TWI432483B - 聚合物及含其之感光性樹脂組成物 - Google Patents

聚合物及含其之感光性樹脂組成物 Download PDF

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Description

聚合物及含其之感光性樹脂阻成物
本發明係關於使用於半導體元件之層間絕緣膜(鈍化膜(passivation film))、表面保護膜(被覆膜(overcoat film))及高密度實裝基板用絕緣膜等之感光性樹脂組成物。更詳而言之，本發明係關於對一般溶劑之溶解性高，可高膜厚塗佈及鹼性顯影之同時，可獲得解像度高的硬化物，適合於表面保護膜、層間絕緣膜及高密度實裝基板用絕緣膜之用途的感光性樹脂組成物。
以往，電子機器之半導體元件所使用之表面保護膜及層間絕緣膜等中，係廣泛使用耐熱性及機械特性等為優異之聚醯亞胺系樹脂。再者，由於半導體元件之高積體化，為了膜形成精度的提升而有各種提案之經賦予感光性之感光性聚醯亞胺樹脂中，多數使用側鏈聚合性負型感光性聚醯亞胺。
例如專利文獻1揭示使用具有丙烯酸系側鏈之芳香族聚醯亞胺前驅物之感光性組成物。然而，該感光性組成物由於光穿透率的問題而對於高膜厚的對應有困難，同時有硬化後的殘留應力大的問題。更甚者，由於溶劑顯影對於環境及安全亦有問題。又，由於必須使用有機溶劑作為顯影劑，期望鹼性顯影型的感放射線性樹脂組成物的開發。
為解決該等問題，從以往已有多種提案。例如專利文獻2及3中，提案可鹼性顯影之正型感光性聚醯亞胺組成物。然而，該感光性聚醯亞胺組成物之塗佈性難謂必然良好，例如對於15μm以上之高膜厚的對應有困難。再者，亦有難以獲得充分的高解像度的問題。因此，存在有問題於對於要求高膜厚塗佈及高解像度的表面保護膜、層間絕緣膜及高密度實裝基板用絕緣膜用途的對應有困難。雖已有其他多數的專利提出申請，但充分地滿足半導體元件的高積體化、薄型化等所要求的特性，則有困難。
〔專利文獻1〕日本特開昭63－125510號公報〔專利文獻2〕日本特開平3－204649號公報〔專利文獻3〕日本特開平3－209478號公報
有鑒於該等先前技術所具有的問題點，本發明之課題係提供對於一般溶劑的溶解性高，可高膜厚塗佈及鹼性顯影，同時可獲得解像度及機械強度高的硬化物，適合於表面保護膜、層間絕緣膜及高密度實裝基板用絕緣膜用途之閉環系聚醯亞胺聚合物及含其之感光性樹脂組成物。
本發明者們為達成上述課題，致力研究的結果發現，根據以下的構成可達成上述課題，而完成本發明。
亦即，本發明係提供以下所示之聚合物及感光性樹脂組成物。
[1]一種聚合物，含有通式(1)所示重複單位及通式(3)所示重複單位， (上述通式(1)中，X表示4價之芳香族或脂肪族之烴基，A表示下述通式(2)所示2價基) (上述通式(2)中，R1 表示2價基，R2 相互獨立地表示氫原子、醯基、或烷基，n1 及n2 表示0至2之整數，n1 及n2 之至少一者為1以上，R2 之至少一者為氫原子) (上述通式(3)中，X表示4價之芳香族或脂肪族之烴基，B表示碳數2至20之經取代或未經取代之伸烷基，或下述通式(4)所示2價基) (上述通式(4)中，Z表示碳數2至20之經取代或未經取代之伸烷基)。
[2]如[1]之聚合物，其中，該式(1)及式(3)中之X為4價之脂肪族烴基。
[3]一種感光性樹脂組成物，係含有(A)上述[1]或[2]之聚合物，(B)光酸產生劑，以及(C)交聯劑。
[4]如[3]之感光性樹脂組成物，其中，更含有酚樹脂。
[5]如[3]或[4]之感光性樹脂組成物，其中，該(C)交聯劑具有經烷氧基烷基化胺基。
本發明之新穎閉環系聚醯亞胺聚合物及含其之感光性樹脂組成物，顯示的效果為對於一般溶劑的溶解性高，可高膜厚塗佈及鹼性顯影，同時可獲得解像度及機械強度高的硬化物，適合於表面保護膜、層間絕緣膜及高密度實裝基板用絕緣膜用途。
以下，雖說明本發明實施之最佳形態，但本發明並不限定為以下的實施形態，只要不悖離本發明意旨的範疇，於本技術領域中具有通常知識者，可對以下的實施形態做適當的變換，且可理解該等改良等亦落入本發明之範疇。
1.(A)聚合物：
本發明之(A)聚合物，係含有上述通式(1)所示重複單位，及上述通式(3)所示重複單位者。以下詳細說明。
上述通示(1)中之X為4價之芳香族烴基或4價之脂肪族烴基，較佳為4價之脂肪族烴基。4價之芳香族烴基的具體例可列舉芳香族烴基的母骨架的4個氫經取代之4價基。
芳香族烴基可列舉例如以下所示之基。
4價脂肪族烴基可列舉鏈狀烴基、脂環式烴基、烷基脂環式烴基等。更具體而言，可列舉鏈狀烴基、脂環式烴或烷基脂環式烴的母骨架的4個氫經取代之4價基。又，該等4價脂環式烴基可為其構造中至少一部份含有芳香族環者。本文中，鏈狀烴可列舉乙烷、正丙烷、正丁烷、正戊烷、正己烷、正辛烷、正癸烷、正十二烷等。脂環式烴，具體而言，可列舉單環式烴、二環式烴、三環以上的烴等。
單環式烴可列舉環丙烷、環丁烷、環戊烷、環戊烯、環己烷、環己烯、環辛烷等。二環式烴可列舉雙環[2.2.1]庚烷、雙環[3.1.1]庚烷、雙環[3.1.1]庚－2－烯、雙環[2.2.2]辛烷、雙環[2.2.2]辛－7－烯等。而三環以上的烴可列舉三環[5.2.1.02,6 ]癸烷、三環[5.2.1.02,6 ]癸－4－烯、金剛烷、四環[6.2.1.13,6 .02,7 ]十二烷等。
烷基脂環式烴可列舉將上述脂環式烴以甲基、乙基、丙基、丁基等烷基取代者。更具體而言，可列舉甲基環戊烷、3－乙基－1－甲基－1－環己烯、3－乙基－1－環己烯等。再者，其構造中至少部份含有芳香族環的4價脂肪族烴基，較佳為一分子中含有芳香族環的數為3以下者，特佳為1者。更具體而言可列舉1－乙基－6－甲基－1,2,3,4－四氫萘、1－乙基－1,2,3,4－四氫萘等。
X較佳之4價基的母核可列舉正丁烷、環丁烷、環戊烷、環己烷、雙環[2.2.1]庚烷、雙環[2.2.2]辛烷、雙環[2.2.2]辛－7－烯、四環[6.2.1.13,6 .02,7 ]十二烷、甲基環戊烷等。
X更佳為下示者 。
再者，X特佳為下示者 ，且最佳為下示者 。該等X可一種單獨或二種以上組合使用。
上述通式(1)中之A為上述通式(2)所示之2價基。上述通式(2)中之R1 為2價基。R1 之具體例可列舉氧原子、硫原子、碼基(sulfon group)、羰基、亞甲基、伸烷基(亞甲基除外)、二甲基亞甲基及雙(三氟甲基)亞甲基等。
上述通式(2)中之R2 相互獨立地表示氫原子、醯基、或烷基。較佳醯基可列舉甲醯基、乙醯基、丙醯基、丁醯基、異丁醯基等；較佳之烷基可列舉例如甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、正戊基、正己基、正辛基、正癸基、正十二烷基等。又，R2 之至少一者為氫原子。再者，上述通式(2)中之nl 及n2 為0至2之整數，n1 及n2 之至少一者為1以上。
A較佳為下示者 ，A更佳為下示者 。
上述通式(3)中之X為4價芳香族烴基或4價脂肪族烴基。該通式(3)中之X可列舉與上述通式(1)中之X相同者作為較佳例。
上述通式(3)中之B為碳數2至20之經取代或未經取代之伸烷基，或上述通式(4)所示2價基。碳數2至20之經取代或未經取代之伸烷基，具體而言較佳為碳數4以上之伸烷基。碳數4以上之伸烷基，例如可列舉1,4－伸丁基等碳數4之伸烷基；1,5－伸戊基等碳數5之伸烷基；2－甲基－1,5－伸戊基、1,6－伸己基等碳數6之伸烷基；1,10－伸癸基、1,12－伸十二烷基等碳數7至20之伸烷基等。該等之中，由提升聚合物對溶劑之溶解性的理由，較佳為碳數6以上之伸烷基，更佳為碳數7至20之伸烷基。
上述通式(4)中之Z為碳數2至20之經取代或未經取代之伸烷基。碳數2至20之經取代或未經取代之伸烷基，具體而言較佳為碳數3以上之伸烷基。碳數3以上之伸烷基，例如可列舉1,3－伸丙基、2,2－二甲基伸丙基、1,4－伸丁基、1,5－伸戊基等碳數3至5之伸烷基；2－甲基－1,5－伸戊基、1,6－伸己基等碳數6之伸烷基；1,10－伸癸基、1,12－伸十二烷基等碳數7至20之伸烷基等。
上述通式(4)所示2價基更佳為下述者 。
(A)聚合物通常可經由將下述通式(5)所示單體(以下亦稱為「單體(5)」)、下述通式(6)所示單體(以下亦稱為「單體(6)」)，及下述通式(7)所示單體(以下亦稱為「單體(7)」)，於聚合溶劑中反應而合成聚醯胺酸，再進行醯亞胺化而獲得。聚烯胺酸的合成順序，一般而言，已知的以下二種類方法中，可以任一方法合成。亦即，(i)於聚合溶劑中溶解單體(6)及單體(7)後，與單體(5)反應的方法；(ii)於聚合溶劑中溶解單體(5)後，與單體(7)反應，再與單體(6)反應的方法。
H2 N－B－NH2 ………(7)
又，上述通式(5)中之X為與上述通式(1)中之X相同，上述通式(6)中之R1 、R2 、n1 及n2 為與上述通式(2)中之R1 、R2 、n1 及n2 為相同，上述通式(7)中之B為與上述通式(3)中之B相同。
聚合溶劑通常使用N,N－二甲基甲醯胺、N,N－二甲基乙醯胺、N－甲基－2－吡咯啶酮、γ－丁內醯胺、二甲基亞碸等非質子性溶劑；甲酚等質子性溶劑。再者，必要時亦可加入甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、2－甲氧基乙醇、2－乙氧基乙醇、2－(2－甲氧基乙氧基)乙醇、2－(2－乙氧基乙氧基)乙醇等醇溶劑；二甘醇二甲醚(diglyme)、三甘醇二甲醚等醚溶劑；甲苯、二甲苯等芳香族烴溶劑。
醯亞胺化反應，通常已知為加熱醯亞胺化反應與化學醯亞胺化反應，較佳為經由加熱醯亞胺化反應合成(A)聚合物。加熱醯亞胺化反應通常係將醯胺酸之合成溶液，於120至210℃加熱1至16小時而進行。又，必要時亦可同時使用甲苯、二甲苯等共沸溶劑除去反應系的水而進行反應。
(A)聚合物經由凝膠滲透層析(GPC)所測定之聚苯乙醯換算重量平均分子量(以下亦稱「Mw」)，通常為2,000至500,000，較佳為3,000至200,000左右。Mw未達2,000時，絕緣膜有無法獲得充分機械特性的傾向。另外，Mw超過500,000時，使用該(A)聚合物所得之感光性樹脂組成物有對於溶劑及顯影液之溶解性缺乏的傾向。
(A)聚合物之全單體(單體(5)＋單體(6)＋單體(7))中，單體(5)所佔比例通常為40至60莫耳%，較佳為45至55莫耳%。全單體中，單體(5)所佔比例未達40莫耳%、或超過60莫耳%時，所得(A)聚合物的分子量有降低傾向。再者，使用二胺化合物的情況中，相對於單體(6)與單體(7)的合計，單體(6)的比例通常為10至99莫耳%，較佳為20至95莫耳%，更較佳為30至90莫耳%。
2.感光性樹脂組成物
其次，說明本發明之感光性樹脂組成物。本發明之感光性樹脂組成物含有上述(A)聚合物、(B)光酸產生劑及(C)交聯劑。以下詳細說明。
((B)光酸產生劑)
本發明之感光性樹脂組成物中所含有之(B)光酸產生劑係經由放射線的照射(以下亦稱為「曝光」)而產生酸的化合物。具有此等性質之(B)光酸產生劑為碘鎓鹽化合物、硫鎓鹽化合物、碸化合物、磺酸酯化合物、含鹵化合物、磺醯亞胺化合物、重氮甲烷化合物等化學增幅系之光酸產生劑；重氮酮系化合物等萘醌二疊氮(NQD)系光酸產生劑。
碘鎓鹽化合物可列舉二苯基碘鎓三氟甲烷磺酸鹽、二苯基碘鎓九氟丁烷磺酸鹽、二苯基碘鎓芘磺酸鹽、二苯基碘鎓十二烷基苯磺酸鹽、二苯基碘鎓六氟銻酸鹽、雙(4－第三丁基苯基)碘鎓三氟甲烷磺酸鹽、雙(4－第三丁基苯基)碘鎓九氟丁烷磺酸鹽、雙(4－第三丁基苯基)碘鎓樟腦磺酸鹽、雙(4－第三丁基苯基)碘鎓對甲苯磺酸鹽等。
硫鎓鹽化合物可列舉三苯基硫鎓三氟甲烷磺酸鹽、三苯基硫鎓九氟丁烷磺酸鹽、三苯基硫鎓樟腦磺酸鹽、三苯基硫鎓萘磺酸鹽、4－羥基苯基．苄基．甲基硫鎓對甲苯磺酸鹽、4－(苯基硫基)苯基．二苯基硫鎓六氟磷酸鹽、4,7－二－正丁氧基－1－萘基四氫噻吩鎓三氟甲烷磺酸鹽、4,7－二－正羥基－1－萘基四氫噻吩鎓三氟甲烷磺酸鹽、4,7－二－正丁氧基－1－萘基四氫噻吩鎓六氟磷酸鹽、4－正丁氧基－1－萘基四氫噻吩鎓三氟甲烷磺酸鹽等。
碸化合物可列舉β－酮基碸、β－磺醯基碸、及該等之α－重氮化合物等。更具體而言可列舉苄醯甲基苯基碸、均三甲苯基苄醯甲基碸、雙(苯基磺醯基)甲烷、4－三苄醯甲基碸等。
磺酸酯化合物可列舉烷基磺酸酯、鹵烷基磺酸酯、芳基磺酸酯、亞胺基磺酸酯等。更具體而言，可列舉苯偶因對甲苯磺酸酯、五倍子酚參(三氟甲烷)磺酸酯、五倍子酚甲烷磺酸三酯、硝苄基－9,10－二乙氧基蒽－2－磺酸酯、α－羥甲基苯偶因對甲苯磺酸酯、α－羥甲基苯偶因辛烷磺酸酯、α－羥甲基苯偶因三氟甲烷磺酸酯、α－羥甲基苯偶因十二烷基磺酸酯等。
含鹵化合物可列舉含鹵烷基之烴化合物、含鹵烷基之雜環式化合物等。較佳之含鹵化合物之具體例可列舉1,1－雙(4－氯苯基)－2,2,2－三氯乙烷、苯基－雙(三氯甲基)－s－三嗪、4－甲氧基苯基－雙(三氯甲基)－s－三嗪、苯乙烯基－雙(三氯甲基)－s－三嗪、4－甲氧基苯乙烯基－雙(三氯甲基)－s－三嗪、萘基－雙(三氯甲基)－s－三嗪等，或下述通式(8)所示之s－三嗪衍生物。
上述通式(8)中，R3 表示氫原子、碳數1至4之烷基、或碳數1至4之烷氧基，Y表示鹵原子，Q表示氧原子或硫原子。
上述通式(8)所示之s－三嗪衍生物係於g線、h線、i線範圍中具有廣泛吸收，且相較於具有其他三嗪骨架之一般感放射線性酸產生劑為酸產生率高，可獲得殘膜率高且為絕緣性之硬化物。又，上述通式(8)中，R3 所表示之碳數1至4之烷基，可列舉甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、第二丁基、第三丁基等。再者，碳數1至4之烷氧基可列舉甲氧基、乙氧基、丙氧基、異丙氧基、正丁氧基、異丁氧基、第二丁氧基等。又，上述通式(8)中，R3 較佳為氫原子或碳數1至4之烷基，更佳為氫原子、甲基或乙基。
再者，上述通式(8)中，Y所表示之鹵原子較佳為氟原子、氯原子、溴原子或碘原子，更佳為氯原子。此外，上述通式(8)中，Q較佳為氧原子。
上述通式(8)所示之s－三嗪衍生物之具體例可列舉2－[2－(呋喃－2－基)乙烯基]－4,6－雙(三氯甲基)－s－三嗪(Q＝O,R3 ＝H,Y＝Cl)、2－[2－(5－甲基呋喃－2－基)乙烯基]－4,6－雙(三氯甲基)－s－三嗪(Q＝O，R3 ＝CH3 ，Y＝Cl)等。又，該等s－三嗪衍生物可一種單獨或二種以上組合使用。
磺醯亞胺化合物可列舉N－(三氟甲基磺醯基氧基)琥珀醯亞胺、N－(三氟甲基磺醯基氧基)酞醯亞胺、N－(三氟甲基磺醯基氧基)二苯基馬來醯亞胺、N－(三氟甲基磺醯基氧基)二環[2.2.1]庚－5－烯－2,3－二羧醯亞胺、N－(三氟甲基磺醯基氧基)萘醯亞胺等。
重氮甲烷化合物可列舉雙(三氟甲基磺醯基)重氮甲烷、雙(環己基磺醯基)重氮甲烷、雙(苯基磺醯基)重氮甲烷等。
再者，重氮酮化合物可列舉1,3－二酮基－2－重氮化合物、重氮苯并醌化合物、重氮萘醌化合物等。較佳之重氮酮化合物之具體例可列舉酚類之1,2－萘醌疊氮－4－磺酸酯化合物。
上述化合物中，較佳為硫鎓鹽化合物、碸化合物、含鹵化合物、重氮酮化合物、磺醯亞胺化合物、重氮甲烷化合物，更佳為硫鎓鹽化合物、含鹵化合物。特佳為4－(苯基硫基)苯基．二苯基硫鎓六氟磷酸鹽、4,7－二－正丁氧基－1－萘基四氫噻吩鎓三氟甲烷磺酸鹽、4,7－二－正羥基－1－萘基四氫噻吩鎓三氟甲烷磺酸鹽、4,7－二－正丁氧基－1－萘基四氫噻吩鎓六氟磷酸鹽、4－正丁氧基－1－萘基四氫噻吩鎓三氟甲烷磺酸鹽、4－甲氧基苯基－雙(三氯甲基)－s－三嗪、苯乙烯基－雙(三氯甲基)－s－三嗪、4－甲氧基苯乙烯基－雙(三氯甲基)－s－三嗪。又，該等(B)光酸產生劑可一種單獨或二種以上組合使用。
(B)光酸產生劑的含有比例，相對於(A)聚合物100質量份(惟，於更含有(A)聚合物以外的其他聚合物時，相對於(A)聚合物與其他聚合物之合計100質量份)，通常為0.1至20質量份，較佳為0.5至10質量份。未達0.1質量份時，經由因曝光所產生之酸的觸媒作用恐有無法充分地發生化學變化的困難。另外，超過20質量份時，塗佈感光性樹脂組成物時發生塗佈不均勻，硬化後的絕緣性恐有降低之虞。
((C)交聯劑)
(C)交聯劑係經由熱或酸的作用，使樹脂等調配組合物或其他交聯劑分子形成結合的化合物。(C)交聯劑的具體例可列舉多官能(甲基)丙烯酸酯化合物、環氧化合物、羥基甲基取代之酚化合物、具有經烷氧基烷基化胺基之化合物等。該等之中，較佳為具有經烷氧基烷基化胺基之化合物。又，該等(C)交聯劑可一種單獨或二種以上組合使用。
多官能(甲基)丙烯酸酯化合物可列舉三羥甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、二(三羥甲基丙烷)四(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇三(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇四(甲基)丙烯酸酯、二(季戊四醇)五(甲基)丙烯酸酯、二(季戊四醇)六(甲基)丙烯酸酯、甘油三(甲基)丙烯酸酯、参(2－羥乙基)三聚異氰酸酯三(甲基)丙烯酸酯、乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、1,3－丁二醇二(甲基)丙烯酸酯、1,4－丁二醇二(甲基)丙烯酸酯、1,6－己二醇二(甲基)丙烯酸酯、新戊二醇(甲基)丙烯酸酯、二乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、三乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、二丙二醇二(甲基)丙烯酸酯、雙(2－羥乙基)三聚異氰酸酯二(甲基)丙烯酸酯等。
環氧化合物可列舉清漆型環氧樹脂、雙酚型環氧樹脂、脂環式環氧樹脂、脂肪族環氧樹脂等。
羥基甲基取代之酚化合物可列舉2－羥基甲基－4,6－二甲基酚、1,3,5－三羥基甲基苯、3,5－二羥基甲基－4－甲氧基甲苯[2,6－雙(羥基甲基)－對甲酚]等。
具有經烷氧基烷基化胺基之化合物可列舉(多)羥甲基化三聚氰胺、(多)羥甲基化甘脲(glycoluril)、(多)羥甲基化苯并鳥糞胺、(多)羥甲基化尿素等之於一分子內具有複數個活性羥甲基之含氮化合物，其羥甲基之羥基的氧原子至少一者經甲基或丁基等烷基所取代之化合物。又，具有經烷氧基烷基化胺基之化合物為混合有複數個取代化合物之混合物，亦存在含有部份本身縮合而成之寡聚物成分者，且該二者皆可使用。
具有經烷氧基烷基化胺基之化合物之更具體例，可列舉下式(9)至(15)所示化合物等。
又，上述式(9)所示化合物(六(甲氧基甲基)三聚氰胺)以商品名「Cymel 300」(Cytec Industries公司製造)販售。再者，上述式(11)所示化合物(四(丁氧基甲基)甘脲)以商品名「Cymel 1170」(Cytec Industries公司製造)販售。
具有經烷氧基烷基化胺基之化合物特佳為六(甲氧基甲基)三聚氰胺(上述式(9))、四(甲氧基甲基)甘脲(上述通式(12))、四(丁氧基甲基)甘脲(上述通式(11))，最佳為六(甲氧基甲基)三聚氰胺(上述式(9))。
(D)交聯劑的含有比例，根據感光性樹脂組成物所形成之膜成為充分硬化的量而適宜地設定。具體而言，(D)交聯劑的含有比例，相對於(A)聚合物100質量份(惟，於更含有(A)聚合物以外的其他聚合物時，相對於(A)聚合物與其他聚合物之合計100質量份)，通常為5至50質量份，較佳為10至40質量份。未達5質量份時，所獲得絕緣層之耐溶劑性或耐鍍敷液性為不充分。另外，超過50質量份時，感光性樹脂組成物所形成之薄膜的顯影性恐有不充分之虞。
(其他聚合物(樹脂))
本發明之感光性樹脂組成物中，只要於不損及本發明效果的範圍，必要時可更含有上述(A)聚合物以外的其他聚合物(樹脂)。可含有的「其他聚合物(樹脂)」，並無特別限定，較佳為鹼可溶性者，再者，由於解像性變良好，更較佳為含有具酚性羥基之鹼可溶性樹脂(以下亦稱為「酚樹脂」)。
可含有之酚樹脂，可列舉清漆樹脂、聚羥基苯乙烯及其共聚物、酚－伸二甲苯二醇二甲基醚縮合樹脂、甲酚－伸二甲苯二醇二甲基醚縮合樹脂、酚－二環戊二烯縮合樹脂等。
清漆樹脂，具體而言可列舉酚/甲醛縮合清漆樹脂、甲酚/甲醛縮合清漆樹脂、酚－萘酚/甲醛縮合清漆樹脂等。
清漆樹脂可經由將酚類與醛類在觸媒存在下縮合而製得。此時所使用之酚類，例如可列舉鄰－甲酚、間－甲酚、對－甲酚、鄰－乙基酚、間－乙基酚、對－乙基酚、鄰－丁基酚、間－丁基酚、對－丁基酚、2,3－二甲苯酚、2,4－二甲苯酚、2,5－二甲苯酚、2,6－二甲苯酚、3,4－二甲苯酚、3,5－二甲苯酚、2,3,5－三甲基酚、3,4,5－三甲基酚、兒茶酚、間苯二酚、五倍子酚、α－萘酚、β－萘酚等。再者，醛類可列舉甲醛、伸甲醛、乙醛、苯甲醛等。
構成聚羥基苯乙烯之共聚物之羥基苯乙烯以外的單體，並無特別限定，具體而言可列舉苯乙烯、茚、對－甲氧基苯乙烯、對－丁氧基苯乙烯、對－乙醯氧基苯乙烯、對－羥基－α－甲基苯乙烯等苯乙烯衍生物；(甲基)丙烯酸、(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸正丙酯、(甲基)丙烯酸異丙酯、(甲基)丙烯酸正丁酯、(甲基)丙烯酸第二丁酯、(甲基)丙烯酸第三丁酯等(甲基)丙烯酸衍生物等；甲基乙烯基醚、乙基乙烯基醚、正丁基乙烯基醚、第三丁基乙烯基醚等乙烯基醚類；馬來酸酐、依康酸酐等酸酐衍生物。
酚樹脂的含有比例，相對於(A)聚合物與酚樹脂之合計100質量份，較佳為0至90質量份，更較佳為5至80質量份，特佳為10至70質量份。未滿5質量份時，含有該酚樹脂的效果有難以發揮的傾向。另外，超過90質量份時，膜的機械強度有降低的傾向。
再者，本發明之感光性樹脂組成物中，除了上述酚樹脂以外，亦可含有酚性低分子化合物。可含有之酚性低分子化合物的具體例，可列舉4,4’－二羥基二苯基甲烷、4,4’－二羥基二苯基醚、三(4－羥基苯基)甲烷、1,1－雙(4－羥基苯基)－1－苯基乙烷、三(4－羥基苯基)乙烷、1,3－雙[1－(4－羥基苯基)－1－甲基乙基]苯、1,4－雙[1－(4－羥基苯基)－1－甲基乙基]苯、4,6－雙[1－(4－羥基苯基)－1－甲基乙基]－1,3－二羥基苯、1,1－雙(4－羥基苯基)－1－[4－{1－(4－羥基苯基)－1－甲基乙基}苯基]乙烷、1,1,2,2－四(4－羥基苯基)乙烷等。
酚性低分子化合物之含有比例，相對於(A)聚合物100質量份(惟，於更含有(A)聚合物以外之其他聚合物時，相對於(A)聚合物與其他聚合物之合計100質量份)，較佳為0至100質量份，更較佳為1至60質量份，特佳為5至40質量份。未達1質量份時，含有該酚性低分子化合物的效果有難以發揮的傾向。另外，超過100質量份時，膜的機械強度有降低的傾向。
(溶劑)
本發明之感光性樹脂組成物為提升其取用性、調節黏度及保存安定性，只要不損及本發明效果的範圍，必要時，可含有有機系溶劑。可含有之有機系溶劑的種類並無特別限定，例如可適當使用N,N－二甲基甲醯胺、N,N－二甲基乙醯胺、N－甲基－2－吡咯啶酮、γ丁內酯、二甲基亞碸等非質子性溶劑；甲基甲酚等酚性質子性溶劑。
再者，本發明之感光性樹脂組成物於取代上述溶劑或與上述溶劑同時可含有丙二醇單烷基醚類、丙二醇二烷基醚類、丙二醇單烷基醚乙酸酯類、脂肪族醇類、乳酸酯類、脂肪族羧酸酯類、烷氧基脂肪族羧酸酯類、酮類等有機溶劑。
丙二醇單烷基醚類，可列舉丙二醇單甲基醚、丙二醇單乙基醚、丙二醇單丙基醚、丙二醇單丁基醚等。丙二醇二烷基醚類，可列舉丙二醇二乙基醚、丙二醇二丙基醚、丙二醇二丁基醚等。
丙二醇單烷基醚乙酸酯類，可列舉丙二醇單甲基醚乙酸酯、丙二醇單乙基醚乙酸酯、丙二醇單丙基醚乙酸酯、丙二醇單丁基醚乙酸酯等。脂肪族醇類，可列舉1－丁醇、2－丁醇、1－戊醇、2－戊醇、4－甲基－2－戊醇、1－己醇等。
乳酸酯類，可列舉乳酸甲酯、乳酸乙酯、乳酸正丙酯、乳酸異丙酯等。脂肪族羧酸酯類，可列舉醋酸正丙酯、醋酸異丙酯、醋酸正丁酯、醋酸異丁酯、醋酸正戊酯、醋酸異戊酯、丙酸異丙酯、丙酸正丁酯、丙酸異丁酯等。
烷氧基脂肪族羧酸酯類，可列舉3－甲氧基丙酸甲酯、3－甲氧基丙酸乙酯、3－乙氧基丙酸甲酯、3－乙氧基丙酸乙酯等。又，酮類可列舉2－庚酮、3－庚酮、4－庚酮、環戊酮、環己酮等。
該等溶劑中，較佳為乳酸乙酯、2－庚酮、環己酮、丙二醇單甲基醚、丙二醇單甲基醚乙酸酯、醋酸丁酯，特佳為乳酸乙酯、丙二醇單甲基醚。該等溶劑可一種單獨或二種以上組合使用。又，溶劑通常可以溶劑以外的成分合計含有比例為1至60質量%的方式加以使用。
(其他添加劑)
本發明之感光性樹脂組成物，只要於不損及本發明效果的範圍，必要時，可含有鹼性化合物、黏合助劑及界面活性劑等其他添加劑。
(鹼性化合物)
上述鹼性化合物，可列舉三乙基胺、三－正丙基胺、三－正丁基胺、三－正戊基胺、三－正己基胺、三－正庚基胺、三－正辛基胺、三－正壬基胺、三－正癸基胺、三－正十二烷基胺、正十二烷基二甲基胺等三烷基胺類，或吡啶、噠嗪、咪唑等含氮雜環化合物等。鹼性化合物之含量，相對於(A)聚合物100質量份，通常為5質量份以下，較佳為3質量份以下。鹼性化合物之含量，相對於(A)聚合物100質量份為超過5質量份時，光酸產生劑恐無法有充分機能之虞。
(黏合助劑)
本發明之感光性樹脂組成物為提升與基板的黏合性可含有黏合助劑。黏合助劑以官能性矽烷偶合劑為有效。本文中，官能性矽烷偶合劑係指具有羰基、甲基丙烯醯基、異氰酸基、環氧基等反應性取代基之矽烷偶合劑。具體例可列舉三甲氧基矽烷基苯甲酸、γ－甲基丙烯醯基丙基三甲氧基矽烷、乙烯基三乙醯氧基矽烷、乙烯基三甲氧基矽烷、γ－異氰酸基丙基三乙氧基矽烷、γ－環氧丙氧基丙基三甲氧基矽烷、β－(3,4－環氧基環己基)乙基三甲氧基矽烷等。黏合助劑之含量，相對於(A)聚合物100質量份，較佳為10質量份以下。
(界面活性劑)
本發明之感光性樹脂組成物，於提升塗佈性、消泡性、均平性等各特性的目的上，亦可含有界面活性劑。界面活性劑，例如可使用以BM－1000、BM－1100(以上為BM Chemmy公司製造)，MEGAFACE F142D、MEGAFACE F172、MEGAFACE F173、MEGAFACE F183(以上為大日本油墨化學工業公司製造)，Fluorad FC－135、Fluorad FC－170C、Fluorad FC－430、Fluorad FC－431(以上為住友3M公司製造)，Surflon S－112、Surflon S－113、Surflon S－131、Surflon S－141、Surflon S－145(以上為旭硝子公司製造)，SH－28PA、SH－190、SH－193、SZ－6032、SF－8428(以上為Toray Dow Corning Silicon公司製造)等商品名販售之氟系界面活性劑。界面活性劑之含量，相對於(A)聚合物100質量份，較佳為5質量份以下。
本發明實施形態之感光性樹脂組成物，特別地可適合使用作為半導體元件之表面保護膜或層間絕緣膜材料等。本發明實施形態之感光性樹脂組成物可塗佈於支持體(附有樹脂之銅箔、附有鍍銅層合板或金屬濺鍍膜之矽晶圓或鋁基板等)，乾燥使溶劑等揮發而形成塗膜。之後，經由所欲之遮罩圖案曝光，進行加熱處理(以下該加熱處理亦稱為「PEB」)，促進酚環與交聯劑的反應。其次，經由鹼性顯影劑顯影，溶解、去除未曝光部份，而可獲得所欲圖案。再者，經由為了表現絕緣膜特性所進行的加熱處理，可獲得硬化膜。
感光性樹脂組成物塗佈於支持體的方法，例如可使用浸漬法、噴霧法、棒塗法、輥塗法或旋塗法等塗佈方法。再者，塗佈的厚度根據塗佈手段、組成物溶液的固形分濃度或黏度而調節，可適宜地調控。塗佈後，為了揮發溶劑，通常進行預烤處理。其條件雖根據感光性樹脂組成物的調配組成及使用膜厚等而有所差異，通常於70至150℃，較佳於80至140℃，進行1至60分鐘左右。
曝光所使用之放射線，例如可列舉低壓水銀燈、高壓水銀燈、金屬鹵素燈、g線、i線等紫外線或電子線，雷射光線等。曝光量可根據使用光源或樹脂膜厚等而適宜地選定，例如由高壓水銀燈照射紫外線時，於樹脂膜厚10至50μm，通常為100至5000 mJ/cm2 左右。
曝光後，為了促進經由所產生的酸而成之酚環與(C)交聯劑之硬化反應，進行PEB。PEB的條件雖根據感光性樹脂組成物的調配組成及使用膜厚等而有所差異，通常於70至150℃，較佳於80至140℃，進行1至60分鐘左右。之後，經由鹼性顯影液而顯影，溶解、去除未曝光部份而形成所欲之圖案。此時之顯影方法，可列舉噴淋顯影法、噴霧顯影法、浸漬顯影法、槳式顯影法等。顯影條件通常於20至40℃進行1至10分鐘左右。
上述鹼性顯影液，例如可列舉將氫氧化鈉、氫氧化鉀、氨水、氫氧化四甲基銨、膽鹼等鹼性化合物，以濃度為1至10質量%左右的方式溶解於水之鹼性水溶液。上述鹼性水溶液，可適量添加例如甲醇、乙醇等水溶性有機溶劑或界面活性劑。又，以鹼性顯影液顯影後，以水洗淨，乾燥。
再者，為了充分表現顯影後的絕緣膜特性，可經由進行加熱處理而充分硬化。該等硬化條件並無特別限制，根據硬化物的用途，於100至400℃的溫度加熱30分鐘至10小時左右，可將感光性樹脂組成物硬化。再者，為了充分地進行硬化，防止所得圖案形狀的變化，可多段式加熱。例如，進行二段式加熱時，可於第一段中，於50至200℃加熱5分鐘至2小時，再於第二段中，於100至400℃的溫度加熱10分鐘至10小時左右而硬化。
只要為此方式之硬化條件即可，加熱設備可使用熱板、烘箱、紅外線爐、微波烘箱等。
其次，根據圖式，說明使用本發明實施形態之感光性樹脂組成物之半導體元件。如第1圖所示，於形成有圖案狀金屬墊2之基板1上，形成使用本發明實施形態之感光性樹脂組成物之圖案狀絕緣膜3。其次，只要以與金屬墊2連接的方式形成金屬配線4，即可製得半導體元件。
再者，如第2圖所示，於該金屬配線4上，亦可形成使用本發明實施形態之感光性樹脂組成物之圖案狀絕緣膜5。由此，只要使用本發明實施形態之感光性樹脂組成物，可獲得具有經由該感光性樹脂組成物所成之絕緣樹脂層之半導體元件。
以下，根據實施例具體說明本發明，但本發明並不限定為該等實施例。又，實施例、比較例中的「份」及「%」，除非特別限定，否則以質量為基準。再者，各種物性質的測定方法及各特性的評估方法示於下文。
[分子量(Mw)]：使用東曹公司製造之GPC管柱(TSKgel α－M 1根，TSKgel α－2500 1根)，流量：1.0ml/分鐘，溶出溶媒：N,N－二甲基甲醯胺，管柱溫度：35℃的分析條件，以單分散聚苯乙烯為標準，經由矽膠滲透層析法(GPC)測定。
[混合性]：各成分以表3所示之組成比混合時，成為透明且均勻的溶液之情況為「良好」，成為半透明或不透明的溶液之情況為「不良」。
[塗佈性]：於6吋矽晶圓旋塗感光性樹脂組成物，於熱板以110℃加熱3分鐘，製作20μm厚的均勻塗膜。塗膜產生破裂(crack)等缺陷者為「不良」，未產生破裂等缺陷者為「良好」。
[成圖案性]：使用對準機(aligner)(Suss Microtec公司製造之MA－150)，經由圖案遮罩，以波長350nm的曝光量為1000至5000 mJ/cm2 的方式，將塗佈性試驗所製得之附有塗膜的晶圓曝光於高壓水銀燈的紫外線。其次，於熱板以110℃加熱3分鐘(PEB)，使用2.38質量%氫氧化四甲基銨水溶液，於23℃浸漬顯影60秒。經由遮罩形成圖案時為「良好」，未形成經由遮罩的圖案時為「不佳良」。
(合成例1)
於容量500mL之可分離燒瓶(separable flask)中，加入2,2－雙(3－胺基－4－羥基苯基)－1,1,1,3,3,3－六氟丙烷(單體「MA－1」)41.1g、1,10－癸二胺(單體「MB－1」)19.4g及N－甲基－2－吡咯啶酮(以下稱為「NMP」)195g。於室溫下攪拌使各別單體溶解後，饋入1,2,3,4－丁烷四羧酸二酐(單體「MC－2」)44.5g。氮氣下於120℃攪拌5小時後，升溫至180℃進行5小時脫水反應。反應終了後，反應混合物投入水中，將生成物經由再沉澱、過濾、真空乾燥，製得91g聚合物。所製得聚合物的分子量Mw為23100。再者，經由IR分析，確認有顯示醯亞胺之1788cm－1 的吸收。
(合成例2至7)
除了以表1所示莫耳比，及表2所示質量調配各單體及NMP以外，與上述合成例1同樣的方法製得聚合物。所製得聚合物的產量(g)及分子量(Mw)示於表2。再者，所製得之任一聚合物，皆經由IR分析，確認有顯示醯亞胺之1788cm－1 的吸收。又，各合成例中所使用的單體構造如下所示。
(實施例1)
經由將合成例1所製得之聚合物100質量份、溶劑(乳酸乙酯(EL))170質量份、光酸產生劑(B－1)1.5份及交聯劑(C－1)15份混合，製得感光性樹脂組成物(實施例1)。所製得之感光性樹脂組成物的混合性評估為「良好」，塗佈性評估為「良好」，以及成圖案性評估為「良好」。
(實施例2至11，比較例1)
除了表3所示之調配處方以外，與上述實施例1同樣的方法製得樹脂組成物(實施例2至11，比較例1)。所製得之感光性樹脂組成物之混合性、塗佈性以及成圖案性的評估結果，示於表4。又，表3中的簡稱符號意指如下示者。
(酚樹脂)
P－1：間－甲酚/對－甲酚＝60/40(莫耳比)所成之甲酚清漆樹脂(聚苯乙烯換算重量平均分子量＝8,700)P－2：酚．伸二甲苯二醇二甲基醚縮合樹脂(三井化學公司製造，商品名：MILEX(註冊商標)XLC－3L)
(溶劑)
EL：乳酸乙酯
(光酸產生劑)
B－l：苯乙烯基－雙(三氯甲基)－s－三嗪B－2：4,7－二－正丁氧基－1－萘基四氫噻吩鎓三氟甲烷磺酸鹽B－3：2－[2－(呋喃－2－基)乙烯基]－4,6－雙(三氯甲基)－s－三嗪(三和Chemical公司製造，商品名：TFE－三嗪)B－4：2－[2－(5－甲基呋喃－2－基)乙烯基]－4,6－雙(三氯甲基)－s－三嗪(三和化學公司製造，商品名：TME－三嗪)
(交聯劑)
C－1：六(甲氧基甲基)三聚氰胺(Cytec Industries公司製造，商品名「Cymel 300」C－2：四(丁氧基甲基)甘脲(Cytec Industries公司製造，商品名「Cymel 1174」)C－3：Japan Epoxy Resin公司製造，商品名：Epicoat(註冊商標)828
[產業上可利用性]
本發明之聚合物及含其之感光性樹脂組成物，適合於表面保護膜、層間絕緣膜及高密度實裝基板用絕緣膜的用途，於產業上極為有益。
1．．．基板
2．．．金屬墊
3．．．絕緣膜
4．．．金屬配線
5．．．絕緣膜
第1圖為使用本發明之感光性樹脂組成物所形成之具有絕緣樹脂層之半導體元件模式之剖面圖。
第2圖為使用本發明之感光性樹脂組成物所形成之具有絕緣樹脂層之半導體元件模式之剖面圖。

Claims (5)

  1. 一種聚合物，含有通式(1)所示重複單位及通式(3)所示重複單位， (上述通式(1)中，X表示4價之芳香族或脂肪族之烴基，A表示下述通式(2)所示2價基) (上述通式(2)中，R1 表示2價基，R2 相互獨立地表示氫原子、醯基、或烷基，n1 及n2 表示0至2之整數，n1 及n2 之至少一者為1以上，R2 之至少一者為氫原子) (上述通式(3)中，X表示4價之芳香族或脂肪族之烴基，B表示碳數2至20之經取代或未經取代之伸烷基，或下述通式(4)所示2價基) (上述通式(4)中，Z表示碳數2至20之經取代或未經取代之伸烷基)。
  2. 如申請專利範圍第1項之聚合物，其中，該式(1)及式(3)中之X為4價之脂肪族烴基。
  3. 一種感光性樹脂組成物，係含有(A)申請專利範圍第1或2項之聚合物，(B)光酸產生劑，以及(C)交聯劑。
  4. 如申請專利範圍第3項之感光性樹脂組成物，其中，更含有酚樹脂。
  5. 如申請專利範圍第3項之感光性樹脂組成物，其中，該(C)交聯劑具有經烷氧基烷基化胺基。
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