and choline, or sodium hydroxide, potassium hydroxide, Examples thereof include inorganic alkalis such as sodium carbonate, and these can be used alone or in combination of two or more. Using these aqueous solutions, only the ultraviolet irradiation part is dissolved and developed, rinsed with pure water, and dried by spin drying. As a developing method, methods such as spraying, paddle, dipping, and ultrasonic waves can be considered. Thereby, a desired positive pattern can be obtained on the target wafer. Furthermore, a thermosetting reaction is performed by heat-treating this coating film at 150 to 300 ° C., and a coating film having excellent heat resistance and chemical resistance can be formed.

即ち、本発明における最大の特徴は、本発明者が鋭意研究を重ねた結果、前述の(A)メチロール基を有するフェノール樹脂と(B)ナフトキノンジアジドスルホン酸クロリドがエステル化反応したナフトキノンジアジド系感光剤を用いることにより、i線(365nm)等の紫外線露光とアルカリ水溶液を用いた現像によるポジ型パターンの加工が可能で、加熱処理により(A)フェノール樹脂の有するメチロール基とメチロール基の間で架橋反応が行われ、耐熱性、耐薬品性が向上した強固な塗膜が生成されることにある。   That is, the greatest feature of the present invention is that, as a result of extensive research conducted by the present inventor, naphthoquinone diazide photosensitization in which (A) the phenol resin having a methylol group and (B) naphthoquinone diazide sulfonic acid chloride are esterified. By using an agent, it is possible to process a positive pattern by ultraviolet exposure such as i-line (365 nm) and development using an aqueous alkali solution, and (A) between the methylol group and the methylol group of the phenol resin by heat treatment. A cross-linking reaction is performed to produce a strong coating film with improved heat resistance and chemical resistance.

本発明の樹脂組成物は、上記使用方法において、基材上にスピンコーティングと乾燥工程を行い、次いで、この塗膜に紫外線等の活性光線を照射することによって活性光線照射部のナフトキノンジアジド系感光剤がアルカリ現像可能な構造へと変化する。次にアルカリ水溶液による現像にて、露光部では(A)フェノール樹脂の構造中にあるフェノール部分がアルカリ水溶液によって溶解すると同時に、前記式化7,8を有するナフトキノンジアジド系感光剤によって溶解が促進され、未露光部では、(B)ナフトキノンジアジド系感光剤と(A)フェノール樹脂のフェノール部分が、前記式化7,8(ナフトキノンジアジドスルホン酸クロリド)中のジアゾ基とのアゾカップリングもしくはスルホン酸基との水素結合によってアルカリ水溶液への溶解を阻害し溶解性が低下することで、ポジ型パターンを形成することが可能となる。また前述したように、パターン形成後に加熱処理することで、本発明の(A)成分フェノール樹脂の中にあるメチロール基間で架橋反応が行われるため、メチロール基をもたないフェノール樹脂と比較して高耐熱性、耐薬品性を有する塗膜とすることができる。   In the above method of use, the resin composition of the present invention is subjected to spin coating and drying on the substrate, and then irradiated with actinic rays such as ultraviolet rays on the coating film to sensitize the naphthoquinonediazide photosensitizer of the active light irradiation part. The agent changes to a structure capable of alkali development. Next, in the development with an aqueous alkali solution, in the exposed area, (A) the phenol part in the structure of the phenol resin is dissolved by the aqueous alkali solution, and at the same time, the dissolution is promoted by the naphthoquinone diazide photosensitizer having the above formulas 7 and 8. In the unexposed area, (B) naphthoquinone diazide-based photosensitizer and (A) the phenol moiety of the phenol resin are azo coupling or sulfonic acid with the diazo group in the formula 7,8 (naphthoquinone diazide sulfonic acid chloride). A positive pattern can be formed by inhibiting dissolution in an alkaline aqueous solution by hydrogen bonding with a group and reducing solubility. In addition, as described above, the heat treatment after pattern formation causes a cross-linking reaction between the methylol groups in the (A) component phenol resin of the present invention, so compared with a phenol resin having no methylol groups. Thus, a coating film having high heat resistance and chemical resistance can be obtained.

次に、実施例によって本発明を詳しく説明するが、本発明はこれら実施例に制限されるものではない。   EXAMPLES Next, although an Example demonstrates this invention in detail, this invention is not restrict | limited to these Examples.

窒素導入管を備えた反応フラスコに、α,α,α′−トリス(4−ヒドロキシフェニル)−1−エチル−4−イソプロピルベンゼンに1,2−ナフトキノン−2−ジアジド−5−スルホン酸をエステル反応させたフェノール化合物を30重量部フラスコに投入し、溶剤としてN−メチル−2−ピロリドンを130重量部加え、1時間攪拌して溶解させる。次にメチロール基を有するフェノール樹脂として、前記の式化4の構造式を示し、数平均分子量5000であり、nとn′の比率がn<10mol%以下、n′>90mol%以上となる樹脂を100重量部、30分かけてフラスコに投入する。樹脂の溶解には10時間攪拌して溶解させるが、その際にアイスバスをセットして5℃以上、30℃以下の液温で溶解させる。この溶液を1μmフィルターにて濾過し、サンプル1とした。   Establish 1,2-naphthoquinone-2-diazide-5-sulfonic acid in α, α, α'-tris (4-hydroxyphenyl) -1-ethyl-4-isopropylbenzene in a reaction flask equipped with a nitrogen inlet tube The reacted phenol compound is put into a 30 parts by weight flask, and 130 parts by weight of N-methyl-2-pyrrolidone as a solvent is added and stirred for 1 hour to dissolve. Next, as a phenol resin having a methylol group, a resin having the structural formula of Formula 4 described above, having a number average molecular weight of 5000, and a ratio of n to n ′ of n <10 mol% or less and n ′> 90 mol% or more. Is put into a flask over 100 parts by weight for 30 minutes. The resin is dissolved by stirring for 10 hours. At that time, an ice bath is set and dissolved at a liquid temperature of 5 ° C. or higher and 30 ° C. or lower. This solution was filtered through a 1 μm filter to obtain Sample 1.

このサンプル1をスピンコーターを用いて4インチシリコンウェーハ上にコートし、ベーク板にて130℃で4分間加熱乾燥することによって膜厚7μmの塗膜を得た。この塗膜をi線(365nm)のみを透過させるフィルターを使用した紫外線露光機によって露光エネルギーを変化させてテストパターンを照射し、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド2.38%水溶液にて3分間のパドル現像を行い、純水にて洗浄し、スピン乾燥を行った。この操作によって塗膜の紫外線照射部を溶解させたポジ型パターンを得ることができた。露光量250mj/cm2 で良好なパターンが形成され、得られたパターンを光学顕微鏡によって観察したところ、5.0μmまでのパターンがシャープに形成されていることが確認できた。 The sample 1 was coated on a 4-inch silicon wafer using a spin coater and dried by heating at 130 ° C. for 4 minutes on a baking plate to obtain a coating film having a thickness of 7 μm. This coating film was irradiated with a test pattern by changing the exposure energy with an ultraviolet exposure machine using a filter that transmits only i-line (365 nm), and then paddle development for 3 minutes with a 2.38% aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide. , Washed with pure water, and spin-dried. By this operation, a positive pattern in which the ultraviolet irradiation part of the coating film was dissolved could be obtained. A good pattern was formed at an exposure amount of 250 mj / cm 2 , and when the obtained pattern was observed with an optical microscope, it was confirmed that a pattern of up to 5.0 μm was formed sharply.

この膜を100℃、120℃、140℃、160℃、260℃で各々1時間の加熱処理を行ったところ、5um厚の塗膜となった。この塗膜にJIS−K−5400に基づき、1mm□×100個の碁盤目にカットし、セロハンテープを貼って後に引き剥がして塗膜の接着性を確認したが、塗膜の剥離は見られなかった。このように、パターンはシリコンウェーハ上に強固に密着し、またパターンに樹脂クラックは見られなかった。   When this film was heat-treated at 100 ° C., 120 ° C., 140 ° C., 160 ° C., and 260 ° C. for 1 hour, a 5 μm thick coating film was formed. Based on JIS-K-5400, this coating film was cut into 1 mm □ × 100 grids, a cellophane tape was applied, and then peeled off to confirm the adhesion of the coating film. There wasn't. Thus, the pattern adhered firmly on the silicon wafer, and no resin cracks were found in the pattern.

窒素導入管を備えた反応フラスコに、2,3,4,4′−テトラヒドロキシベンゾフェノンに1,2−ナフトキノン−2−ジアジド−5−スルホン酸をエステル反応させたフェノール化合物を30重量部フラスコに投入し、溶剤としてN−メチル−2−ピロリドンを130重量部加え、1時間攪拌して溶解させる。次にメチロール基を有するフェノール樹脂として、前記の式化5の構造式を示し、数平均分子量8000であり、nとn′の比率がn<30mol%以下、n′>70mol%以上となる樹脂を100重量部、30分かけて徐々にフラスコに投入する。樹脂の溶解には10時間攪拌して溶解させるが、その際にアイスバスをセットして5℃以上、30℃以下の液温で溶解させる。この溶液を1μmフィルターにて濾過し、サンプル2とした。   In a reaction flask equipped with a nitrogen introduction tube, a phenol compound obtained by ester-reaction of 2,3,4,4′-tetrahydroxybenzophenone with 1,2-naphthoquinone-2-diazide-5-sulfonic acid was added to a 30 part by weight flask. Then, 130 parts by weight of N-methyl-2-pyrrolidone is added as a solvent and stirred for 1 hour to dissolve. Next, as a phenol resin having a methylol group, a resin having the structural formula of Formula 5 described above, having a number average molecular weight of 8000, and a ratio of n to n ′ of n <30 mol% or less and n ′> 70 mol% or more. Is gradually put into the flask over 100 parts by weight over 30 minutes. The resin is dissolved by stirring for 10 hours. At that time, an ice bath is set and dissolved at a liquid temperature of 5 ° C. or higher and 30 ° C. or lower. This solution was filtered through a 1 μm filter to obtain sample 2.

このサンプル2をスピンコーターを用いて4インチシリコンウェーハ上にコートし、ベーク板にて130℃で6分間加熱乾燥することによって膜厚7μmの塗膜を得た。この塗膜をi線(365nm)のみを透過させるフィルターを使用した紫外線露光機によって露光エネルギーを変化させてテストパターンを照射し、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド2.38%水溶液にて4分間のパドル現像を行い、純水にて洗浄し、スピン乾燥を行った。この操作によって塗膜の紫外線照射部を溶解させたポジ型パターンを得ることができた。露光量300mj/cm2 で良好なパターンが形成され、得られたパターンを光学顕微鏡によって観察したところ、5.0μmまでのパターンがシャープに形成されていることが確認できた。 The sample 2 was coated on a 4-inch silicon wafer using a spin coater and dried by heating at 130 ° C. for 6 minutes on a baking plate to obtain a coating film having a thickness of 7 μm. This coating film was irradiated with a test pattern by changing the exposure energy with an ultraviolet exposure machine using a filter that transmits only i-line (365 nm), and then paddle development for 4 minutes with a 2.38% aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide. , Washed with pure water, and spin-dried. By this operation, a positive pattern in which the ultraviolet irradiation part of the coating film was dissolved could be obtained. A good pattern was formed at an exposure amount of 300 mj / cm 2 , and when the obtained pattern was observed with an optical microscope, it was confirmed that a pattern of up to 5.0 μm was formed sharply.

この膜を100℃、120℃、140℃、160℃、260℃で各々1時間の加熱処理を行ったところ、5um厚の塗膜となった。この塗膜にJIS−K−5400に基づき、1mm□×100個の碁盤目にカットし、セロハンテープを貼って後に引き剥がして塗膜の接着性を確認したが、塗膜の剥離は見られなかった。このように、パターンはシリコンウェーハ上に強固に密着し、またパターンに樹脂クラックは見られなかった。   When this film was heat-treated at 100 ° C., 120 ° C., 140 ° C., 160 ° C., and 260 ° C. for 1 hour, a 5 μm thick coating film was formed. Based on JIS-K-5400, this coating film was cut into 1 mm □ × 100 grids, a cellophane tape was applied, and then peeled off to confirm the adhesion of the coating film. There wasn't. Thus, the pattern adhered firmly on the silicon wafer, and no resin cracks were found in the pattern.

比較例1
窒素導入管を備えた反応フラスコに、α,α,α′−トリス(4−ヒドロキシフェニル)−1−エチル−4−イソプロピルベンゼンに1,2−ナフトキノン−2−ジアジド−5−スルホン酸をエステル反応させたフェノール化合物を30重量部フラスコに投入し、溶剤としてN−メチル−2−ピロリドンを130重量部加え、1時間攪拌して溶解させる。次にメチロール基を有さないフェノール樹脂として、次式の構造式

Figure 0003946673

を示し、数平均分子量5000である樹脂を100重量部、30分かけて徐々にフラスコに投入する。樹脂の溶解には10時間攪拌して溶解させるが、その際にアイスバスをセットして5℃以上、30℃以下の液温で溶解させる。この溶液を1umフィルターにて濾過し、サンプル3とした。 Comparative Example 1
Establish 1,2-naphthoquinone-2-diazide-5-sulfonic acid in α, α, α'-tris (4-hydroxyphenyl) -1-ethyl-4-isopropylbenzene in a reaction flask equipped with a nitrogen inlet tube The reacted phenol compound is put into a 30 parts by weight flask, and 130 parts by weight of N-methyl-2-pyrrolidone as a solvent is added and stirred for 1 hour to dissolve. Next, as a phenolic resin having no methylol group, the following structural formula
Figure 0003946673

The resin having a number average molecular weight of 5000 is gradually charged into the flask over 100 parts by weight over 30 minutes. The resin is dissolved by stirring for 10 hours. At that time, an ice bath is set and dissolved at a liquid temperature of 5 ° C. or higher and 30 ° C. or lower. This solution was filtered through a 1 um filter to obtain Sample 3.

このサンプル3をスピンコーターを用いて4インチシリコンウェーハ上にコートし、ベーク板にて130℃で4分間加熱乾燥することによって膜厚7μmの塗膜を得た。この塗膜をi線(365nm)のみを透過させるフィルターを使用した紫外線露光機によって露光エネルギーを変化させてテストパターンを照射し、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド2.38%水溶液にて3分間のパドル現像を行い、純水にて洗浄し、スピン乾燥を行った。この操作によって塗膜の紫外線照射部を溶解させたポジ型パターンを得ることができた。露光量200mj/cm2 で良好なパターンが形成され、得られたパターンを光学顕微鏡によって観察したところ、5.0μmまでのパターンがシャープに形成されていることが確認できた。 This sample 3 was coated on a 4-inch silicon wafer using a spin coater and dried by heating at 130 ° C. for 4 minutes on a baking plate to obtain a coating film having a thickness of 7 μm. This coating film was irradiated with a test pattern by changing the exposure energy with an ultraviolet exposure machine using a filter that transmits only i-line (365 nm), and then paddle development for 3 minutes with a 2.38% aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide. , Washed with pure water, and spin-dried. By this operation, a positive pattern in which the ultraviolet irradiation part of the coating film was dissolved could be obtained. A good pattern was formed at an exposure amount of 200 mj / cm 2. When the obtained pattern was observed with an optical microscope, it was confirmed that a pattern of up to 5.0 μm was formed sharply.

この膜を100℃、120℃、140℃、160℃、260℃で各々1時間の加熱処理を行ったが、パターンが溶融してしまい、開口部が潰れ樹脂で埋まってしまった。パターンは潰れてしまったが、この塗膜にJIS−K−5400に基づき、1mm□×100個の碁盤目にカットし、セロハンテープを貼って後に引き剥がして塗膜の接着性を確認したところ塗膜が全て剥離してしまった。   This film was heated at 100 ° C., 120 ° C., 140 ° C., 160 ° C., and 260 ° C. for 1 hour, but the pattern melted and the opening was crushed and filled with resin. The pattern was crushed, but this film was cut into 1 mm □ × 100 grids based on JIS-K-5400, and cellophane tape was applied and then peeled off to confirm the adhesion of the film. All the coatings were peeled off.

比較例2
窒素導入管を備えた反応フラスコに、2,3,4,4′−テトラヒドロキシベンゾフェノンに1,2−ナフトキノン−2−ジアジド−5−スルホン酸をエステル反応させたフェノール化合物を30重量部フラスコに投入し、溶剤としてN−メチル−2−ピロリドンを130重量部加え、1時間攪拌して溶解させる。次にメチロール基を有さないフェノール樹脂として、次式の構造式

Figure 0003946673

を示し、数平均分子量8000である樹脂を100重量部、30分かけて徐々にフラスコに投入する。樹脂の溶解には10時間攪拌して溶解させるが、その際にアイスバスをセットして5℃以上、30℃以下の液温で溶解させる。この溶液を1μmフィルターにて濾過し、サンプル4とした。 Comparative Example 2
In a reaction flask equipped with a nitrogen introduction tube, a phenol compound obtained by ester-reaction of 2,3,4,4′-tetrahydroxybenzophenone with 1,2-naphthoquinone-2-diazide-5-sulfonic acid was added to a 30 part by weight flask. Then, 130 parts by weight of N-methyl-2-pyrrolidone is added as a solvent and stirred for 1 hour to dissolve. Next, as a phenolic resin having no methylol group, the following structural formula
Figure 0003946673

The resin having a number average molecular weight of 8000 is gradually put into the flask over 100 parts by weight over 30 minutes. The resin is dissolved by stirring for 10 hours. At that time, an ice bath is set and dissolved at a liquid temperature of 5 ° C. or higher and 30 ° C. or lower. This solution was filtered through a 1 μm filter to obtain sample 4.

このサンプル4をスピンコーターを用いて4インチシリコンウェーハ上にコートし、ベーク板にて130℃で6分間加熱乾燥することによって膜厚7μmの塗膜を得た。この塗膜をi線(365nm)のみを透過させるフィルターを使用した紫外線露光機によって露光エネルギーを変化させてテストパターンを照射し、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド2.38%水溶液にて4分間のパドル現像を行い、純水にて洗浄し、スピン乾燥を行った。この操作によって塗膜の紫外線照射部を溶解させたポジ型パターンを得ることができた。露光量150mj/cm2 で良好なパターンが形成され、得られたパターンを光学顕微鏡によって観察したところ、5.0μmまでのパターンがシャープに形成されていることが確認できた。 This sample 4 was coated on a 4-inch silicon wafer using a spin coater and dried by heating at 130 ° C. for 6 minutes on a baking plate to obtain a coating film having a thickness of 7 μm. This coating film was irradiated with a test pattern by changing the exposure energy with an ultraviolet exposure machine using a filter that transmits only i-line (365 nm), and then paddle development for 4 minutes with a 2.38% aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide. , Washed with pure water, and spin-dried. By this operation, a positive pattern in which the ultraviolet irradiation part of the coating film was dissolved could be obtained. A good pattern was formed at an exposure amount of 150 mj / cm 2. When the obtained pattern was observed with an optical microscope, it was confirmed that a pattern of up to 5.0 μm was formed sharply.

この膜を100℃、120℃、140℃、160℃、260℃で各々1時間の加熱処理を行ったが、パターンが溶融してしまい、開口部が潰れ樹脂で埋まってしまった。パターンは潰れてしまったが、この塗膜にJIS−K−5400に基づき、1mm□×100個の碁盤目にカットし、セロハンテープを貼って後に引き剥がして塗膜の接着性を確認したところ塗膜が全て剥離してしまった。   This film was heated at 100 ° C., 120 ° C., 140 ° C., 160 ° C., and 260 ° C. for 1 hour, but the pattern melted and the opening was crushed and filled with resin. The pattern was crushed, but this film was cut into 1 mm □ × 100 grids based on JIS-K-5400, and cellophane tape was applied and then peeled off to confirm the adhesion of the film. All the coatings were peeled off.

Claims (2)

(A)次の一般式で示されるメチロール基を有するフェノール樹脂
Figure 0003946673
(但し、式中、mは1〜2の整数、n、n´は1以上の整数である)又は
Figure 0003946673
(但し、式中、mは1〜2の整数、n、n´は1以上の整数である)
を必須成分とすることを特徴とするポジ型感光性樹脂組成物。
(A) A phenol resin having a methylol group represented by the following general formula
Figure 0003946673
(Wherein, m is an integer of 1 to 2, n and n ′ are integers of 1 or more) or
Figure 0003946673
(In the formula, m is an integer of 1 to 2, and n and n ′ are integers of 1 or more.)
Is a positive photosensitive resin composition characterized by comprising an essential component.
(A)次の一般式で示されるメチロール基を有するフェノール樹脂、
Figure 0003946673
(但し、式中、mは1〜2の整数、n、n´は1以上の整数である)又は
Figure 0003946673
(但し、式中、mは1〜2の整数、n、n´は1以上の整数である)
(B)次の一般式で示されるナフトキノンジアジドスルホン酸クロリド
Figure 0003946673
がフェノール性化合物にエステル化反応をした化合物および
(C)溶剤
を必須成分とすることを特徴とするポジ型感光性樹脂組成物。
(A) a phenolic resin having a methylol group represented by the following general formula:
Figure 0003946673
(Wherein, m is an integer of 1 to 2, n and n ′ are integers of 1 or more) or
Figure 0003946673
(In the formula, m is an integer of 1 to 2, and n and n ′ are integers of 1 or more.)
(B) Naphthoquinonediazide sulfonic acid chloride represented by the following general formula
Figure 0003946673
A positive photosensitive resin composition comprising a compound obtained by esterifying a phenolic compound and a solvent (C) as essential components.
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