JPWO2020004500A1 - 感光性樹脂組成物、硬化レリーフパターンの製造方法、及び半導体装置 - Google Patents
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Abstract
Description
[1]
以下の成分:
(A)0.1wt%N−メチルピロリドン溶液のi線吸光度が0.1〜0.6のポリイミド前駆体;および
(B)カルバゾール構造を有する光重合開始剤;
を含有することを特徴とする感光性樹脂組成物。
[2]
上記(A)ポリイミド前駆体の前記0.1wt%前記溶液のi線吸光度が0.18〜0.6である、[1]に記載の感光性樹脂組成物。
[3]
前記(B)光重合開始剤が、下記一般式(B):
で表される構造である、[1]または[2]に記載の感光性樹脂組成物。
[4]
前記(B)光重合開始剤は、一般式(B)中のRcが炭素数3〜10の飽和脂環構造を含有する、[3]に記載の感光性樹脂組成物。
[5]
前記(A)成分が下記一般式(A1):
[6]
前記Xは下記構造:
[7]
前記Xは下記構造:
[8]
前記Yは下記構造:
[9]
前記Yは下記構造:
[10]
前記Xは下記構造:
前記Yは下記構造:
[11]
更に(C)重合禁止剤を含有する、[1]〜[10]のいずれかに記載の感光性樹脂組成物。
[12]
前記(C)重合禁止剤が、芳香族性水酸基を含有する化合物、ニトロソ化合物、N−オキシド化合物、キノン化合物、N−オキシル化合物、およびフェノチアジン化合物から選択される少なくとも1種である、[11]に記載の感光性樹脂組成物。
[13]
前記(C)重合禁止剤が、芳香族性水酸基を含有する化合物である、[11]又は[12]に記載の感光性樹脂組成物。
[14]
更に(D)アルコール性水酸基を2個以上含有する化合物を含む、[1]〜[13]のいずれかに記載の感光性樹脂組成物。
[15]
前記(D)アルコール性水酸基を2個以上含有する化合物が、アルドース、ケトース、ピラノース、フラノース、およびアルジトールからなる群から選択される少なくとも1種である、[14]に記載の感光性樹脂組成物。
[16]
前記(A)成分100質量部に対する(B)成分及び(C)成分の合計含有量が0.1〜20質量部である、[11]〜[15]のいずれかに記載の感光性樹脂組成物。
[17]
前記(A)ポリイミド前駆体の前記0.1wt%溶液のi線吸光度が0.18〜0.5である、[1]〜[16]のいずれかに記載の感光性樹脂組成物。
[18]
前記(A)ポリイミド前駆体の前記0.1wt%溶液のi線吸光度が0.18〜0.4である、[1]〜[17]のいずれかに記載の感光性樹脂組成物。
[19]
前記(A)ポリイミド前駆体の前記0.1wt%溶液のi線吸光度が0.18〜0.3である、[1]〜[18]のいずれかに記載の感光性樹脂組成物。
[20]
前記(A)ポリイミド前駆体の前記0.1wt%溶液のi線吸光度が0.18〜0.2である、[1]〜[19]のいずれかに記載の感光性樹脂組成物。
[21]
前記(A)ポリイミド前駆体の前記0.1wt%前記溶液のi線吸光度をDAとし、
前記(B)光重合開始剤の0.001wt%N−メチルピロリドン溶液のi線吸光度をDBとしたとき、
前記DAとDBの和(DA+DB)が0.25〜0.90である、[1]〜[20]のいずれかに記載の感光性樹脂組成物。
[22]
[1]〜[21]のいずれかに記載の感光性樹脂組成物を硬化することを含む、ポリイミドの製造方法。
[23]
以下の工程:
(1)[1]〜[21]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、該基板上に感光性樹脂層を形成する塗布工程と、
(2)該感光性樹脂層を露光する露光工程と、
(3)該露光後の感光性樹脂層を現像してレリーフパターンを形成する現像工程と、
(4)該レリーフパターンを加熱処理することによって硬化レリーフパターンを形成する加熱工程と、
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。
[24]
[23]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。
[25]
以下の成分:
下記一般式(A1):
独立に、水素原子、下記一般式(R1):
で表される(A)ポリイミド前駆体;
下記一般式(B):
または(B1):
で表される(B)光重合開始剤;
(D)アルコール性水酸基を2個以上含有する化合物;および
(E)γ―ブチロラクトン、ジメチルスルホキシド、テトラヒドロフルフリルアルコール、アセト酢酸エチル、こはく酸ジメチル、マロン酸ジメチル、N,N−ジメチルアセトアセトアミド、ε―カプロラクトン、および1,3−ジメチル―2−イミダゾリジノン、3−メトキシ−N,N−ジメチルプロパンアミド、3−ブトキシ−N,N−ジメチルプロパンアミドからなる群から選択される少なくとも1種の溶媒;
を含有することを特徴とする感光性樹脂組成物。
[26]
(E)上記群から選択される少なくとも2種の溶媒を含む、[25]に記載の感光性樹脂組成物。
[27]
前記Yが、下記構造:
を含む、[25]または[26]に記載の感光性樹脂組成物。
[28]
[25]〜[27]のいずれかに記載の感光性樹脂組成物を硬化することを含む、ポリイミドの製造方法。
[29]
以下の工程:
(1)[25]〜[27]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、該基板上に感光性樹脂層を形成する塗布工程と、
(2)該感光性樹脂層を露光する露光工程と、
(3)該露光後の感光性樹脂層を現像してレリーフパターンを形成する現像工程と、
(4)該レリーフパターンを加熱処理することによって硬化レリーフパターンを形成する加熱工程と、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。
[30]
[29]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。
本実施の形態にかかる第1の態様について説明する。
本発明の第1の態様に係る感光性樹脂組成物は、(A)0.1wt%N−メチルピロリドン溶液のi線吸光度が0.1〜0.6のポリイミド前駆体と、(B)カルバゾール構造を有する光重合開始剤と、を含有する。
また、本発明の感光性樹脂組成物は、上記の成分以外に、(C)重合禁止剤を更に含有していてもよい。
また、本発明の感光性樹脂組成物は、(D)アルコール性水酸基を2個以上含有する化合物、を更に含有していてもよい。
このような感光性樹脂組成物によれば、フォーカスマージン、解像性が良好で、耐薬品性が向上した硬化レリーフパターンを得ることができる。
本実施の形態にかかる(A)ポリイミド前駆体について説明する。
本実施の形態にかかる(A)ポリイミド前駆体は、0.1wt%N−メチルピロリドン溶液のi線吸光度が0.1〜0.6であり、(B)光重合開始剤の作用により硬化レリーフパターンを形成できれば限定されない。
ここで、吸光度の測定方法としては、該ポリイミド前駆体をN−メチルピロリドンに0.1wt%濃度で溶解させ、1cmの石英セルを用いて通常の分光光度計を用いて測定することができる。
本実施の形態にかかる(A)ポリイミド前駆体の0.1wt%溶液のi線吸光度は、0.1〜0.6であれば限定されないが、無機膜の被覆性の観点から、0.18〜0.6が好ましい。さらに膜厚を厚くした際の現像性の観点から、0.18〜0.5が好ましく、0.18〜0.4がより好ましい。i線吸光度は、0.18〜0.3であってもよく、0.18〜0.2であってもよい。
ポリイミド前駆体がこのような構造を有することにより、耐熱性および感光性が向上し、得られる硬化レリーフパターンにおいて、フォーカスマージンおよび耐薬品性を向上させることができる。
ポリイミド前駆体がこのような構造を有することにより、耐熱性および感光性が向上し、得られる硬化レリーフパターンにおいて、フォーカスマージンおよび耐薬品性を向上させることができる。
Xは下記構造:
Yは下記構造:
ポリイミド前駆体がこのような構造を有することにより、耐熱性および感光性がさらに向上し、得られる硬化レリーフパターンにおいて、フォーカスマージンおよび耐薬品性がさらに向上させることができる。
上記エステル結合型のポリイミド前駆体は、例えば、先ず、所望の4価の有機基Xを有するテトラカルボン酸二無水物と、光重合性基(例えば不飽和二重結合)を有するアルコール類とを反応させて、部分的にエステル化したテトラカルボン酸(以下、アシッド/エステル体ともいう)を調製する。その後、このアシッド/エステル体と、2価の有機基Yを有するジアミン類とをアミド重縮合させることにより得られる。上記光重合性基を有するアルコール類とともに、任意に飽和脂肪族アルコール類を併用してもよい。
本発明において、エステル結合型のポリイミド前駆体を調製するために好適に用いられる、4価の有機基Xを有するテトラカルボン酸二無水物としては、例えば、無水ピロメリット酸、ジフェニルエーテル−3,3’,4,4’−テトラカルボン酸二無水物、ベンゾフェノン−3,3’,4,4’−テトラカルボン酸二無水物、ビフェニル−3,3’,4,4’−テトラカルボン酸二無水物、ジフェニルスルホン−3,3’,4,4’−テトラカルボン酸二無水物、ジフェニルメタン−3,3’,4,4’−テトラカルボン酸二無水物、2,2−ビス(3,4−無水フタル酸)プロパン、2,2−ビス(3,4−無水フタル酸)−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン等を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。また、これらは単独で用いることができるのは勿論のこと、2種以上を混合して用いてもよい。
ケトン類として、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、シクロヘキサノン等を;
エステル類として、例えば、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、シュウ酸ジエチル等を;
エーテル類として、例えば、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等を;
ハロゲン化炭化水素類として、例えば、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−ジクロロベンゼン等を;
炭化水素類として、例えば、ヘキサン、ヘプタン、ベンゼン、トルエン、キシレン等を、それぞれ挙げることができる。これらは必要に応じて、単独で用いても2種以上混合して用いてもよい。
上記アシッド/エステル体(典型的には上記反応溶媒中に溶解された溶液状態にある)に、好ましくは氷冷下、適当な脱水縮合剤を投入混合してアシッド/エステル体をポリ酸無水物とする。次いでこれに、本発明で好適に用いられる2価の有機基Yを有するジアミン類を別途溶媒に溶解又は分散させたものを滴下投入し、両者をアミド重縮合させることにより、目的のポリイミド前駆体を得ることができる。上記2価の有機基Yを有するジアミン類とともに、ジアミノシロキサン類を併用してもよい。
上記脱水縮合剤としては、例えば、ジシクロヘキシルカルボジイミド、1−エトキシカルボニル−2−エトキシ−1,2−ジヒドロキノリン、1,1−カルボニルジオキシ−ジ−1,2,3−ベンゾトリアゾール、N,N’−ジスクシンイミジルカーボネート等が挙げられる。
以上のようにして、中間体であるポリ酸無水化物が得られる。
及びこれらのベンゼン環上の水素原子の一部が、メチル基、エチル基、ヒドロキシメチル基、ヒドロキシエチル基、ハロゲン原子等で置換されたもの;
並びにその混合物等が挙げられる。
次に、本実施の形態にかかる(B)成分について説明する。
本実施の形態にかかる(B)成分は、カルバゾール構造を有する光重合開始剤である。
(B)光重合開始剤はカルバゾール構造を有していれば限定されないが、オキシム構造を有することがより好ましい。
より具体的には、(B)光重合開始剤は、下記一般式(B)で表される構造であることがより好ましい。
Raは炭素数1〜10の1価の有機基であれば限定されないが、耐熱性の観点から、炭素数1〜5のアルキル基が好ましく、メチル基、エチル基、プロピル基がより好ましい。
Rbは炭素数1〜20の有機基であれば限定されないが、解像度の観点から、炭素数6〜20の芳香族基、炭素数5〜20の複素環化合物に由来する1価の有機基が好ましい。
Rcは炭素数1〜10の有機基であれば限定されない。その中で、解像性の観点から炭素数3〜10の飽和脂環構造を含有する1価の有機基がより好ましい。
Rdは、炭素数1〜10の有機基であれば限定されない。その中で、解像性の観点から、炭素数1〜3の有機基が好ましく、メチル基、エチル基、プロピル基がより好ましい。
一般に0.1wt%溶液のi線吸光度が0.1〜0.6のポリイミド前駆体は透過率が高く、特に下地基材が銅やアルミなどの金属の場合に反射光により解像性が悪くなるところ、特定の開始剤を選択することで下地基材によらず良好な解像性を得ることができる。また、本実施の形態にかかる開始剤の複素環の3級アミン部分が熱キュア時のイミド化率を向上させることにより、耐薬品性を向上することができると考えている。
これにより、感光性樹脂組成物はi線を最適に吸収することができ、フォーカスマージンをさらに向上させることができる。
本実施の形態においては、重合禁止剤を添加することができる。重合禁止剤を添加する
ことで、特に下地基材によらず良好な解像性を得ることができる。
本実施の形態に係る重合禁止剤としては、芳香族性水酸基を含有する化合物、ニトロソ化合物、N−オキシド化合物、キノン化合物、N−オキシル化合物、フェノチアジン化合物を例示することができる。
芳香族性水酸基を含有する化合物としては、4−メトキシフェノール、2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェノール、ペンタエリスリトールテトラキス[3−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]、チオジエチレンビス[3−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]、オクタデシル−3−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート、N,N’−ヘキサン−1,6−ジイルビス[3−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオンアミド]、3,3’,3”,5,5’,5”−ヘキサ−tert−ブチル−a,a’,a”−(メシチレン−2,4,6−トリイル)トリ−p−クレゾール、4,6−ビス(オクチルチオメチル)−o―クレゾール、エチレンビス(オキシエチレン)ビス[3−(5−tert−ブチル−4−ヒドロキシ−m−トリル)プロピオネート]、ヘキサメチレンビス[3−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート、1,3,5−トリス(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)−1,3,5−トリアジン−2,4,6(1H,3H,5H)−トリオン、2,6−ジ−tert−ブチル−4−(4,6−ビス(オクチルチオ)−1,3,5−トリアジン−2−イルアミノ)フェノール、カテコール、tert−ブチル−カテコール、4,4’,4”−(1−メチルプロパニル−3−イリデン)トリス(6−tert−ブチル−m−クレゾール)、6,6’−ジ−tert−ブチル−4,4’−ブチリデン−m−クレゾール、3,9−ビス[2−[3−(3−tert−ブチル−4−ヒドロキシ−5−メチルフェニル)プロピオニルオキシ]−1,1−ジメチルエチル]−2,4,8,10−テトラオキサスピロ[5,5]ウンデカン、ハイドロキノン、メチルハイドロキノン、t−ブチルハイドロキノン、ジ−t−ブチル−p−クレゾール、ピロガロール、4,4−チオビス(3−メチル−6−t−ブチルフェノール)、2,2’−メチレンビス(4−メチル−6−t−ブチルフェノール)、フェノール樹脂類、及びクレゾール樹脂類が例示される。
芳香族性水酸基を含有する化合物としては、4−メトキシフェノール、2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェノールが好ましく、4−メトキシフェノールが特に好ましい。
本発明の感光性樹脂組成物は、上記(A)〜(C)成分以外に、(D)アルコール性水酸基を2個以上含有する化合物、を更に含有していてもよい。
第二の態様にかかるアルコール性水酸基を2個以上含有する化合物は、分子構造中にアルコール性水酸基を2個以上有していれば限定されない。
このような化合物として、グリセリン、1,2,3−ブタントリオール、1,3,5−ペンタントリオール、1,2,6−ヘキサントリオールなどを例示することができる。
また、アルドース、ケトース、ピラノース、フラノース、アルジトールなどを例示することができる。具体的には、キシリトール((2R,3R,4S)−ペンタン−1,2,3,4,5−ペントール)、およびD−グルコースからなる群から選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。
これらの化合物を添加することにより、上記の光重合開始剤と組み合わせた時に、ファンナウト構造に用いられるモールド樹脂との接着性が良好となる傾向にある。
本発明の感光性樹脂組成物は、上記(A)〜(D)成分以外の成分を更に含有してもよい。
本発明の感光性樹脂組成物は、典型的には、上記各成分及び必要に応じて更に使用される任意成分を溶剤に溶解してワニス状にした液状の感光性樹脂組成物として使用される。そのため、(E)その他成分としては、溶剤を挙げることができる他、例えば上記(A)感光性ポリイミド前駆体以外の樹脂、増感剤、架橋剤、光重合性の不飽和結合を有するモノマー、接着助剤、アゾール化合物、ヒンダードフェノール化合物等を挙げることができる。
前記架橋剤としては、分子内に複数の官能基を有する任意の化合物を挙げることができる。ここで官能基としては、例えばアクリル基、メタクリル基、エポキシ基、メチロール基、アリル基、ビニル基、マレイミド基等を挙げることができる。
溶剤としては、(A)感光性ポリイミド前駆体に対する溶解性の点から、極性の有機溶剤を用いることが好ましい。具体的には、例えばN,N−ジメチルホルムアミド、N−メチル−2−ピロリドン、N−エチル−2−ピロリドン、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、シクロペンタノン、γ−ブチロラクトン、α−アセチル−γ−ブチロラクトン、テトラメチル尿素、1,3−ジメチル−2−イミダゾリノン、N−シクロヘキシル−2−ピロリドン等が挙げられ、これらは単独又は2種以上の組合せで用いることができる。
乳酸エチル等の乳酸エステル類;
エチレングリコールメチルエーテル、エチレングリコールエチルエーテル、エチレングリコール−n−プロピルエーテル等のモノアルコール類;
2−ヒドロキシイソ酪酸エステル類;
エチレングリコール、プロピレングリコール等のジアルコール類等を挙げることができる。これらの中では、乳酸エステル類、プロピレングリコールモノアルキルエーテル類、2−ヒドロキシイソ酪酸エステル類、及びエチルアルコールが好ましく、特に乳酸エチル、プロピレングリコール−1−メチルエーテル、プロピレングリコール−1−エチルエーテル、及びプロピレングリコール−1−(n−プロピル)エーテルがより好ましい。
プロピレングリコール又はポリプロピレングリコールのモノ又はジ(メタ)アクリレート;
グリセロールのモノ、ジ又はトリ(メタ)アクリレート;
シクロヘキサンジ(メタ)アクリレート;
1,4−ブタンジオールのジアクリレート及びジメタクリレート、1,6−ヘキサンジオールのジ(メタ)アクリレート;
ビスフェノールAのモノ又はジ(メタ)アクリレート;
ベンゼントリメタクリレート;
イソボルニル(メタ)アクリレート;
アクリルアミド及びその誘導体;
メタクリルアミド及びその誘導体;
トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート;
グリセロールのジ又はトリ(メタ)アクリレート;
ペンタエリスリトールのジ、トリ、又はテトラ(メタ)アクリレート;
並びにこれら化合物のエチレンオキサイド又はプロピレンオキサイド付加物等の化合物を挙げることができる。
本発明はまた、ポリイミドの製造方法も提供するものである。
本発明におけるポリイミドの製造方法は、上述した感光性樹脂組成物を硬化することを含む。
上記感光性樹脂組成物(ポリイミド前駆体組成物)から形成されるポリイミドの構造は、下記一般式(2)で表される。
本発明はまた、硬化レリーフパターンの製造方法も提供するものである。
本発明における硬化レリーフパターンの製造方法は、例えば以下の工程:
(1)上述した本発明の感光性樹脂組成物を基板上に塗布し、該基板上に感光性樹脂層を形成する塗布工程と、
(2)該感光性樹脂層を露光する露光工程と、
(3)該露光後の感光性樹脂層を現像してレリーフパターンを形成する現像工程と、
(4)該レリーフパターンを加熱処理することによって硬化レリーフパターンを形成する加熱工程と
を上記に記載の順で経由することを特徴とする。
以下、各工程の典型的な態様について説明する。
本工程では、本発明の感光性樹脂組成物を基材上に塗布し、必要に応じてその後乾燥させて感光性樹脂層を形成する。
基板としては、例えばシリコン、アルミニウム、銅、銅合金等から成る金属基板;
エポキシ、ポリイミド、ポリベンゾオキサゾール等の樹脂基板;
前記樹脂基板に金属回路が形成された基板;
複数の金属、又は金属と樹脂とが多層に積層された基板
等を使用することができる。
塗布方法としては、従来から感光性樹脂組成物の塗布に用いられていた方法、例えば、スピンコーター、バーコーター、ブレードコーター、カーテンコーター、スクリーン印刷機等で塗布する方法、スプレーコーターで噴霧塗布する方法等を用いることができる。
本工程では、上記で形成した感光性樹脂層を露光する。露光装置としては、例えば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が用いられる。露光は、パターンを有するフォトマスク又はレチクルを介して、又は直接に行うことができる。露光に使用する光線は、例えば、紫外線光源等である。
本工程では、露光後の感光性樹脂層のうち未露光部を現像除去する。露光(照射)後の感光性樹脂層を現像する現像方法としては、従来知られているフォトレジストの現像方法を選択して使用することができる。例えば回転スプレー法、パドル法、超音波処理を伴う浸漬法等である。また、現像の後、レリーフパターンの形状を調整する等の目的で、必要に応じて任意の温度及び時間の組合せによる現像後ベークを施してもよい。現像後ベークの温度は、例えば80〜130℃とすることができ、時間は例えば0.5〜10分とすることができる。
本工程では、上記現像により得られたレリーフパターンを加熱して感光成分を希散させるとともに、(A)ポリイミド前駆体をイミド化させて、ポリイミドからなる硬化レリーフパターンに変換する。
加熱硬化の方法としては、ホットプレートによるもの、オーブンを用いるもの、温度プログラムを設定できる昇温式オーブンを用いるもの等種々の方法を選ぶことができる。加熱は、例えば160℃〜400℃で30分〜5時間の条件で行うことができる。加熱硬化の際の雰囲気気体としては空気を用いてもよいし、窒素、アルゴン等の不活性ガスを用いてもよい。
以上のようにして、硬化レリーフパターンを製造することができる。
本発明はまた、上述した本発明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を有して成る、半導体装置を提供する。
上記の半導体装置は、例えば、半導体素子である基材と、該基材上に、上述した硬化レリーフパターン製造方法により形成された硬化レリーフパターンとを有する半導体装置であることができる。
上記半導体装置は、例えば、基材として半導体素子を用い、上述した硬化レリーフパターンの製造方法を工程の一部として含む方法によって製造することができる。本発明の半導体装置は、上記硬化レリーフパターン製造方法で形成される硬化レリーフパターンを、例えば表面保護膜、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、又はバンプ構造を有する半導体装置の保護膜等として形成し、公知の半導体装置の製造方法と組合せることにより、製造することができる。
第二の態様の感光性樹脂組成物は、(A1)ポリイミド前駆体と、(B)特定の構造の光重合開始剤と、(D)アルコール性水酸基を2個以上含有する化合物と、(E)γ―ブチロラクトン、ジメチルスルホキシド、テトラヒドロフルフリルアルコール、アセト酢酸エチル、こはく酸ジメチル、マロン酸ジメチル、N,N−ジメチルアセトアセトアミド、ε―カプロラクトン、および1,3−ジメチル―2−イミダゾリジノン、3−メトキシ−N,N−ジメチルプロパンアミド、3−ブトキシ−N,N−ジメチルプロパンアミドからなる群から選択される少なくとも1種の溶媒と、を含有する。(E)少なくとも2種の溶媒を含むことがより好ましい。
このような感光性樹脂組成物によれば、封止材の密着性、耐久性が向上した硬化レリーフパターンを得ることができる。
以下説明する。
第二の態様にかかるポリイミド前駆体は、下記一般式(A1)で表される構造を含んでいれば限定されない。
この中で、好ましいポリイミド前駆体としては、第一の態様と同様のものを例示することができる。
で表される構造を含むことがより好ましい。
Aは炭素数1〜6のハロゲン原子を含んでも良い有機基であれば限定されない。このような置換基として、メチル基、エチル基、プロピル基などのアルキル基、トリフルオロメチル基などのフッ素原子含有アルキル基などを例示することができる。
第二の態様にかかる(B)光重合開始剤は、オキシム構造を有しさらにヘテロ原子を含む構造であれば限定されないが、下記一般式(B)または(B1)で表される構造を含む。
Raは炭素数1〜10の1価の有機基であれば限定されないが、耐熱性の観点から、炭素数1〜5のアルキル基が好ましく、メチル基、エチル基、プロピル基がより好ましい。
Rbは炭素数1〜20の有機基であれば限定されないが、解像度の観点から、炭素数6〜20の芳香族基、炭素数5〜20の複素環化合物に由来する1価の有機基が好ましい。
Rcは炭素数1〜10の有機基であれば限定されない。その中で、解像性の観点から炭素数3〜10の飽和脂環構造を含有する1価の有機基がより好ましい。
Rdは、炭素数1〜10の有機基であれば限定されない。その中で、解像性の観点から、炭素数1〜3の有機基が好ましく、メチル基、エチル基、プロピル基がより好ましい。
Reは炭素数1〜20の1価の有機基であれば限定されない。この中で、耐薬品性の観点から、飽和炭化水素基を含むことが好ましい。
Rfは、炭素数1〜10の有機基であれば限定されない。その中で、解像性の観点から、炭素数1〜3の有機基が好ましく、メチル基、エチル基、プロピル基がより好ましい。
第二の態様にかかるアルコール性水酸基を2個以上含有する化合物は、分子構造中にアルコール性水酸基を2個以上有していれば限定されない。
このような化合物として、1,2,3−ブタントリオール、1,3,5−ペンタントリオール、1,2,6−ヘキサントリオールなどを例示することができる。
(D)アルコール性水酸基を2つ以上含む化合物が、アルドース、ケトース、ピラノース、フラノース、アルジトールなどの多価アルコール化合物であると高温環境下においても銅又は銅合金の酸化が特に抑制され密着性が保たれる。これは、1級水酸基と多数の2級水酸基を持ち、又、これらの化合物が高温時にも変性しないためと考えられる。アルドースの具体例として、エリトロース、トレオース、リボース、アラビノース、キシロース、リキソース、アロース、アルトロース、グルコース、マンノース、グロース、イドース、ガラクトース、タロース等が挙げられる。なお、アルドースの内、分子内ヘミアセタール反応によりピラノース構造又はフラノース構造になりうる化合物は、ピラノースまたはフラノースの構造で用いても本発明の効果がアルドース同様に得られる。ピラノースの具体例としては、アロピラノース、アルトロピラノース、グルコピラノース、マンノピラノース、グロピラノース、イドピラノース、ガラクトピラノース、タロピラノース等が挙げられる。フラノースの具体例としては、リボフラノース、アラビノフラノース、キシロフラノース、リキソフラノース等が挙げられる。ケトースの具体例としては、エリトルロース、キシルロース、リブロース、プシコース、フルクトース、ソルボース、タガトース、セドヘプツロース、コリオース等が挙げられる。アルジトールの具体例としては、グリセリン、エリトリトール、トレイトール、リビトール、アラビニトール、キシリトール、アリトール、グルシトール、マンニトール、イジトール、ガラクチトール、タリトール等が挙げられる。この中でも特に、アルジトール類は両末端に1級水酸基があるために本発明の効果が顕著に得られる。
これらの化合物を添加することにより、上記の光重合開始剤と組み合わせた時に、ファンナウト構造に用いられるモールド樹脂との接着性が良好となる傾向にある。
モールド樹脂は一般的にはエポキシ樹脂等が使用されており、残存しているエポキシ基と水酸基が相互作用し、さらに上記構造の光重合開始剤のラジカル発生後に残存する窒素原子や硫黄原子と別の水酸基が相互作用することにより接着性を高めていると考えている。
第二の態様にかかる溶剤は、γ―ブチロラクトン、ジメチルスルホキシド、テトラヒドロフルフリルアルコール、アセト酢酸エチル、こはく酸ジメチル、マロン酸ジメチル、N,N−ジメチルアセトアセトアミド、ε―カプロラクトン、および1,3−ジメチル―2−イミダゾリジノン、3−メトキシ−N,N−ジメチルプロパンアミド、3−ブトキシ−N,N−ジメチルプロパンアミドから選択される少なくとも1種である。これらの溶剤を用いることにより、無機膜の被覆性が良くなる傾向であるため好ましい。
第二の態様に係る感光性樹脂組成物を用いて、上述した第一の態様の方法と同様にして硬化レリーフパターンを製造することができる。さらに、得られる硬化レリーフパターンを有して成る、半導体装置も提供することができる。
各感光性樹脂の重量平均分子量(Mw)は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー法(標準ポリスチレン換算)により測定した。測定に用いたカラムは昭和電工社製 商標名 Shodex 805M/806M直列であり、標準単分散ポリスチレンは、昭和電工(株)製Shodex STANDARD SM−105を選び、展開溶媒はN−メチル−2−ピロリドンであり、検出器は昭和電工製 商標名 Shodex RI−930を使用した。
(A)ポリイミド前駆体の吸光度は、0.1wt%のNMP溶液を調整し、1cmの石英セルに充填した後に、島津製作所社製のUV−1800装置を用いて、スキャンスピード中速、サンプリングピッチ0.5nmで測定を行った。ここで、実施例、比較例記載のポリマーを2種混合させている場合は、それぞれの重量比にて混合した混合ポリマーの吸光度を測定した。
6インチシリコンウエハ(フジミ電子工業株式会社製、厚み625±25μm)上に、スパッタ装置(L−440S−FHL型、キヤノンアネルバ社製)を用いて200nm厚のTi、400nm厚のCuをこの順にスパッタし、スパッタCuウエハ基板を準備した。
感光性樹脂組成物を、スピンコート装置(D−spin60A型、SOKUDO社製)を使用して上記スパッタCuウエハ基板にスピンコートし、110℃で180秒間加熱乾燥して、膜厚17μm±0.2μmのスピンコート膜を作製した。
次いで、スパッタCuウエハ上に形成した塗膜を、シクロペンタノンを用いて現像機(D−SPIN636型、大日本スクリーン社製)でスプレー現像し、プロピレングリコールメチルエーテルアセテートでリンスしてポリアミド酸エステルの丸抜き凹型レリーフパターンを得た。なお、スプレー現像の現像時間は、上記17μmのスピンコート膜において、未露光部の樹脂組成物が現像する最小時間の1.4倍の時間と定義した。
(I)パターン開口部の面積が、対応するパターンマスク開口面積の1/2以上である。
(II)パターン断面がすそびきしておらず、アンダーカットや膨潤、ブリッジングが起こっていない。
6インチシリコンウエハ(フジミ電子工業株式会社製、厚み625±25μm)上に、スパッタ装置(L−440S−FHL型、キヤノンアネルバ社製)を用いて0.1μm厚のAlをスパッタし、スパッタAlウエハ基板を準備した。
同じく6インチウエハ上に、エポキシ系封止材(R4000シリーズ、長瀬ケムテックス社製)を厚みが約150ミクロンとなるようにコートし、130℃で熱硬化させた。
スパッタCuウエハ基板、スパッタAl基板、エポキシ封止材コート基板のそれぞれに上記(3)フォーカスマージン評価と同様の方法でそれぞれの基材に17μm±0.2μmのスピンコート膜を作製した。このスピンコート膜にマスクサイズが直径12μmおよび100μmの円形パターンを有するテストパターン付レチクルを用いて等倍投影露光装置PrismaGHI S/N5503(ウルトラテック社製)により、200mJ/cm2から50mJ/cm2ずつ増加させ800mJ/cm2まで露光し、スパッタCuウエハ基板、スパッタAl基板については上記(3)の判断基準により開口の可否を、エポキシ封止材コート基板については、100μmの残しパターンにおいて、アンダーカットがない場合を合格とした。
スパッタCuウエハ基板、スパッタAl基板、エポキシ封止材コート基板のすべてにおいて合格な露光量を露光可能量とし、その範囲を算出した。
上記で得られたパターンを昇温プログラム式キュア炉(VF−2000型、日本国、光洋リンドバーグ社製)を用いて、窒素雰囲気下、200℃で2時間加熱処理することにより、シリコンウエハー上に約11μm厚のポリイミドの硬化レリーフパターンを得た。
このレリーフパターンについて、薬品(DMSO:70重量%、2−アミノエタノール:25重量%、TMAH:5重量%)に50℃で5分間浸漬した後にTencor P−15型段差計(ケーエルエーテンコール社製)を用いて膜厚測定を行い、薬品処理前と比較することにより溶解レート(nm/分)として算出した。
6インチシリコンウエハ上に、前述の方法にてコート、露光、現像および加熱硬化を行うことにより、膜厚5umで、ビアサイズ7umのテストパターンを作成した。このテストパターンにスパッタ装置(L−440S−FHL型、キヤノンアネルバ社製)を用いて0.4μm厚のTiをスパッタし、スパッタTi被覆ポリイミド硬化レリーフパターンを得た。
本パターンを上記耐薬品性評価で用いた薬品に65℃で30分間浸漬した後の外観を観察した。Tiの被覆が十分であり、外観に変化ないものを◎、全体の10%以下の剥がれやウキが見られるものを〇、30%以下のものを△、30%を超えるものを×とした。
エポキシ系封止材として、長瀬ケムテックス社製のR4000シリーズを用意した。次いで、アルミスパッタしたシリコーンウエハー上に封止材を厚みが約150ミクロンになるようにスピンコートし、130℃で熱硬化させてエポキシ系封止材を硬化させた。上記エポキシ系硬化膜上に、各実施例、及び各比較例で作製した感光性樹脂組成物を最終膜厚が10ミクロンになるように塗布した。塗布した感光性樹脂組成物を実施例9〜16及び比較例4に対しては、300mJ/cm2、の露光条件で全面を露光した。その後、200℃、2時間にて熱硬化させて、厚み10ミクロンの1層目の硬化膜を作成した。
封止材劣化試験で作製したサンプルにピンを立て、引取試験機(クワッドグループ社製、セバスチャン5型)を用いて密着性試験を行った。即ち、エポキシ系封止材と各実施例、及び各比較例で作製した感光性樹脂組成物から作製された硬化レリーフパターンとの密着性を試験した。
評価:接着強度70MPa以上・・・密着力◎
50MPa以上−70MPa未満・・・密着力○
30MPa以上−50MPa未満・・・密着力△
30MPa未満・・・密着力×
4,4’−オキシジフタル酸二無水物(ODPA)155.1gを2リットル容量のセパラブルフラスコに入れ、2−ヒドロキシエチルメタクリレート(HEMA)134.0g及びγ―ブチロラクトン400mlを加えて室温下で攪拌しながらピリジン79.1gを加えて、反応混合物を得た。反応による発熱の終了後、室温まで放冷し、更に16時間静置した。
このポリマーA−1の重量平均分子量(Mw)を測定したところ、20,000であった。このポリマーの0.1wt%溶液のi線吸光度は0.18であった。
上記製造例1において、4,4’−オキシジフタル酸二無水物155.1gに代えて、3,3’4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物147.1gを用いた以外は、製造例1に記載の方法と同様にして反応を行うことにより、ポリマーA−2)を得た。
このポリマーA−2の重量平均分子量(Mw)を測定したところ、22,000であった。このポリマーの0.1wt%溶液のi線吸光度は1.2であった。
20.0gのODPA(140℃で12時間乾燥した)と、18.6gのHEMAと、0.05gのハイドロキノンと、10.7gのピリジンと、140gのダイグライムを混合し、60℃の温度で18時間撹拌して、ODPAとHEMAのジエステルを製造した。次いで、得られたジエステルをSOCl2により塩素化した後、次いで、100mLのN−メチルピロリドンにDADPE11.08gを溶解させた溶液を、20〜23℃で20分かけて反応混合物に滴下した。次いで、反応混合物を室温で1晩撹拌した。次いで、5Lの水を投入して、ポリイミド前駆体を沈殿させ、水−ポリイミド前駆体混合物を5000rpmの速度で15分間撹拌した。ポリイミド前駆体をろ過して除き、4Lの水の中で再度30分間撹拌し再びろ過した。
次いで得られたポリイミド前駆体を減圧下で、45℃で3日間乾燥し、ポリマーA−3を得た。このポリマーの0.1wt%溶液のi線吸光度は0.09であった。
上記製造例1において、DADPEの代わりに4、4‘−ジアミノ−2,2’−ジメチルビフェニル(90.98g)を用いた以外は製造例1と同様の方法で合成を行い、ポリマーA−4を得た。
上記製造例1において、ODPAの代わりにフルオレン酸無水物(229.2g)、DADPEの代わりに2.2‘−ビス(トリフルオロメチル)ベンジジン(148.51g)とした以外は製造例1と同様の方法で合成を行い、ポリマーA−5を得た。
−カルバゾール−3−イル]−1−(O−アセチルオキシム)(商標名:IRGACURE OXE−02(以下、単に「OXE−02」と表記する)、チバ・ジャパン社製)
光重合開始剤B2:3−シクロペンチル−1−[9−エチル−6−(2−メチルベンゾイル)−9H−カルバゾールー3−イル]プロパノン−1−(O−アセチルオキシム)(商品名:PBG−304、常州強力電子社製)
光重合開始剤B3:3−シクロペンチルプロパノン−1−(6−2−フォルミルチオフェン−9−エチルカルバゾール−3−イル)−1−オキシムアセテート(商品名:PBG−314、常州強力電子社製)
光重合開始剤B4:1、2−プロパンジオン−3−シクロペンチル−1−[4−(フェニルチオ)フェニル]−2−(Oベンゾイルオキシム)(商品名:PBG−305、常州強力電子社製)
光重合開始剤B5:1−フェニル−1,2−プロパンジオン−2−(O−エトキシカルボニル)−オキシム
重合禁止剤C1:4−メトキシフェノール
重合禁止剤C2:2−ニトロソ−1−ナフトール
アルコール性水酸基を2個以上含有する化合物
D1:キシリトール
D2:D−グルコース
溶剤E1:γ―ブチロラクトン
溶剤E2:ジメチルスルホキシド
(A)成分として、ポリマーA−1を100g及び(B)成分として開始剤B1(4g)、その他成分としてテトラエチレングリコールジメタクリレート(M4G)14gを、ガンマブチロラクトン及びDMSOからなる混合溶媒(重量比75:25)に溶解し、粘度が約35ポイズになるように溶媒の量を調整することにより、感光性樹脂組成物溶液とした。
この組成物について、上述の方法により評価した。評価結果は表1に示した。
表1に記載の割合で樹脂組成物溶液とした以外は、実施例1と同様の方法で評価を行った。評価結果は表1に示した。
表2に記載の割合で樹脂組成物溶液とし、上述の方法で評価を行った。評価結果は表2に示した。
Claims (30)
- 以下の成分:
(A)0.1wt%N−メチルピロリドン溶液のi線吸光度が0.1〜0.6のポリイミド前駆体;および
(B)カルバゾール構造を有する光重合開始剤;
を含有することを特徴とする感光性樹脂組成物。 - 上記(A)ポリイミド前駆体の前記0.1wt%前記溶液のi線吸光度が0.18〜0.6である、請求項1に記載の感光性樹脂組成物。
- 前記(B)光重合開始剤は、一般式(B)中のRcが炭素数3〜10の飽和脂環構造を含有する、請求項3に記載の感光性樹脂組成物。
- 更に(C)重合禁止剤を含有する、請求項1〜10のいずれか1項に記載の感光性樹脂組成物。
- 前記(C)重合禁止剤が、芳香族性水酸基を含有する化合物、ニトロソ化合物、N−オキシド化合物、キノン化合物、N−オキシル化合物、およびフェノチアジン化合物から選択される少なくとも1種である、請求項11に記載の感光性樹脂組成物。
- 前記(C)重合禁止剤が、芳香族性水酸基を含有する化合物である、請求項11又は12に記載の感光性樹脂組成物。
- 更に(D)アルコール性水酸基を2個以上含有する化合物を含む、請求項1〜13のいずれか1項に記載の感光性樹脂組成物。
- 前記(D)アルコール性水酸基を2個以上含有する化合物が、アルドース、ケトース、ピラノース、フラノース、およびアルジトールからなる群から選択される少なくとも1種である、請求項14に記載の感光性樹脂組成物。
- 前記(A)成分100質量部に対する(B)成分及び(C)成分の合計含有量が0.1〜20質量部である、請求項11〜15のいずれか1項に記載の感光性樹脂組成物。
- 前記(A)ポリイミド前駆体の前記0.1wt%溶液のi線吸光度が0.18〜0.5である、請求項1〜16のいずれか1項に記載の感光性樹脂組成物。
- 前記(A)ポリイミド前駆体の前記0.1wt%溶液のi線吸光度が0.18〜0.4である、請求項1〜17のいずれか1項に記載の感光性樹脂組成物。
- 前記(A)ポリイミド前駆体の前記0.1wt%溶液のi線吸光度が0.18〜0.3である、請求項1〜18のいずれか1項に記載の感光性樹脂組成物。
- 前記(A)ポリイミド前駆体の前記0.1wt%溶液のi線吸光度が0.18〜0.2である、請求項1〜19のいずれか1項に記載の感光性樹脂組成物。
- 前記(A)ポリイミド前駆体の前記0.1wt%前記溶液のi線吸光度をDAとし、
前記(B)光重合開始剤の0.001wt%N−メチルピロリドン溶液のi線吸光度をDBとしたとき、
前記DAとDBの和(DA+DB)が0.25〜0.90である、請求項1〜20のいずれか1項に記載の感光性樹脂組成物。 - 請求項1〜21のいずれか1項に記載の感光性樹脂組成物を硬化することを含む、ポリイミドの製造方法。
- 以下の工程:
(1)請求項1〜21のいずれか1項に記載の感光性樹脂組成物を基板上に塗布し、該基板上に感光性樹脂層を形成する塗布工程と、
(2)該感光性樹脂層を露光する露光工程と、
(3)該露光後の感光性樹脂層を現像してレリーフパターンを形成する現像工程と、
(4)該レリーフパターンを加熱処理することによって硬化レリーフパターンを形成する加熱工程と、
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23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。
- 以下の成分:
下記一般式(A1):
独立に、水素原子、下記一般式(R1):
で表される(A)ポリイミド前駆体;
下記一般式(B):
または(B1):
で表される(B)光重合開始剤;
(D)アルコール性水酸基を2個以上含有する化合物;および
(E)γ―ブチロラクトン、ジメチルスルホキシド、テトラヒドロフルフリルアルコール、アセト酢酸エチル、こはく酸ジメチル、マロン酸ジメチル、N,N−ジメチルアセトアセトアミド、ε―カプロラクトン、および1,3−ジメチル―2−イミダゾリジノン、3−メトキシ−N,N−ジメチルプロパンアミド、3−ブトキシ−N,N−ジメチルプロパンアミドからなる群から選択される少なくとも1種の溶媒;
を含有することを特徴とする感光性樹脂組成物。 - (E)上記群から選択される少なくとも2種の溶媒を含む、請求項25に記載の感光性樹脂組成物。
- 請求項25〜27のいずれか1項に記載の感光性樹脂組成物を硬化することを含む、ポリイミドの製造方法。
- 以下の工程:
(1)請求項25〜27のいずれか1項に記載の感光性樹脂組成物を基板上に塗布し、該基板上に感光性樹脂層を形成する塗布工程と、
(2)該感光性樹脂層を露光する露光工程と、
(3)該露光後の感光性樹脂層を現像してレリーフパターンを形成する現像工程と、
(4)該レリーフパターンを加熱処理することによって硬化レリーフパターンを形成する加熱工程と、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29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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