JP5247080B2 - ポジ型感光性樹脂組成物 - Google Patents
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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。
また、感度、解像度といった、ポジ型のリソグラフィー特性に優れた樹脂組成物として、ポリベンゾオキサゾール前駆体と、ウレタン化合物を含有することを特徴とするポジ型感光性樹脂組成物が開示されている(特許文献2参照)。
すなわち、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、及び(C)ウレタン化合物0.01〜50質量部を含むポジ型感光性樹脂組成物である。
本発明の組成物においては、(C)ウレタン化合物が下記一般式(1)で表される化合物であることがより好ましい。さらに、(C)ウレタン化合物が下記一般式(2)で表されるヒドロキシル基含有ウレタン化合物であることがより好ましく、下記一般式(3)で表されるヒドロキシル基含有ウレタン化合物であることが特に好ましい。
ら選ばれる1価の基であり、R2は炭素数1〜20個の1価の有機基である。)
の1価の有機基である。)
基または芳香族基である。)
さらに、本発明の第三は、上述の硬化レリーフパターン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。
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。
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。
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。
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。
のQが同時に水素原子であることはない。)
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。
ウレタンとは、カルバミン酸のエステル、および、そのN−アルキルまたはアリール置換体の総称を指すが、本願のウレタン化合物は、ウレタンに加え、カルバミン酸のエステルのヒドロキシ置換体も指す。下記一般式(1)で表される構造を有する化合物が好ましく、下記一般式(2)で表される構造を有するヒドロキシル基含有ウレタン化合物がより好ましく、下記一般式(3)で表される構造を有するヒドロキシル基含有ウレタン化合物が最も好ましい。
ら選ばれる1価の基であり、R2は炭素数1〜20個の1価の有機基である。)
の1価の有機基である。)
基または芳香族基である。)
ル)カルバミン酸−t−ブチル、(N−ヒドロキシエチル)カルバミン酸イソプロピル、
(N−ヒドロキシエチル)カルバミン酸フェニル、(N−ヒドロキシプロピル)カルバミ
ン酸ベンジル、(N−ヒドロキシプロピル)カルバミン酸−t−ブチル、(N−ヒドロキ
シプロピル)カルバミン酸イソブチル、(N−(2−ヒドロキシエトキシエチル))カル
バミン酸エチル、(N−(2−ヒドロキシエトキシエチル))カルバミン酸−2−エチル
ペンチル、(N−(2−ヒドロキシエトキシエチル))カルバミン酸エチル、(N−(3
−ヒドロキシエトキシエチル))カルバミン酸フェニル、カルバミン酸−t−ブチル(テ
トラヒドロ−2−オキソ−3−フラニル)、N−カルボベンゾキシヒドロキシルアミン、
カルバミン酸ベンジル、カルバミン酸−t−ブチル、カルバミン酸ブチル、N−エチルカ
ルバミン酸エチル、カルバミン酸メチル、(N−4−ヒドロキシフェニル)カルバミン酸エチル等が挙げられる。これらのウレタン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。
上記のウレタン化合物の(A)重合物に対する配合量は、(A)重合物100質量部に対し、0.01〜50質量部が好ましく、0.1〜30質量部がより好ましく、1〜15質量部が特に好ましい。ウレタン化合物の配合量が0.01質量部以上だと露光部の現像残渣が少なくなり、50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。
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、N,N−ジメチルアセトアミド、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、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。
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。
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。上記添加剤については更に具体的に述べる。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。
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、例えばシリコンウェハー、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℃でプリベークして塗膜を乾燥後、コンタクトアライナ−、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−が特に好ましい。
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。
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ズ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。
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所、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。
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。
(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1L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。
[実施例1〜12、比較例1〜2]
重合物として、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、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のウレタン化合物(実施例1〜12)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1〜12、及び比較例1〜2のポジ型感光性樹脂組成物を調製した。
(C−1):(N−4−ヒドロキシフェニル)カルバミン酸エチル
(C−2):(N−ヒドロキシエチル)カルバミン酸−t−ブチル
(C−3):(N−ヒドロキシエチル)カルバミン酸ベンジル
(C−4):N−カルボベンゾキシヒドロキシルアミン
(C−5):カルバミン酸ベンジル
(C−6):カルバミン酸−t−ブチル
(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ンコーター(大日本スクリー
ン製造社製:Dspin636、商品名)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(AZエレクトロニクスマテリアルズ社製;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。
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。
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。
Claims (5)
- (C)請求項1〜3のいずれかに記載の半導体装置における表面保護膜用又は層間絶縁膜用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する塗布工程、該層または該フィルムをマスクを介して化学線で露光するか、または光線、電子線、もしくはイオン線を直接照射する露光工程、該露光部または該照射部を現像液で溶出または除去する現像工程、及び得られたレリーフパターンを加熱する加熱工程を含むことを特徴とする硬化レリーフパターンの製造方法。
- 請求項4に記載の製造方法により得られる硬化レリーフパターンを有してなることを特徴とする半導体装置。
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