TW202116835A - 感光性組成物及其應用 - Google Patents
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Abstract
本發明有關一種可用於形成微電子和/或光電子器件及其組件之包含聚降莰烯(PNB)聚合物及特定添加劑之感光性組成物,更具體而言,有關一種包含PNB和特定多官能交聯劑以及兩種以上的酚類化合物的組成物,其耐熱氧化鏈降解且顯示出改善的機械特性。
Description
依本發明之實施形態通常有關一種聚降莰烯(PNB)組成物,其包含用於形成微電子和/或光電子器件及其組件之各種添加劑,更具體而言有關一種包含PNB之組成物,該PNB具有至少一種包含端基官能化聚醚之降莰烯型重複單元,其中該種組成物顯示出改善的熱、機械及光電性質。
有機聚合物材料在微電子和光電子行業中越來越多地用於各種應用。例如,該種有機聚合物材料的用途包括用於微電子和光電子器件之層間介電層、再分配層、應力緩衝層、調平或平坦化層、α粒子阻擋層及鈍化層。由於該種有機聚合物材料具有感光性而可自成像,因此具有如下附加優點,亦即減少由該種材料製成之該種層及結構的用途所需之處理步驟數。另外,該種有機聚合物材料能夠直接黏接器件和器件組件而形成各種結構。該種器件包括微機電系統(MEMS)和微光機電系統(MOEMS)。
雖然聚醯亞胺(PI)、聚苯并㗁唑(PBO)及苯并環丁烯(BCB)組成物由於通常具有良好的熱穩定性和機械強度而已成為前述各種應用的選用材料,但每一種上述材料均在硬化期間由前驅物形成,該前驅物會進行反應來改質聚合物的主鏈(PI及PBO)或形成主鏈(BCB),因此通常在硬化期間需要以特定處理條件來去除在硬化期間形成的副產物和/或排除能夠防止硬化之氧氣或水蒸氣。又,該種材料的硬化通常需要超過250℃(有些材料高達400℃)的處理溫度,導致過多或不必要的處理成本。因此,該種材料有可能不適於一些應用,例如再分配及層間介電層、以及遮蓋影像感測陣列之透明遮蓋物的直接黏接。
因此,認為需要提供一種顯示出與習知之PI、PBO及BCB組成物相等的熱穩定性及機械強度之可用於形成前述結構之材料,其中該種材料具有能夠在200℃以下的溫度下硬化之完整地形成的聚合物主鏈。此外,該種有利的材料在特性方面應為可調,以提供適於應用之應力、模數、介電常數、斷裂伸長率及對水蒸氣的滲透性的適當程度或值。此外,該種材料可自成像是有利的。又,目前可用的幾種組成物可能不適於一些應用,因為該等不具有包括以下進一步詳細說明之解析度及感光速度之所需溶解率(DR)特性。
雖藉由記載於美國專利第9,341,949號及9,696,623號之聚降莰烯系感光性組成物,已成功克服了上述一些問題,但仍存在對合適的可撓性材料的需求,其具有非常必要的黏接強度及機械強度,尤其是用於製造顯示器件等各種微光電子器件之晶片剪切強度。
因此,仍需開發一種可自成像的感光性聚合物組成物,其具有所希望的熱特性、溶解率、對在器件製造製程中的不同步驟中使用的各種溶劑的正交性、黏接性,最重要的是具有對所有相關製程步驟的整合性。
依本發明之實施形態有關一種包含降莰烯型聚合物之可自成像的組成物及能夠用該種組成物形成之膜、層、結構、器件或組件。一些實施方式包括可自成像的組成物,其能夠在對由該組成物形成之膜進行成像曝光之後提供正色調圖像,隨後使用鹼性顯影水溶液對該等圖像進行顯影。
此外,本說明書中所記載之實施形態通常能夠提供一種所需厚度在約2~5微米(µm)以上的範圍內之膜,該種膜中的圖像顯示出縱橫比大於1:2之分離的線/槽解析度。由本發明的實施形態之聚合物形成之膜、層及結構尤其可用於微電子和光電子器件及由其形成之組件中使用的層間介電層、再分配層、應力緩衝層、調平或平坦化層、α粒子阻擋層、以及形成晶片堆疊和用於在影像感測陣列上固著透明遮蓋物之黏接。
本說明書所使用之術語具有以下含義:
除非另有說明,否則本說明書中所使用的有關成分的量、反應條件、聚合物組成物及配方等的所有數字、數值和/或表述在任何情況下均由術語“約(about)”修飾,這是因為該等數字本質上為反映了獲得該等值時遇到的各種測量不確定性之近似值。此外,除非另有說明,否則在本說明書中公開數值範圍時,該等範圍為連續且包括從該範圍的最小值到最大值中的每一個值。此外,除非另有說明,否則該等範圍係指整數,包括最小值到最大值中的每一個整數。又,提供複數個範圍來說明一種性狀或特徵時,能夠組合該等範圍來說明該等性狀或特徵。
本說明書中所使用之除非明確地限於一個指示對象,否則冠詞“一(a/an)”、“該(the)”包括複數個指示對象。
應理解,本說明書中所使用之短語“微電子器件”包括“微光電子器件”和“光電子器件”。因此,提及微電子器件或微電子器件組件時包括光電子器件和微光電子器件及其組件。同樣地,微機電系統(MEMS)包括微光機電系統(MOEMS)。
應理解,術語“再分配層(RDL)”係指具有所需可靠的特性之電信號路由絕緣材料。亦可以換用術語RDL以說明所需緩衝塗層,例如焊球和易碎低K結構之間的應力釋放或緩衝層。
本說明書中所使用之術語“聚合物”應理解為包含一種以上不同類型的重複單元(聚合物的最小組成單元)的主鏈之分子,該聚合物除了包括聚合物本身以外,還包括來自起始劑、催化劑及伴隨該等聚合物的形成產生之其他元件的殘渣,其中該等殘渣通常認為不會與其共價鍵結,但可以與一些催化劑引發的聚合同樣地共價鍵結到聚合物鏈的前端或後端。此外,雖然該等殘渣及其他元件通常在後聚合純化處理中去除,但通常會與聚合物進行混合或共混,因此在容器之間或者溶劑或分散介質之間轉移時,通常會有少量殘留。
本說明書中所使用之術語“聚合物組成物”係指包括至少一種合成聚合物、以及形成聚合之後添加以提供或改善特定性能之材料。能夠添加的例示性材料包括溶劑、光活性化合物(PAC)、溶解率抑制劑、溶解率增強劑、溶解促進劑、交聯部分、反應性稀釋劑、抗氧化劑、黏接促進劑及塑化劑,但並不限於此。
本說明書中所使用之術語“模數”,除非另有說明,否則應理解為應力與應變的比率,表示在應力-應變曲線的線性彈性區域中測量之楊氏模數或拉伸模數。模數值通常根據ASTM方法DI708-95進行測量。認為具有低模數的膜亦具有低內應力。
術語“感光性”係指材料或材料組成物的特徵,例如依本發明的實施形態之聚合物或聚合物組成物,其本身會形成為圖案化層或結構。換言之,“感光性層”不需要使用形成於其上之另一材料層例如光阻層而形成前述圖案化層或結構。將進一步理解到具有該種特徵之聚合物組成物通常用於圖案形成方案中以形成圖案化膜/層或結構。應注意,該種方案包括由其形成之感光性材料或層的“成像曝光”。所採用之該種成像曝光係指將層中所選部分曝光於光化輻射,而未選部分則受到保護以免受該種光化輻射曝光。
本說明書中所使用之術語“可自成像的組成物”將被理解為如下一種材料,該種材料具有感光性,並且因此能夠在對由該組成物形成之膜進行直接成像曝光之後提供圖案化之層和/或結構,隨後使用適當的顯影劑在膜上對圖像進行顯影。
本說明書中所使用之“烴基(hydrocarbyl)”係指僅含有碳原子及氫原子之自由基或基團,非限定性例子為烷基、環烷基、芳基、芳烷基、烷芳基及烯基。術語“鹵代烴基(halohydrocarbyl)”係指至少一個氫原子被鹵原子取代之烴基。術語“全鹵烴基(perhalocarbyl)”係指所有的氫被鹵素取代之烴基。術語“雜烴基(heterohydrocarbyl)”係指任意前述烴基、鹵代烴基及全鹵代烴基,其中碳鏈的至少一個碳原子被N、O、S、Si或P原子取代。
本說明書中所使用之表述“烷基”係指具有規定碳原子數之飽和、直鏈或支鏈烴取代基。烷基的具體例包括甲基、乙基、正丙基、異丙基、三級丁基等。衍生表述如“烷氧基”、“硫代烷基”、“烷氧基烷基”、“羥基烷基”、“烷基羰基”、“烷氧基羰基烷基”、“烷氧基羰基”、“二苯烷基”、“苯烷基”、“苯基羧基烷基”及“苯氧基烷基”應作相應的解釋。
本說明書中所使用之表述“環烷基”包括所有習知之環狀脂肪族自由基。“環烷基”的代表性例子包括環丙基、環丁基、環戊基、環己基、環庚基、環辛基等,但並不限於此。衍生術語如“環烷氧基”、“環烷基烷基”、“環烷基芳基”及“環烷基羰基”應作相應的解釋。
本說明書中所使用之表述“烯基”係指具有規定碳原子數且至少具有碳碳雙鍵之非環、直鏈或支鏈的烴鏈,並包括乙烯基和直鏈或支鏈丙烯基、丁烯基、戊烯基及己烯基。同樣地,表述“炔基”係指具有規定碳原子數且至少具有一個碳-碳三鍵之非環、直鏈或支鏈的烴鏈,並包括乙炔基和直鏈或支鏈丁炔基、戊炔基及己炔基。
本說明書中所使用之表述“醯基”應具有與“烷醯基”相同的含義,其亦能夠以結構表示為“R-CO-”,其中R為具有規定碳原子數之本說明書中記載之“烷基”。此外,“烷基羰基”應與本說明書中所記載之醯基的含義相同。具體而言,“(C1
-C4
)醯基”應表示甲醯基、乙醯基(acetyl或ethanoyl)、丙醯基、正丁醯基等。衍生表述如“醯氧基”及“醯氧基烷基”應作相應的解釋。
本說明書中所使用之表述“全氟烷基”係指前述烷基中的所有氫原子被氟原子取代。例示性例子包括三氟甲基和五氟乙基、直鏈或分支七氟丙基、九氟丁基、十一氟戊基及十三氟己基。衍生表述“全氟烷氧基”應作當相應的解釋。
本說明書中所使用之表述“芳基”係指經取代或未經取代之苯基或萘基。經取代之苯基或經取代之萘基的具體例包括鄰-、對-、間-甲苯基、1,2-、1,3-、1,4-二甲苯基、1-甲基萘基、2-甲基萘基等。“經取代之苯基”或“經取代之萘基”亦包括本說明書中記載或該領域中習知之任何可能的取代基。衍生表述“芳基磺醯基”應作相應的解釋。
表述“芳基烷基”或“芳烷基”在本說明書中可互換使用,具體而言“(C6
-C10
)芳基(C1
-C4
)烷基”或“(C7
-C14
)芳烷基”表示本說明書中所示之(C6
-C10
)芳基進一步鍵結到本說明書中記載之(C1
-C4
)烷基。代表性例子包括苄基、苯基乙基、2-苯基丙基、1-萘基甲基、2-萘基甲基等。
本說明書中所使用之表述“雜芳基”包括所有習知之含雜原子芳香族基。代表性5員環雜芳基包括呋喃基、噻吩基(thienyl或thiophenyl)、吡咯基、異吡咯基(isopyrrolyl)、吡唑基、咪唑基、唑基(oxazolyl)、噻唑基、異噻唑基等。代表性6員環雜芳基包括吡啶基、噠基(pyridazinyl)、嘧啶基、吡基(pyrazinyl)、三基(triazinyl)等基。雙環雜芳基的代表性例子包括苯并呋喃基、苯并噻吩基、吲哚基、喹啉基、異喹啉基、噌啉基(cinnolyl)、苯并咪唑基、吲唑基、吡啶并呋喃基、吡啶并噻吩基等基。
本說明書中所使用之表述“雜環”包括所有習知之含還原(reduced)雜原子之環狀基。代表性5員雜環基包括四氫呋喃基、四氫噻吩基、吡咯啶基、2-噻唑啉基、四氫噻唑基、四氫唑基等。代表性6員雜環基包括哌啶基、哌基、嗎啉基(morpholinyl)、硫代嗎啉基等。各種其他雜環基包括氮丙啶基(aziridinyl)、氮雜環庚烷基(azepanyl)、二氮雜環庚烷基(diazepanyl)、二氮雜雙環[2.2.1]庚-2-基、三氮雜環辛烷基(triazocanyl)等,但並不限於此。
“鹵素”或“鹵代(halo)”係指氯、氟、溴及碘。
廣義上來講,術語“經取代(substituted)”可包括有機化合物的所有可允許之取代基。本說明書中所揭示之一些具體實施形態中,術語“經取代”係指經一個以上的獨立地選自包括以下之組群中之取代基取代:(C1-
C6
)烷基、(C2-
C6
)烯基、(C1
C6
)全氟烷基、苯基、羥基、-CO2
H、酯、醯胺、(C1
-C6
)烷氧基、(C1
C6
)硫代烷基、(C1
-C6
)全氟烷氧基、NH2
、Cl、Br、I、F、NH低級烷基及-N(低級烷基)2
。然而,本領域技術人員習知之任何其他合適的取代基亦能夠適用於該等實施形態中。
本說明書中所使用之術語有機場效電晶體(OFET)應理解為包括被稱為有機薄膜電晶體(OTFT)之該種器件的子類。
應理解,在本說明書中術語“介電的”和“絕緣的”可互換使用。因此,提及絕緣材料或層時包括介電材料或層,反之亦然。此外,本說明書中所使用之術語“有機電子器件”應理解為包括術語“有機半導體器件”及該種器件的幾種具體實施形態,例如有機場效電晶體(OFET)。
本說明書中所使用之術語“正交的”和“正交性”應理解為表示化學正交性。例如,正交性溶劑表示將溶解於其中的材料的層沉積於先沉積的層上時不會使該先沉積的層溶解或膨潤之溶劑。
本說明書中所使用之術語“聚環烯烴”、“聚(環)烯烴”及“聚降莰烯型”互換使用來表示由加成聚合性單體、所得聚合物中的重複單元或包含該種聚合物之組成物形成之聚合物,其中該等所得聚合物的重複單元包括至少一個降莰烯型部分。依本發明之實施形態所包含的最單純的降莰烯型聚合性單體係降莰烯本身,亦即如下所示之雙環[2.2.1]庚-2-烯。
然而,本說明書中所使用之術語降莰烯型單體、降莰烯型重複單元或降莰烯型聚合物(PNB)並不限於僅包含降莰烯本身之部分,還包括由其衍生之經取代之降莰烯或經取代或未經取代之高級環狀衍生物。
已知一些添加劑在與本發明的組成物組合使用時,顯著提高組成物形成厚膜或薄膜時的性能,該厚膜或薄膜可用於包括但不限於機械、電子或機電器件之各種應用,包括晶片堆疊應用,作為再分配層(RDL)及互補式金屬氧化物半導體(CMOS)影像感測器及各種其他包含MEMS和MOEMS之器件的壩結構。
因此,依本發明的實施,提供一種感光性組成物,其包含:
a)聚合物,具有:衍生自通式(I)的單體之通式(IA)第一類型的重複單元:
其中:
a為0~3的整數;
b為1~4的整數;
c為1~4的整數;
R1
選自包括氫、甲基、乙基、正丙基、異丙基及正丁基的群組,其中一個以上的亞甲基亦即CH2
基可以任意被選自包括(C1
-C4
)烷基、苯基及苯基(C1
-C4
)烷基的群組中的基團獨立地取代;
R18
選自-(CH2
)s
-、-(CH2
)t
-OCH2
–或-(CH2
)t
-(OCH2
CH2
)u
-OCH2
-,其中
s為0~6的整數;
t為0~4的整數;
u為0~3的整數;
R19
係-(CH2
)v
-CO2
R20
,其中v為0~4的整數,且
R20
係氫或C1
-C4
烷基;
c)多官能交聯劑,選自包括如下之群組:
其中:
n為5~8的整數;
A選自包括C、CH-(CR2
)d
-CH及經取代或未經取代之芳基的群組,其中d為0~4的整數且R選自包括氫、甲基、乙基、正丙基、異丙基及正丁基的群組;
B選自包括經取代或未經取代之(C2
-C6
)伸烷基及經取代或未經取代之芳基的群組;
其中該取代基選自包括鹵素、甲基、乙基、直鏈或支鏈(C3
-C6
)烷基、(C3
-C8
)環烷基、(C6
-C10
)芳基、(C7
-C12
)芳烷基、甲氧基、乙氧基、直鏈或支鏈(C3
-C6
)烷氧基、(C3
-C8
)環烷氧基、(C6
-C10
)芳氧基及(C7
-C12
)芳烷氧基的群組;
其中d及e為1~4的整數;
f及g為0~4的整數;
R2
及R3
相同或不同,且各自獨立地選自氫、甲基、乙基、直鏈或支鏈C3
-C6
烷基、C3
-C8
環烷基、C6
-C10
芳基及C7
-C12
芳烷基;或者
R2
及R3
與該等所鍵結之碳原子一同形成5~8員經取代或未經取代之碳環,其中該取代基選自C1
-C8
烷基;
R4
及R5
相同或不同,且各自獨立地選自氫、甲基、乙基、直鏈或支鏈(C3
-C6
)烷基、(C3
-C8
)環烷基、(C6
-C10
)芳基及(C7
-C12
)芳烷基。
在一些實施形態中,本發明的聚合物包含通式(IIIA)的重複單元,其中R20
通常為氫。然而,在一些實施形態包含具有通式(IIIA)的重複單元的混合物之聚合物,其中在通式(IIIA)的重複單元的一部分具有R20
作為氫,且在通式(IIIA)的重複單元的另一部分具有R20
作為(C1
-C4
)烷基。因此,本領域技術人員應易於理解該等變形均為本發明的一部分。
能夠用於形成本發明的第一重複單元之單體的非限定性例子包括如下:
能夠用於形成本發明的第二重複單元之單體的非限定性例子包括如下:
能夠用於形成本發明的第二重複單元之單體的非限定性例子包括如下:
應注意,本發明的感光性組成物能夠藉由使用衍生自以上所列之在通式(I)~(III)的單體的範圍內之任意三個單體之聚合物製備。此外,能夠使用任意量的通式(I)~(III)的單體來形成帶來如下所述之預期益處和預期目的之聚合物。因此,所有可能的單體比率均為本發明的一部分。
本發明的一些實施形態中,藉由使用包含本說明書中記載之任意三個單體之三元共聚物來製備本發明的感光性組成物。
通常,依本發明的實施形態之聚合物包含一個以上的上述第一、第二及第三不同类型的重複單元,如以下所見,以對該種聚合物實施形態賦予有助於該種實施形態的用途之性質之方式選擇該種聚合物實施形態所包含之其他重複單元,因此該種聚合物實施形態適於各種具體應用。
例如,聚合物實施形態通常需要至少一種旨在提供可成像性之重複單元。因此,由結構式(IIIA)表示之不同類型的重複單元中包含具有側基之羧酸R19
。然而,亦能夠代替使用帶來酸性側基之任意其他官能基。羧酸側基通常可用於與適當選擇的添加劑或藉由顯影後熱交聯而能夠使正色調圖像定影之其他重複單元進行反應。因此,包括但不限於酚基、磺基及其他官能基之類似側基亦可在本發明的實施形態中起作用。還應注意,本領域技術人員容易理解,能夠藉由利用適當的單體進行後聚合來製備含有酸性側基之該種聚合物組成物。例如,包含NBEtCOOH單體重複單元之聚合物通常能夠如下製備:首先用EPEsNB形成聚合物,之後利用本領域中習知之任意方法對所獲得之聚合物的酯官能基進行水解。因此,特定餘量的酯單體重複單元可能一直存在於本說明書中所用的聚合物中。亦即,使用包含NBEtCOOH等重複單元之聚合物時,該等聚合物可能仍包含一些衍生自EPEsNB之單體重複單元亦即起始單體。
還應注意,能夠以任意莫耳比使用一個以上不同類型的通式(I)~(III)的單體來形成本發明的聚合物。亦即,能夠同時使用一個以上的通式(I)的單體與一個以上的通式(II)的單體及一個以上的通式(III)的單體來形成本發明的聚合物。因此,本發明的聚合物中通常摻合約1莫耳%~約98莫耳%的通式(IA)的重複單元。其餘重複單元衍生自通式(IIA)及(IIIA)的一個以上重複單元的組合。因此,在一些實施形態中,三元共聚物包含通式(IA)、(IIA)及(IIIA)的單體重複單元的任意組合,其中重複單元的莫耳比可以為40:30:30、40:40:20、50:20:30、50:25:25、50:30:20、50:40:10、50:45:5、60:20:20等。在另一些實施形態中,用於形成聚合物之該等單體莫耳比(I):(II):(III)的例子可以分別在1:1:98~98:1:1~1:98:1的範圍內,其中通式(IA):(IIA):(IIIA)的重複單元的莫耳比基本上相同。在另一些實施形態中,該等比例包括30:40:30、40:30:30、40:40:20、40:45:15、40:50:10、45:40:15、45:35:20、50:35:15、50:40:10或該等任意組合。
認為通常包含具有酸性側基(通常為通式(IIIA))之單體重複單元之聚合物對本發明的感光性組成物有利地提供特定的有益效果。因此,在本發明的一些實施形態中,本發明的組成物中所使用之聚合物含有約10~80莫耳%的包含酸側基之單體重複單元,在又一些實施形態中含有20~70莫耳%。在又一些實施形態中,聚合物中通式(IA)的單體重複單元的莫耳%可以為約0~80莫耳%、10~80莫耳%,在又一些實施形態中為約20~70莫耳%。在又一些實施形態中,聚合物中通式(IIA)的單體重複單元的莫耳%可以為約0~80莫耳%、10~80莫耳%,在又一些實施形態中為約20~70莫耳%。
還應注意,並非一定要包含所有上述三種單體來形成聚合物以帶來本說明書中記載之所需結果。認為包含通式(IA)、(IIA)或(IIIA)的任一重複單元之均聚物亦可以在本發明中起到作用。此外,具有通式(IA)、(IIA)或(IIIA)的任意兩個重複單元之共聚物亦可以作為本發明的組成物中的聚合物樹脂而發揮功能。更具體而言,認為HFANB及NBEtCO2
H的共聚物能夠用於本發明的感光性組成物。又,如上所述,在本發明的實施形態中使用了三元共聚物。
依本發明的感光性組成物中使用的聚合物的重量平均分子量(Mw
)通常至少約為5,000。在又一些實施形態中,在本發明中使用的聚合物的Mw
至少約為7,000。在又一些實施形態中,聚合物的Mw
至少約為500,000。此外,在本發明的一實施形態中,本說明書中所用的聚合物的重量平均分子量為5,000~500,000或7,000~200,000或8,000~100,000。通常藉由凝膠滲透層析法(GPC),用聚苯乙烯校正標準來定義重量平均分子量(Mw
)及數量平均分子量(Mn
)。然而,任意習知方法亦能夠用於定義Mw
及Mn
。藉此亦能夠定義聚合物的多分散性指數(PDI)(Mw
/Mn
)。
在本發明的另一方面,本發明的感光性組成物包含通常具有光活性重氮醌部分之光活性化合物。已知該種光活性化合物(PAC)在曝光於例如254、365、405或436nm等適當波長的光化(或電磁)輻射時會進行光致重排,藉由使用合適的光源,能夠依據所用PAC的性質改變輻射波長。例如,在本發明的一些實施形態中使用的PAC包含分別由通式(C)、(D)或(E)表示之一個以上的重氮醌部分:(C)(D)(E)。
通常,通式(C)、(D)和/或(E)的結構分別作為磺醯氯(或其他反應性部分)及酚類化合物的酯化產物而組合到感光性組成物中,例如以下所示之結構b-1~b-6之一,該等通常如上所述分別稱為光活性化合物或PAC。因此,任一或兩個以上該等PAC的任意組合與聚合物結合來形成本發明的實施形態之正色調組成物。在各通式(b-1)~(b-6)中,Q表示通式(C)、(D)或(E)的任意結構。有利的是,感光性組成物的膜或層的一部分曝光於適當的光化或電磁輻射時,該等酯化產物產生羧酸,與該等膜的任何未曝光部分相比,該羧酸增強了該等曝光部分在鹼水溶液中之溶解度。通常,該等感光性材料以5~50pphr聚合物的量摻合到組成物中,其中感光性材料相對於聚合物的具體比例係曝光部分相較於未曝光部分的溶解率與實現預期溶解率差異所需的輻射量的函數。可用於依本發明之實施形態之有利的感光性材料示於以下通式b-1~b-6;其他有用的感光性材料例示於美國專利7,524,594B2號的14–20項,其相關部分藉由參考引入本說明書中:;;
b-1 b-2;;
b-3 b-4;及;
b-5 b-6
其中至少一個Q為通式(C)或(D)的基團,且任意剩餘的Q為氫。該等光活性化合物的例子的市售品包括Toyo Gosei Co.,Ltd.的TrisP-3M6C-2(4)-201。
帶來本說明書中記載之所需結果之任意量的光活性化合物均能夠用於本發明的感光性組成物中。通常,該等量相對於本說明書中記載之聚合物(亦即樹脂)的每100質量份(pphr)在1~50質量份的範圍內。在另一些實施形態中,該等量可在5~30pphr的範圍內。
有利的是,認為在本發明的感光性組成物中使用如本說明書中記載之至少一種合適的通式(IV)或(V)的多官能交聯劑,可對本發明的組成物帶來有益效果。該等益處包括機械和熱特性的提高等,但並不限於此。
帶來預期益處之任意量的通式(IV)或(V)的交聯劑均能夠用於本發明的組成物。在一些實施形態中,用於本發明的組成物之一種以上的通式(IV)或(V)的化合物的量相對於樹脂亦即組成物中使用的聚合物的每100質量份(pphr)在8~30質量份的範圍內。在另一些實施形態中,該量在約10~25pphr的範圍內;在又一些實施形態中,該量在約12~20pphr的範圍內;在又一些實施形態中,該量在14~18pphr的範圍內。然而,應注意,尤其在使用通式(IV)或(V)的一種以上的化合物時,亦可以使用高於30pphr的通式(IV)或(V)的化合物
能夠用於本發明中的通式(IV)或(V)的功能交聯劑的非限定性例子包括如下:
其中,n=1~3(OXBP),例如n=1時,4,4'-雙(((3-乙基氧環丁烷-3-基)甲氧基)甲基)-1,1'-聯苯;
認為使用通式a-1~a-6的一種以上的酚類化合物會進一步對本發明的組成物提供有利的益處。一些該等酚類化合物例如由ToyoGoseiCo.,Ltd.以TrisP-3M6C-2Ballast市售。又,能夠在本發明的感光性組成物中使用任意量帶來本說明書中記載之所需結果之通式a-1~a-6的一種以上的酚類化合物。通常,該等量相對於本說明書中記載之聚合物(亦即樹脂)的每100質量份(pphr)在1~25質量份的範圍內。在另一些實施形態中,該等量可在3~20pphr的範圍內,在又一些實施形態中,該等量可在5~15pphr的範圍內。
如上所述,通式(VI)的一種以上的化合物亦能夠用於本發明的組成物。通式(VI)的合物的非限定性例子可列舉如下:
2,2'-亞甲基二酚(亦稱為2,2’-雙(羥苯基)甲烷或o,o’-BPF);
4,4'-亞甲基二苯酚;
2,2'-(乙烷-1,1-二基)二酚;
4,4'-(乙烷-1,1-二基)二酚;
2,2'-(丙烷-1,1-二基)二酚;
4,4'-(丙烷-1,1-二基)二酚;
2,2'-(丙烷-2,2-二基)二酚;
4,4'-(丙烷-2,2-二基)二酚;
2,2'-(4-甲基戊烷-2,2-二基)二酚;
4,4'-(4-甲基戊烷-2,2-二基)二酚;
2,2'-(5-甲基庚烷-3,3-二基)二酚;
4,4'-(5-甲基庚烷-3,3-二基)二酚;
4,4'-(丙烷-2,2-二基)雙(2-環己基苯酚);
4,4'-(2-甲基丙烷-1,1-二基)雙(2-環己基-5-甲苯酚);
5,5'-(環己烷-1,1-二基)雙(([1,1'-聯苯]-2-醇));
4,4'-(環己烷-1,1-二基)雙(2-環己基苯酚);
4,4'-(4-甲基環己烷-1,1-二基)二酚;
2-環己基-4-(2-(4-羥苯基)丙-2-基)-5-甲苯酚;
6,6'-亞甲基雙(2-(三級-丁基)-4-甲苯酚);
6,6'-(2-甲基丙烷-1,1-二基)雙(2,4-二甲苯酚);
4,4'-(2-甲基丙烷-1,1-二基)雙(2-(三級-丁基)-5-甲苯酚);
4-(4-羥苄基)苯-1,2,3-三醇(亦稱為1,2,3-三羥基-4-[(4'-羥苯基)甲基]苯;
及任意組合該等的混合物。
又,能夠在本發明的感光性組成物中使用任意量帶來本說明書中記載之所需結果之通式(VI)的一種以上的化合物。通常,該等量相對於本說明書中記載之聚合物(亦即樹脂)的每100質量份(pphr)在5~30質量份的範圍內。在另一些實施形態中,該等量可在7~20pphr的範圍內,在又一些實施形態中,該等量可在9~15pphr的範圍內。
本發明的感光性組成物亦包含能夠與聚合物樹脂的酸性側基鍵結之添加劑。該種材料包括添加劑,該添加劑摻合一個以上的環氧丙基、環氧基環己基、氧環丁烷基的環氧基;2-唑啉-2-基等唑啉基、N-羥甲基胺基羰基等羥甲基或N-甲氧基甲基胺基羰基等烷氧基甲基,但並不限於此。通常,上述之與聚合物的酸性側基的鍵結為藉由加熱至適當溫度而引發之交聯反應,通常在高於110℃的溫度下加熱適當時間。因此,在本發明的一些實施形態中,本發明的感光性組成物包含選自以下之一種以上的環氧化合物,但並不限於此:
能夠用作形成本發明的感光性組成物之添加劑之其他例示交聯性或可交聯的材料包括雙酚A環氧樹脂、雙酚F環氧樹脂、含有矽酮之環氧樹脂等、丙二醇二縮水甘油醚、聚丙二醇二縮水甘油醚、縮水甘油氧基丙基三甲氧基矽烷、聚甲基(縮水甘油氧基丙基)環己烷等;含有唑啉環之聚合物,例如2-甲基-2-唑啉、2-乙基-2-唑啉、1,3-雙(2-唑啉-2-基)苯、1,4-雙(2-唑啉-2-基)苯、2,2’-雙(2-唑啉)、2,6-雙(4-異丙基-2-唑啉-2-基)吡啶、2,6-雙(4-苯基-2-唑啉-2-基)吡啶、2,2’-異亞丙基雙(4-苯基-2-唑啉)、(S,S)-(–)-2,2’-異亞丙基雙(4-第三丁基-2-唑啉)、聚(2-丙烯基-2-唑啉)等;N-羥甲基丙烯醯胺、N-羥甲基甲基丙烯醯胺、糠醇、苄醇、柳醇、1,2-苯二甲醇、1,3-苯二甲醇、1,4-苯二甲醇及可溶酚醛型酚樹脂或該等的混合物等。通常認為該種材料在使用5pphr聚合物~40pphr聚合物時為有效。然而,應理解,更多或更少的添加量亦證明有效,因為該等功效中的至少一部分取決於所使用聚合物的性質及包含交聯性側基之重複單元的莫耳%。
在本發明的另一方面,感光性組成物包含提高組成物特性之化合物或化合物的混合物,該特性包括提高感光速度及溶解特性及其他各種用途,但並不限於此。有利的是,認為依本發明的實施,通式(VII)的化合物能夠用作添加劑。(VII)
其中x及y為0~4的整數。R21
及R22
相同或不同,且各自獨立地選自氫、鹵素、甲基、乙基、直鏈或支鏈C3
-C18
烷基、C1
-C18
全氟烷基、甲氧基、乙氧基、直鏈或支鏈C3
-C18
烷氧基、C3
-C16
環烷基、C6
-C16
雙環烷基、C8
-C16
三環烷基、C6
-C10
芳基、C7
-C18
芳烷基、-(CH2
)w
CO2
R23
,-(CH2
)z
OR24
。Ar1
及Ar2
相同或不同,且各自獨立地選自C6
-C10
芳基、C7
-C18
芳烷基,其中芳基或芳烷基能夠進一步被本領域技術人員習知之取代基取代。Z選自鍵、O、S、P、-NR-、-C(=O)-、-C(=O)-O-、-C(=O)-NR-、-SO-、-SO2
-,-SO2
NH-烷基或包括環烷基、雜環烷基、芳基、芳烷基等的任意碳環交聯基。其中,任意環烷基、雙環烷基或三環烷基或可以包含一個以上的選自O、S、N、P及Si中的雜原子。其中w為0~8的整數,R23
係氫、甲基、乙基、直鏈或支鏈C3
-C18
烷基。其中z為0~8的整數,R24
係氫、甲基、乙基、直鏈或支鏈C3
-C18
烷基。其中,R係氫、甲基、乙基、直鏈或支鏈C3
-C18
烷基、C1
-C18
全氟烷基、C3
-C16
環烷基、C6
-C16
雙環烷基、C8
-C16
三環烷基。
認為各種其他酚類化合物亦能夠用於本發明的組成物。該等化合物的非限定性例子可選自包括如下之群組:
其中h為0~4的整數;
i為1或2;
R6
獨立地為氫、甲基、乙基、直鏈或支鏈C3
-C16
烷基、C3
-C8
環烷基、C6
-C10
芳基、C7
-C12
芳烷基或-CO2
H;
其中j及k為1~4的整數;
l及m為0~4的整數;
R7
及R8
相同或不同,且各自獨立地選自氫、甲基、乙基、直鏈或支鏈C3
-C6
烷基、C3
-C8
環烷基、C6
-C10
芳基及C7
-C12
芳烷基;以及
其中n及o為1~4的整數;
p及q為0~4的整數;
R9
、R10
、R11
及R12
相同或不同,且各自獨立地選自氫、甲基、乙基、直鏈或支鏈C3
-C6
烷基;或者
R13
為-(CH2
)r
-時,R9
或R10
中的一個和R11
或R12
中的一個與該等所鍵結之碳原子一同形成5~8員經取代或未經取代之碳環,其中該取代基選自C1
-C6
烷基;
R13
為–(CH2
)r
-或伸苯基,其中r為1~2;且
R14
及R15
相同或不同,且各自獨立地選自氫、甲基、乙基、直鏈或支鏈C3
-C6
烷基、C3
-C8
環烷基、C6
-C10
芳基及C7
-C12
芳烷基。
通式(VIII)的化合物所包含之添加劑的非限定性例子可列舉如下:
2-環己基苯酚;
4-環己基苯酚;
2-環己基-5-甲苯酚;
2,4-二-二級-丁苯酚;
2,6-二-三級-丁基-4-甲苯酚;
2,4-二-三級-丁苯酚;
4-十二烷基苯酚;
4-乙基間苯二酚;
2-丙基間苯二酚;
4-丁基間苯二酚;
4-己基間苯二酚(亦稱為4-己基苯-1,3-二醇);
及任意組合該等的混合物。
通式(IX)的化合物所包含之添加劑的非限定性例子可列舉如下:
[1,1'-聯苯]-2,2',4,4'-四醇;
2'-甲基-[1,1'-聯苯]-2,3,4,4'-四醇;
[1,1'-聯苯]-2,2',4,4',6-戊醇;
[1,1'-聯苯]-2,2',3,4,4'-戊醇;
及任意組合該等的混合物。
通式(X)的化合物所包含之添加劑的非限定性例子可列舉如下:
4,4',4''-(丁烷-1,1,3-三基)三(2-(三級-丁基)-5-甲苯酚);
4,4'-(4-異丙基-1-甲基環己烷-1,3-二基)二酚;
4,4'-(1,4-伸苯基雙(丙烷-2,2-二基))雙(2-環己基-5-甲苯酚);
4,4'-(1,3-伸苯基雙(丙烷-2,2-二基))雙(2-環己基-5-甲苯酚);
4,4'-(1,4-伸苯基雙(丙烷-2,2-二基))雙(2-環己基苯酚);
4,4'-([1,1'-聯(環己烷)]-4,4'-二基)二酚;
4-(4-(4-羥苯基)環己基)-2-甲苯酚;
及任意組合該等的混合物。
及任意組合該等的混合物。
在另一些實施形態中,以下化合物亦能夠用於本發明的組成物:
雙(環氧乙烷-2-基甲基)環己烷-1,2-二羧酸酯;
雙(環氧乙烷-2-基甲基)環己烷-1,3-二羧酸酯;
雙(環氧乙烷-2-基甲基)環己烷-1,4-二羧酸酯;
酞酸雙(環氧乙烷-2-基甲基)酯;
異酞酸雙(環氧乙烷-2-基甲基)酯;
對酞酸雙(環氧乙烷-2-基甲基)酯;
及任意組合該等的混合物。
通常,本說明書中列舉之各種化合物及添加劑提高本發明的感光性組成物的整體性能,因此提供具有各種用途之清晰的光圖案結構,該用途包括晶片堆疊應用、再分配層及用於形成CMOS影像感測器之壩結構。有利的是,可知本說明書中記載之一些添加劑可具有一種以上的功能。例如,如上所列之一些添加劑不僅顯示出特定溶解增強活性,亦可以如上所述作為交聯劑發揮促進作用。因此,本說明書中所用之添加劑不會將該等化合物的活性僅限定於該等特性中的一種,而是亦可促進本發明的感光性組成物的其他功能。
還應注意,上述由結構式(VI)~(X)表示之任意添加劑能夠單獨使用,亦即作為任意單一化合物和/或一種以上化合物的組合以該等的任意組合來使用。亦即,例如在一些實施形態中,一種以上的通式(VI)的化合物可以與通式(VII)~(X)的其他化合物組合使用,例如通式(VI)的化合物與通式(VII)的化合物或通式(IX)的化合物或化合物通式(X)的化合物進行組合等。又,能夠使用的添加劑的量取決於本發明的感光性組成物所預期的結果。因此,帶來預期結果的任意量均能夠用於本發明。通常,能夠使用的添加劑的量可在0.5~20pphr的範圍內,在一些實施形態中,該等量可在1~12pphr的範圍內。
可知各種由結構式(XIa)–(XIh)表示之各種其他化合物亦能夠單獨或與如上列舉之用於形成本發明的感光性組成物之任意通式(VI)~(X)的化合物組合而用作一種以上的添加劑。還應注意,該等添加劑,亦即由結構式(XIa)–(XIh)表示之化合物能夠以任意所需量,單獨使用或作為任意組合該等的混合物來使用。
金精三羧酸(XIa);
5,5'-亞甲基二水楊酸(XIb);
5,5'-硫代二水楊酸(XIc);
3,3,3',3'-四甲基-1,1'-螺二茚烷-5,5',6,6',7,7'-己醇(XId);
對甲苯磺醯對甲苯胺(XIe);
還原酚酞(XIf);
聯苯二甲酸(XIg);及
4-(5',6'-二羥基-1',3',4',9a'-四氫螺[環己烷-1,9'- ]-4a'(2'H)-基)苯-1,2,3-三醇,通常亦稱為五倍子酚-FZ(XIh)。
在本發明的另一方面,適合與本發明的組成物一起使用之各種其他添加劑包括如下,但並不限於該等:
D-山梨醇;
絕對立體化學,旋轉(+)
(+)-N,N,N',N'-四甲基-L-酒石酸二醯胺;
乳酸交酯;
雙酚酸;
2,3,4-三羥基苯甲酸;
2,4,6-三羥基苯甲酸(水合物);
4,5-二羥基甲基-2-苯基咪唑。
本發明的感光性組成物進而包含尤其可用作黏接促進劑、抗氧化劑、交聯劑、偶合劑或硬化劑等之化合物。該種化合物的非限定性例子選自包括以下之組群,市售材料由該種商品名指定。
C6
H5
(CH3
O)3
Si
苯基三甲氧基矽烷
C6
H5
(C2
H5
O)3
Si
苯基三乙氧基矽烷(KBE-103,由Gelest,Inc.或Shin-EtsuChemicalCo.,Ltd.市售)
2,2’-((2-羥基-5-甲基-1,3-伸苯基)雙(亞甲基))雙(4-甲苯酚)(TCI Japan的抗氧化劑AO-80);
4,4'-((2-羥基-5-甲基-1,3-伸苯基)雙(亞甲基))雙(2,6-二甲苯酚)(Bis26X-PC)
其他示例性環氧樹脂或交聯添加劑還包括AralditeMTO163和AralditeCY179(由CibaGeigy製造);及EHPE-3150和EpoliteGT300(由DaicelChemical製造)。
還應注意,該等化合物中的任一個均能夠依據所需用途,僅在需要時單獨使用或作為任意組合該等的混合物使用而獲得期望的益處。又,在本發明的感光性組成物中能夠使用任意量的一種以上的上述化合物以獲得預期結果。通常認為該等量相對於聚合物(樹脂)的每100質量份(pphr)在0.5~20質量份的範圍內。在一些實施形態中,該等量在1~10pphr的範圍內。
依本發明之感光性組成物亦可以包含可用於改善組成物及所獲得之膜或聚合物層的特性之目的之其他成分。例如,如下所述,組成物對所需曝光輻射波長的靈敏度可帶來改善的預期特性。該等任意成分的例子包括一種以上的化合物/各種添加劑,例如界面活性劑、矽烷偶合劑、調平劑、酚樹脂、抗氧化劑、阻燃劑、塑化劑及硬化促進劑,但並不限於此。
首先將依本發明的實施形態之感光性組成物塗佈於所需基板上來形成膜。該種基板包括任意合適的基板本身,或例如用於電氣、電子或光電子器件之半導體基板、陶瓷基板、玻璃基板等。關於所述應用,能夠利用任意合適的塗佈方法,例如旋塗、噴塗、刮刀塗佈、彎月面塗佈、噴墨塗佈及狹縫塗佈。
接著,加熱塗佈基板以促進殘留流延溶劑的去除,例如在70℃~140℃的溫度下加熱約1~30分鐘,但亦能夠使用其他適當的溫度和時間。加熱之後,通常將膜成像曝光於合適的光化輻射波長,通常依據摻合到本說明書中記載之聚合物組成物中的光活性化合物和/或光敏劑來選擇波長。然而,通常該等合適的波長為200~700nm。應理解,短語“成像曝光”係指通過遮蔽因素進行曝光以提供獲得膜的曝光部分和未曝光部分之圖案。
對由依本發明的實施形態之感光性組成物或配方形成之膜進行成像曝光之後,實施顯影步驟。本發明的正色調聚合物配方的情況下,該種顯影步驟僅去除膜的曝光部分,因此會在膜上留下遮蔽層的正型圖像。本發明的負色調聚合物配方的情況下,該種顯影步驟僅去除膜的未曝光部分,因此會在膜上留下遮蔽層的負型圖像。在一些實施形態的情況下,能夠在上述顯影步驟之前進行後曝光烘烤。
尤其適於正色調配方的合適的顯影劑可以包括氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鈉、氨水等無機鹼水溶液以及0.26N四甲基氫氧化銨(TMAH)、乙胺、三乙胺及三乙醇胺等有機鹼水溶液。在使用有機鹼的情況下,通常使用實質上與水完全混溶之有機溶劑來提供有機鹼溶解度。TMAH水溶液是半導體行業中習知之顯影溶液。合適的顯影劑亦能夠包括丙二醇甲醚乙酸酯(PGMEA)、2-庚酮、環己酮、甲苯、二甲苯、乙苯、均三甲苯及乙酸丁酯等有機溶劑。
因此,本發明的一些配方的實施形態提供成像曝光之後,利用鹼水溶液對所獲得之圖像進行顯影之可自成像的膜,而另一些實施形態則用有機溶劑對所獲得之圖像進行顯影。與所使用的顯影劑類型無關地,在圖像顯影之後,會藉由清洗基板來去除多餘的顯影劑溶液,典型的沖洗劑係水或合適的醇及其混合物。
在上述沖洗之後,乾燥基板,並對成像膜進行最終硬化。換言之,定影圖像。剩餘層未在成像曝光期間被曝光的情況下,通常藉由在膜的剩餘部分引發反應來完成定影。該種反應通常為能夠藉由加熱和/或非成像曝光或全面曝光剩餘材料來引發之交聯反應。該種曝光及加熱能夠在不同步驟實施,或如已知適於成像膜的特定用途組合實施。通常使用與成像曝光中使用的能源相同的能源實施全面曝光,但能夠使用任意合適的能源。通常以所需溫度進行加熱,例如在高於110℃的溫度下進行40分鐘~1小時以上。剩餘層在成像曝光期間被曝光的情況下,通常藉由調整成結束由曝光引發之任意反應之加熱步驟來完成。然而,如上所述,亦能夠追加實施全面曝光及加熱。然而,應理解最終硬化步驟亦依據所形成之器件類型選擇,因此在將剩餘層用作黏接層或結構時,最終定影可能不是最終硬化。
利用本發明的鹼可溶性感光性樹脂組成物的實施形態來形成具有高耐熱性、優異之吸水性、高透明度及低介電係數等性能之層,藉此製造器件。又,該種層通常在硬化之後具有優異之彈性係數,典型的是0.1kg/mm2
~200kg/mm2
。
如上所述,依本發明之感光性組成物的例示性應用包括用於各種半導體器件和印刷電路基板之晶片連接黏合劑、晶圓結合黏合劑、絕緣膜(層間介電層)、保護膜(鈍化層)、機械緩衝膜(應力緩衝層)或平坦化膜。該等實施形態的具體應用包括用於形成單層或多層半導體器件之晶片連接黏合劑、形成於半導體器件上之介電膜;形成於鈍化膜上之緩衝膜;在形成於半導體器件上之電路上形成之層間絕緣膜。
因此,依本發明之實施形態提供正色調感光性聚合物組成物,該組成物在一種以上的機械特性(例如老化後保持低應力之斷裂伸長率)方面顯示出增強特性且與替代材料相比具有至少相等的耐化學性。此外,該等實施形態通常提供優異之電絕緣性、對基板的黏合性等。因此,可以提供結合了依本發明的實施形態之半導體器件、器件封裝、顯示器件。
有利的是,認為本發明的感光性組成物在晶片堆疊應用等中可用於形成將半導體晶片彼此黏接之黏合層。例如,用於該等目的之黏接層由本發明的感光性黏合劑組成物的硬化產物形成。雖然黏合劑層為單層結構,但其不僅對基板具有充分的黏合性,亦未發現因硬化步驟產生之顯著應力。因此,能夠避免作為積層體包含晶片之膜的不必要的厚層。發現依據本發明形成之積層體在緩和因熱膨脹差等產生之應力集中方面具有可靠性。其結果,能夠獲得具有高度低且可靠性高的半導體。亦即,能夠獲得縱橫比低且厚度薄的器件。該等半導體器件尤其對內部容積非常小且例如作為行動裝置攜帶之電子設備非常有利。更有利的是,藉由實施本發明,能夠形成以迄今為止未能實現的小型化、薄型化及輕量化為特徵之各種電子器件,並且即使對該等器件實施搖蕩或掉落的嚴酷操作,半導體器件的功能亦不易受損。
本發明的感光性黏合劑組成物的硬化產物,亦即黏合劑層或膜通常在25℃顯示出2~3.5GPa的壓痕模數。本發明的感光性黏合劑組成物的硬化產物在25℃亦即在硬化步驟前顯示出未硬化產物的壓痕模數的70~120%的壓痕模數。此外,本發明的感光性黏合劑組成物對合適的基板,例如半導體晶片顯示出優異之黏合性,並且通常能夠在硬化之前、蝕刻及灰化步驟之後在25o
C獲得20~200牛頓(N)的黏合度。
因此,認為本發明的感光性黏合劑組成物硬化後在室溫下顯示出與未硬化樣品的壓痕模數相當的壓痕模數,不僅未在半導體晶片之間引起致顯著的應力集中,而且有助於形成具有充分黏合性之黏合劑層。此外,由於硬化前狀態的壓痕模數在硬化後壓痕模數的規定範圍內,並且例如硬化前的感光性黏合劑組成物不會顯著變形或溢出,因此能夠在積層半導體晶片時提高對齊精確度。進而,由於壓痕模數在硬化前後的變化相對小,因此能夠減少感光性相關之收縮,並且能夠減少由硬化收縮引起的半導體晶片之間的界面應力。這一點亦有助於提高晶片積層體的可靠性。
另一方面,有利的是,本發明的感光性黏合劑組成物在硬化前、蝕刻步驟和灰化步驟之後的狀態下具有晶片黏接所要求的與半導體晶片的充分的黏性。因此,用於將半導體晶片彼此黏接之黏合劑層將半導體晶片彼此固定牢固,並且有助於提高晶片積層體的可靠性。
藉此,依據本發明的感光性黏合劑組成物能夠實現具有充分的黏合性及應力緩和性之黏合劑層。亦即,由於黏合劑層以單層具有緩衝塗層膜的保護功能(或緩衝塗層功能)及晶片黏接膜的黏合劑功能(或晶片黏接功能),因此能夠不降低可靠性而形成晶片積層體,並且使晶片積層體比現有2層晶片積層體變薄。此外,由於晶片積層體變薄,因此能夠縮小模具部分的體積且縮短黏合線,因此該等因素有助於輕量化及降低成本。
因此,在一些實施形態中,如上所述,本發明的感光性黏合劑組成物的硬化產物的壓痕模數通常在25o
C下為2~3GPa,此外,在另一些實施形態中,壓痕模數為2.2~3.2GPa,在又一些實施形態中,壓痕模數為2.4~3.0GPa。此外,硬化產物的壓痕模數小於上述下限時,黏合劑層的黏合性會降低,因此該層與半導體晶片之間的界面被剝離,並且在模具部分含有填充劑時,填充劑會穿過黏合劑層而對半導體晶片產生不良影響。同時,硬化產物的壓痕模數大於上述上限時,黏合劑層的可撓性會降低,因此應力緩和降低,例如無法緩和伴隨半導體晶片的積層產生的殘餘應力及因半導體晶片與黏合劑層之間的熱膨脹差而產生的熱應力的局部集中。其結果,半導體晶片上產生龜裂,或半導體晶片與黏合劑層彼此剝離。藉由使用本發明的感光性黏合劑組成物而易於克服該等問題。
又,硬化產物的壓痕模數在25℃,用壓痕機測量。
此外,本發明的感光性黏合劑組成物的熔解黏度在硬化前狀態下,通常在100~200℃的範圍內為約20~500帕秒(Pa·s)。由於該種組成物對半導體晶片20(圖2)具有優異之潤濕性,因此變得不易在黏合劑層中產生空隙。因此,由於能夠形成物理性質不均少的均質的黏合劑層,半導體晶片藉由黏合劑層黏合在一起時,黏合劑層很少會導致應力的局部集中。因此,能夠抑制在半導體晶片上產生龜裂,且抑制在黏合劑層與半導體晶片之間發生剝離。
本發明的硬化感光性黏合劑組成物的熔解黏度可藉由流變儀測量。因此,在本發明的一些實施形態中,硬化前的熔解黏度為約25~400Pa·s,在另一些實施形態中,硬化前的熔解黏度為約30~300Pa·s。
此外,雖然本發明的感光性黏合劑組成物在硬化前狀態下具有一定的黏合性,但可藉由對其照射UV輻射來降低該黏合性。因此,本發明的感光性黏合劑組成物可依據UV輻射控制黏合性。
具體而言,如上所述,本發明的感光性黏合劑組成物在硬化前、蝕刻及灰化步驟後的狀態下,相對於能夠藉由UV輻射剝離之背磨膠帶,在25℃的黏性通常大於3.0N/25mm。由於本發明的感光性黏合劑組成物在進行使有機材料加速劣化之蝕刻處理及灰化處理等特定處理之後,仍對背磨膜具有充分的黏性,因此對由本發明的感光性黏合劑組成物形成之半導體晶圓實施切割處理時仍能夠牢固固定半導體晶圓,因此能夠提高切割精度。
因此,在本發明的一些實施形態中,上述黏性(亦即黏合強度)為3.5~10.0N/25mm。
另一方面,本發明的感光性黏合劑組成物在硬化前及UV輻射後的狀態下,相對於能夠藉由UV輻射剝離之背磨膠帶,在50℃的黏性通常為0.5N/25mm。由於本發明的感光性黏合劑組成物在UV輻射時對背磨膠帶的膠黏性少,因此切割步驟後夾取晶片時,容易分離切割膠帶與塗膜,因此,防止晶片破損等潛在缺陷。
此外,藉由降低黏性(亦即膠黏性),例如,能夠抑制本發明的感光性黏合劑組成物在切割步驟中黏著到切割刀片,在安裝步驟中黏著到筒夾。其結果,能夠抑制切割或夾取失誤的發生。
因此,在本發明的一些實施形態中,上述黏性為0.05N/25mm~0.4N/25mm。
此外,上述UV輻射步驟為用365nm波長的光,以累積光量達到600mJ/cm2
的曝光劑量進行輻射之步驟。在一些實施形態中,光源的曝光劑量在約100~500mJ/cm2
的範圍內。在另一些實施形態中,光源的曝光劑量在約150~400mJ/cm2
的範圍內。在又一些實施形態中,光源的曝光劑量在約200~250mJ/cm2
的範圍內。
認為藉由使用本發明的感光性組成物能夠形成解析度非常高的圓形通孔。通孔的解析度可在1~100μm的範圍內。在一些實施形態中,通孔的解析度可在3~30μm的範圍內。在又一些實施形態中,通孔的解析度可在5~15μm的範圍內。
此外,在以上實施形態中所用的背磨UV剝離膠帶通常由丙烯酸樹脂製成。然而,亦能夠使用能夠帶來上述結果的任意膠帶。
因此,如上所述,在本發明的一些實施形態中,感光性組成物可溶於鹼性顯影劑。
此外,如上所述,在本發明的一些實施形態中,依本發明之電子和/或半導體器件包括積層半導體器件,其中前述積層體包含依本發明之感光性組成物。
在本發明的一些實施形態中,半導體器件包含進一步包含依本發明之感光性組成物之再分配層(RDL)結構。
此外,如上所述,在本發明的一些實施形態中,半導體器件包含進一步包含依本發明之感光性組成物之晶片堆疊結構。
如上所述,在本發明的又一些實施形態中,半導體器件包含進一步包含依本發明之感光性組成物之互補式金屬氧化物半導體(CMOS)影像感測器壩結構。
又,如上所述,在本發明的一些實施形態中,由依本發明之感光性組成物形成膜。如上所述,該種膜通常顯示出優異之化學、機械、彈性性能,該等性能在具有優異之介電特性之電子、光電子、微機電應用中具有廣泛用途。
因此,在本發明的一些實施形態中,提供一種微電子器件或光電子器件,其包含一種以上的再分配層(RDL)結構、晶片堆疊結構、CMOS影像感測器壩結構,其中前述結構進一步包含依本發明之感光性組成物。
此外,在本發明的一些實施形態中,提供一種形成用於製造微電子器件或光電子器件之膜之方法,其包括:
用依本發明的組成物塗佈合適的基板以形成膜之步驟;
藉由曝光於合適的輻射下,用遮罩對膜進行圖案化之步驟;
曝光之後對膜進行顯影而形成光圖案之步驟;及
藉由加熱至合適的溫度使膜硬化之步驟。
能夠藉由本說明書中記載之任意塗佈步驟和/或本領域技術人員習知之旋塗等塗佈步驟,將本發明的感光性組成物塗佈於基板。
又,依本發明的方法之顯影能夠藉由使用水性顯影劑等任意習知之顯影技術來進行。
在本發明的一些實施形態中,依本發明的方法使用的顯影劑為氫氧化四甲基銨(TMAH)水溶液。
又,在本發明的一些實施形態中,在硬化步驟之前,在130℃~160℃的溫度下,首先對基板進行20分鐘~60分鐘的硬烤。
最後,在本發明的另一些實施形態中,在170℃~200℃的溫度下,以5℃的增量加熱斜率硬化1~5小時。
[實施例]
通常,用於形成本發明的感光性組成物之聚合物在文獻為已知,且依據習知步驟製備。例如參考美國專利第9,696,623 B2號,其相關部分藉由參考引入本說明書中。
實施例1
通常能夠使用本說明書中記載之任意聚合物。例如,將本說明書中記載之聚降莰烯衍生物的三元共聚物溶解於丙二醇甲醚乙酸酯(PGMEA)等合適的溶劑,並在適當大小的琥珀色HDPE瓶中將其與以每100份樹脂的份(pphr)表示之特定量的表1所示之添加劑進行了混合。將混合物搖晃18小時,生成了均質溶液。藉由用0.45µm細孔的聚四氟乙烯(PTFE)盤式過濾器,在35psi壓力下,過濾聚合物溶液來去除了顆粒污染,將經過濾之聚合物溶液收集在低顆粒HDPE琥珀色瓶內,並在5℃保存了該溶液。
表1
成分(pphr) | 實施例1 | 比較例1 |
三元共聚物 | 100 | 100 |
光活性化合物 | 14 | 15.5 |
三官能環氧化合物 | 7 | 20 |
四官能環氧化合物 | 14 | 0 |
黏接促進劑套組 | 13.5 | 13.5 |
抗氧化劑套組 | 3 | 11.5 |
多官能酚類化合物套組 | 17 | 23 |
將如此形成之組成物置於室溫,並用旋塗法,起初以200rpm、10秒,之後以500rpm、30秒塗佈於複數個125mm直徑的矽晶圓(厚度:625µm)。將如此形成之基板在120℃的加熱板上放置4分鐘,藉此獲得了約2微米(µm)厚的聚合物膜。藉由125~500mJ/cm2
範圍的曝光能量對各聚合物膜進行了成像曝光。然後,利用旋覆浸沒顯影方法,將各膜2次浸漬於0.26N的TMAH中5秒,藉此對各膜進行了顯影。顯影步驟之後,藉由噴灑5秒去離子水來沖洗各晶圓,之後以3000rpm進行了15秒的旋轉乾燥。
圖1表示使用本發明的各組成物,以不同曝光能量獲得之光刻圖像。具體而言,圖1A~1D表示利用步進機及光罩對準曝光機,分別以125mJ/cm2
、175mJ/cm2
、225mJ/cm2
及300mJ/cm2
的閾值曝光劑量拍攝的光刻圖像。
比較例1
製備了基本上與實施例1相同的組成物,但未包含四官能環氧化合物套組而包含一些表1所示之用於實施例2及3中記載之對比試驗中的其他添加劑。
實施例2
晶片剪切強度測量
將實施例1中記載之組成物旋塗於矽晶圓上,並以120℃烘烤4分鐘,藉此獲得了10µm厚的膜。將膜在150℃硬烤了40分鐘。然後,將晶圓單片化為10mmx20mm的晶片。接著,將晶片置於150℃的加熱板,同時以1kg-f的力,經1秒將各個4mmx4mm的矽晶片壓在經塗佈之單片化晶片的表面。將經黏合之晶片移入氮烘箱,將實施例1的組成物以180℃硬化了2小時。硬化之後,將晶片組件移至加熱台(260℃),並從包含實施例1的組成物之10mmx20mm的晶片切出4mmx4mm的晶片。測量並記錄了晶片剪切力。
同樣地,除了使用比較例1的組成物以外,基本上以與上述方法相同的方法製備了樣品。
圖2表示晶片剪切測量中獲得之結果。從該數據可知,實施例1的組成物明顯優於比較例1。
實施例3
將實施例1中記載之組成物旋塗於合適的基板上,並以120℃烘烤了4分鐘。然後用汞汽燈(200~450nm),將塗膜成像曝光於合適的光化輻射。然後用氫氧化四甲基銨(TMAH)顯影劑對經曝光的基板進行顯影以露出未曝光區域。然後將基板加熱至約150℃~240℃範圍的溫度長達2小時以使本發明的組成物完全硬化。然後將硬化樣品暴露於酸性蝕刻劑以去除任意氧化的表面。將蝕刻劑溫度在從室溫至50℃的溫度範圍內保持了5分鐘~15分鐘。在蝕刻步驟之後,用光學顯微鏡觀察聚合物樣品,以觀察是否在蝕刻步驟中發生了剝離或過度蝕刻。比較實施例1與比較例1時,依本發明製備的各種組成物示出了較少剝離。
本發明藉由一些上述實施例進行了說明,但並不受其限定,應理解本發明包括上述記載之一般範圍。在不脫離本發明的精神和範圍的情況下,可以實現各種修改及實施形態。
無
以下,參閱以下附圖和/或圖像對依本發明之實施形態進行說明。提供附圖時,該附圖為本發明的各實施形態的簡化部分,且僅用於例示目的。
圖1A~圖1D表示在各種曝光劑量下由本發明的組成物形成之光刻圖像。
圖2表示相較於比較組成物之本發明的組成物的晶片剪切強度。
Claims (25)
- 一種感光性組成物,其包括: a)聚合物,具有: 衍生自通式(I)的單體之通式(IA)的第一類型的重複單元:(IA)(I); 衍生自通式(II)的單體之通式(IIA)的第二類型的重複單元:(IIA)(II);及 衍生自通式(III)的單體之通式(IIIA)的第三類型的重複單元:(IIIA)(III), 其中:表示與另一重複單元鍵結之位置; a為0~3的整數; b為1~4的整數; c為1~4的整數; R1 選自包括氫、甲基、乙基、正丙基、異丙基及正丁基的群組; R18 選自-(CH2 )s -、-(CH2 )t -OCH2 –或-(CH2 )t -(OCH2 CH2 )u -OCH2 -, 其中 s為0~6的整數, t為0~4的整數, u為0~3的整數, R19 係-(CH2 )v -CO2 R20 ,其中v為0~4的整數,且 R20 係氫或C1 -C4 烷基; b)光活性化合物,包含通式(A)的重氮醌部分:(A); c)多官能交聯劑,選自包括如下之群組: 通式(IV)的化合物:(IV)及 通式(V)的化合物:(V), 其中: n為5~8的整數; A選自包括C、CH-(CR2 )d -CH及經取代或未經取代之芳基的群組,其中d為0~4的整數且R選自包括氫、甲基、乙基、正丙基、異丙基及正丁基的群組; B選自包括經取代或未經取代之(C2 -C6 )伸烷基及經取代或未經取代之芳基的群組; 其中該取代基選自包括鹵素、甲基、乙基、直鏈或支鏈(C3 -C6 )烷基、(C3 -C8 )環烷基、(C6 -C10 )芳基、(C7 -C12 )芳烷基、甲氧基、乙氧基、直鏈或支鏈(C3 -C6 )烷氧基、(C3 -C8 )環烷氧基、(C6 -C10 )芳氧基及(C7 -C12 )芳烷氧基的群組; d)酚類化合物,選自包括如下之群組:;; a-1 a-2;; a-3 a-4;及;及 a-5 a-6 d)通式(VI)的化合物:(VI), 其中d及e為1~4的整數; f及g為0~4的整數; R2 及R3 相同或不同,且各自獨立地選自氫、甲基、乙基、直鏈或支鏈C3 -C6 烷基、C3 -C8 環烷基、C6 -C10 芳基及C7 -C12 芳烷基;或者 R2 及R3 與該等所鍵結之碳原子一同形成5~8員經取代或未經取代之碳環,其中該取代基選自C1 -C8 烷基; R4 及R5 相同或不同,且各自獨立地選自氫、甲基、乙基、直鏈或支鏈(C3 -C6 )烷基、(C3 -C8 )環烷基、(C6 -C10 )芳基及(C7 -C12 )芳烷基。
- 如申請專利範圍第1項所述之感光性組成物,其中該聚合物的第一重複單元衍生自選自包括如下之群組的單體: 三氧雜壬基降莰烯(NBTON); 四氧雜十二烷基降莰烯(NBTODD); 5-(3-甲氧基丁氧基)甲基-2-降莰烯(NB-3-MBM);及 5-(3-甲氧基丙烷氧基)甲基-2-降莰烯(NB-3-MPM)。
- 如申請專利範圍第2項所述之感光性組成物,其中該聚合物的第二重複單元衍生自選自包括如下之群組的單體: 4-(雙環[2.2.1]庚-5-烯-2-基)-1,1,1-三氟-2-(三氟甲基)丁-2-醇(HFACH2 NB); 降莰烯基-2-三氟甲基-3,3,3-三氟丙-2-醇(HFANB);及 5-(雙環[2.2.1]庚-5-烯-2-基)-1,1,1-三氟-2-(三氟甲基)戊-2-醇(HFACH2 CH2 NB)。
- 如申請專利範圍第3項所述之感光性組成物,其中該聚合物的第三重複單元衍生自選自包括如下之群組的單體: 3-(雙環[2.2.1]庚-5-烯-2-基)乙酸(NBMeCOOH); 乙基3-(雙環[2.2.1]庚-2-烯-2-基)丙酸酯(EPEsNB); 雙環[2.2.1]庚-5-烯-2-羧酸(酸NB);及 降莰烯基丙酸(NBEtCOOH)。
- 如申請專利範圍第1項所述之感光性組成物,其中該聚合物係衍生自選自包括如下之群組中的3個單體之三元共聚物: 三氧雜壬基降莰烯(NBTON); 四氧雜十二烷基降莰烯(NBTODD); 5-(3-甲氧基丁氧基)甲基-2-降莰烯(NB-3-MBM); 5-(3-甲氧基丙烷氧基)甲基-2-降莰烯(NB-3-MPM); 4-(雙環[2.2.1]庚-5-烯-2-基)-1,1,1-三氟-2-(三氟甲基)丁-2-醇(HFACH2 NB); 降莰烯基-2-三氟甲基-3,3,3-三氟丙-2-醇(HFANB); 5-(雙環[2.2.1]庚-5-烯-2-基)-1,1,1-三氟-2-(三氟甲基)戊-2-醇(HFACH2 CH2 NB); 3-(雙環[2.2.1]庚-5-烯-2-基)乙酸(NBMeCOOH); 乙基3-(雙環[2.2.1]庚-2-烯-2-基)丙酸酯(EPEsNB); 雙環[2.2.1]庚-5-烯-2-羧酸(酸NB);及 降莰烯基丙酸(NBEtCOOH)。
- 如申請專利範圍第1項所述之感光性組成物,其中通式(VI)的化合物選自包括如下之群組: 2,2'-亞甲基二苯酚; 4,4'-亞甲基二苯酚; 2,2'-(乙烷-1,1-二基)二酚; 4,4'-(乙烷-1,1-二基)二酚; 2,2'-(丙烷-1,1-二基)二酚; 4,4'-(丙烷-1,1-二基)二酚; 2,2'-(丙烷-2,2-二基)二酚; 4,4'-(丙烷-2,2-二基)二酚; 2,2'-(4-甲基戊烷-2,2-二基)二酚; 4,4'-(4-甲基戊烷-2,2-二基)二酚; 2,2'-(5-甲基庚烷-3,3-二基)二酚; 4,4'-(5-甲基庚烷-3,3-二基)二酚; 4,4'-(丙烷-2,2-二基)雙(2-環己基苯酚); 4,4'-(2-甲基丙烷-1,1-二基)雙(2-環己基-5-甲苯酚); 5,5''-(環己烷-1,1-二基)雙(([1,1'-聯苯]-2-醇)); 4,4'-(環己烷-1,1-二基)雙(2-環己基苯酚); 4,4'-(4-甲基環己烷-1,1-二基)二酚; 2-環己基-4-(2-(4-羥苯基)丙-2-基)-5-甲苯酚; 6,6'-亞甲基雙(2-(三級-丁基)-4-甲苯酚); 6,6'-(2-甲基丙烷-1,1-二基)雙(2,4-二甲苯酚); 4,4'-(2-甲基丙烷-1,1-二基)雙(2-(三級-丁基)-5-甲苯酚); 及任意組合該等的混合物。
- 如申請專利範圍第1項所述之感光性組成物,其中通式(VI)的酚類化合物選自包括如下之群組: 2,2'-(4-甲基戊烷-2,2-二基)二酚; 4,4'-(4-甲基戊烷-2,2-二基)二酚; 2,2'-(5-甲基庚烷-3,3-二基)二酚; 4,4'-(5-甲基庚烷-3,3-二基)二酚; 及任意組合該等的混合物。
- 如申請專利範圍第1項所述之感光性組成物,其還包含一種以上的選自包括如下之群組的化合物: 三乙氧基(3-(環氧乙烷-2-基甲氧基)丙基)矽烷; 3,3,10,10-四甲氧基-2,11-二氧雜-3,10-二矽十二烷; 4,4,13,13-四乙氧基-3,14-二氧雜-8,9-二硫雜-4,13-二矽十六烷; 2,2'-((2-羥基-5-甲基-1,3-伸苯基)雙(亞甲基))雙(4-甲苯酚); 6,6’-亞甲基雙(2-(2-羥基-5-甲基苄基)-4-甲苯酚); 雙(4-(2-苯基丙-2-基)苯基)胺; 雙(4-(三級-丁基)苯基)胺; 雙(4-甲氧基苯基)胺; 雙(4-乙基苯基)胺; 及任意組合該等的混合物。
- 如申請專利範圍第1項所述之感光性組成物,其還包含一種以上的選自包括酚樹脂、調平劑、抗氧化劑、阻燃劑、塑化劑、矽烷偶合劑及硬化促進劑之群組中的化合物。
- 如申請專利範圍第1項所述之感光性組成物,其可溶於鹼性顯影劑。
- 一種半導體器件或光電子器件,其包含積層之半導體元件或黏合元件,該元件由申請專利範圍第1項所述之感光性組成物組成。
- 一種包含晶片堆疊結構之半導體器件,其中該晶片堆疊結構進一步包含申請專利範圍第1項所述之感光性組成物。
- 一種膜,其包含申請專利範圍第1項所述之組成物。
- 一種微電子器件或光電子器件,其包含再分配層(RDL)結構、晶片堆疊結構、CMOS影像感測器壩結構中的一種以上,該結構進一步包含申請專利範圍第1項所述之組成物。
- 一種形成用於製造微電子器件或光電子器件之膜之方法,該方法包括: 用申請專利範圍第1項所述之組成物塗佈合適的基板以形成膜之步驟; 藉由曝光於合適的輻射下,用遮罩對膜進行圖案化之步驟; 曝光之後對膜進行顯影以形成光圖案之步驟;及 藉由加熱至合適的溫度使膜硬化之步驟。
- 如申請專利範圍第20項所述之方法,其中該塗佈步驟藉由旋塗進行。
- 如申請專利範圍第20項所述之方法,其中該顯影步驟藉由水性顯影劑進行。
- 如申請專利範圍第22項所述之方法,其中該顯影劑為氫氧化四甲基銨(TMAH)水溶液。
- 如申請專利範圍第20項所述之方法,其中在該硬化之前,在130℃~160℃的溫度下,首先對該基板進行20分鐘~60分鐘的硬烤。
- 如申請專利範圍第20項所述之方法,其中該硬化在170℃~200℃的溫度下,以5℃的增量加熱斜率進行1~5小時。
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