WO2017033833A1 - 感光性樹脂組成物、ポリイミドの製造方法および半導体装置 - Google Patents

感光性樹脂組成物、ポリイミドの製造方法および半導体装置 Download PDF

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Definitions

  • the present invention includes, for example, an insulating material for electronic components, and a photosensitive resin composition used for forming a relief pattern such as a passivation film, a buffer coat film, and an interlayer insulating film in a semiconductor device, a method for producing polyimide using the same, and
  • the present invention relates to a semiconductor device.
  • polyimide resins having excellent heat resistance, electrical characteristics, and mechanical characteristics have been used for insulating materials for electronic components and passivation films, surface protective films, interlayer insulating films, and the like for semiconductor devices.
  • those provided in the form of a photosensitive polyimide precursor composition can easily form a heat-resistant relief pattern film by applying the composition, exposure, development, and thermal imidization treatment by curing. Can be formed.
  • Such a photosensitive polyimide precursor composition has a feature that the process can be significantly shortened as compared with a conventional non-photosensitive polyimide material.
  • a semiconductor device (hereinafter also referred to as “element”) is mounted on a printed circuit board by various methods in accordance with purposes.
  • Conventional devices are generally manufactured by a wire bonding method in which a thin wire is connected from an external terminal (pad) of the device to a lead frame.
  • the difference in the wiring length of each terminal in mounting has come to affect the operation of the device. For this reason, when mounting elements for high-end applications, it is necessary to accurately control the length of the mounting wiring. However, it has been difficult to satisfy the demand by wire bonding.
  • flip chip mounting has been proposed in which a rewiring layer is formed on the surface of a semiconductor chip, bumps (electrodes) are formed thereon, and then the chip is flipped over and mounted directly on a printed circuit board.
  • the wiring distance can be accurately controlled.
  • flip-chip mounting has been adopted for high-end devices that handle high-speed signals, or mobile phones due to the small mounting size, and the demand is rapidly expanding.
  • a polyimide material is used for flip chip mounting, a metal wiring layer forming step is performed after the polyimide layer pattern is formed.
  • the metal wiring layer is usually formed as follows.
  • the surface of the polyimide layer is roughened by plasma etching, and then a metal layer to be a seed layer for plating is formed by sputtering with a thickness of 1 ⁇ m or less. Thereafter, a metal wiring layer is formed by electrolytic plating using the metal layer as an electrode.
  • a metal to be a seed layer is used as a metal to be a seed layer
  • Cu is used as a metal of a rewiring layer formed by electrolytic plating.
  • Such a metal rewiring layer is required to have high adhesion between the rewired metal layer and the polyimide layer after the reliability test.
  • Examples of the reliability test performed here include a high-temperature storage test in which the sample is stored for 168 hours at 150 ° C. in air with a humidity of 5%.
  • an object of the present invention is to provide a photosensitive resin composition in which, after a high-temperature storage test, a polyimide layer is obtained in which a Cu layer is less likely to generate voids at the interface contacting the polyimide layer and has high adhesion, and the photosensitive resin composition
  • a semiconductor device that uses polyimide and a semiconductor device in which, after a high-temperature storage test, voids are unlikely to occur at the interface where the Cu layer is in contact with the polyimide layer, and short-circuits and disconnections are not likely to occur after the high-temperature storage test.
  • the present inventors have found that the above object can be achieved by combining a photosensitive polyimide precursor and a specific compound, and have completed the present invention. That is, the present invention is as follows.
  • the photosensitive resin composition characterized by the above-mentioned.
  • the component (A) is represented by the following general formula (A1): ⁇ In the general formula (A1), X is a tetravalent organic group, Y is a divalent group, R 5 and R 6 are each independently a hydrogen atom, the following general formula (R1) (In the general formula (R1), R 7 , R 8 , and R 9 are each independently a hydrogen atom or a C 1 -C 3 organic group, and p is an integer selected from 2 to 10) Or a C 1 -C 4 saturated aliphatic group. However, R 5 and R 6 are not simultaneously hydrogen atoms. ⁇ The photosensitive resin composition as described in [1] which is a photosensitive polyimide precursor containing the structure represented by these.
  • the component (B) is represented by the following formulas (B2) to (B5): The photosensitive resin composition according to [1] or [2], which is at least one selected from the group consisting of: [4] The photosensitive resin composition according to [3], wherein the component (B) is at least one selected from (B3) to (B5). [5] The photosensitive resin composition according to [4], wherein the component (B) is at least one selected from the above (B3) to (B4).
  • X in the general formula (A1) is the following (C1) to (C3):
  • Y in the general formula (A1) is the following (D1) to (D3):
  • R 10 to R 13 are a hydrogen atom or a C 1 -C 4 monovalent aliphatic group, which may be the same or different.
  • R 14 to R 21 are a hydrogen atom, a halogen atom, or a C 1 to C 4 monovalent organic group, which may be the same or different from each other.
  • X in the general formula (A1) is the following (C3): And Y is the following (D2): The photosensitive resin composition according to any one of [3] to [7], wherein [10] X in the general formula (A1) is the following (C2): And Y is the following (D2): The photosensitive resin composition according to any one of [3] to [7], wherein [11] The photosensitive resin composition according to any one of [1] to [10], wherein the content of the component (B) is 0.1 to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the component (A).
  • the semiconductor device according to [16] wherein an area of the void portion is 6% or less.
  • the semiconductor device according to [18], wherein an area of the void portion is 4% or less.
  • the semiconductor device according to [19], wherein an area of the void portion is 3% or less.
  • the photosensitive resin composition in which a void is hardly generated at the interface where the Cu layer is in contact with the polyimide layer and a polyimide layer having high adhesion is obtained, and the photosensitive resin composition is used.
  • Polyimide can be provided.
  • the photosensitive resin composition of the present invention includes a component (A) that is a photosensitive polyimide precursor, The following general formula (B1): (In the formula (B1), Z is a sulfur or oxygen atom, and R 1 to R 4 each independently represents a hydrogen atom or a monovalent organic group.) (B) component containing the structure represented by these are characterized by the above-mentioned.
  • the photosensitive polyimide precursor (A) used in the present invention will be described. What is preferably used as the photosensitive polyimide precursor in the present invention has an i-ray absorbance of 0.8 to 2.0. The i-line absorbance is measured on a 10 ⁇ m thick film obtained after applying the photosensitive polyimide precursor as a single solution and pre-baking. In the cured relief pattern obtained from the photosensitive resin composition, the photosensitive resin composition of the present invention satisfies the above requirements in order to make the side surface of the opening portion into a forward taper type (A) a photosensitive polyimide precursor. It is preferable to contain.
  • the i-line absorbance of the 10 ⁇ m-thick film can be measured with an ordinary spectrophotometer for the coating film formed on quartz glass.
  • the absorbance obtained for the film is converted to a thickness of 10 ⁇ m according to Lambert-Beer's law, whereby an i-line absorbance of 10 ⁇ m thickness can be obtained.
  • the i-ray absorbance is less than 0.8, the structure of the (A) photosensitive polyimide precursor that satisfies this is limited, so that mechanical properties, thermophysical properties, and the like are inferior.
  • the i-line absorbance exceeds 2.0, the i-line absorption of the coating film is too large and light does not reach the bottom. Therefore, for example, in the case of a negative type, there may be a problem that the bottom of the coating does not cure.
  • the (A) photosensitive polyimide precursor of the present invention is mainly composed of, for example, at least one resin selected from the group consisting of polyamic acid, polyamic acid ester, polyamic acid salt, and polyamic acid amide.
  • the main component means that these resins are contained in an amount of 60% by mass or more, preferably 80% by mass or more, based on the total resin.
  • the photosensitive polyimide precursor may contain other resin as needed.
  • the weight average molecular weight (Mw) of the photosensitive polyimide precursor is 1,000 or more as a polystyrene conversion value by gel permeation chromatography (GPC) from the viewpoint of heat resistance and mechanical properties of the film obtained after the heat treatment. It is preferable that it is 5,000 or more.
  • the upper limit of the weight average molecular weight (Mw) is preferably 100,000 or less. From the viewpoint of solubility in a developer, the upper limit of the weight average molecular weight (Mw) is more preferably 50,000 or less.
  • one of the most preferable (A) photosensitive polyimide precursors is represented by the following general formula (A1): ⁇ In general formula (A1), X is a tetravalent organic group, Y is a divalent organic group, R 5 and R 6 are each independently a hydrogen atom, the following general formula (R1): (In the general formula (R1), R 7 , R 8 and R 9 are each independently a hydrogen atom or a C 1 to C 3 organic group, and p is an integer selected from 2 to 10. ) Or a C 1 -C 4 saturated aliphatic group. However, R 5 and R 6 are not simultaneously hydrogen atoms. ⁇ The ester type photosensitive polyimide precursor containing the structure represented by this.
  • the tetravalent organic group represented by X is preferably an organic group having 6 to 40 carbon atoms from the viewpoint of achieving both heat resistance and photosensitive properties. More preferably, the —COOR group, the —COOR 2 group and the —CONH— group are an aromatic group or an alicyclic aliphatic group in the ortho position of each other.
  • the tetravalent organic group represented by X is preferably an organic group having 6 to 40 carbon atoms and containing an aromatic ring.
  • R25 is a monovalent group selected from a hydrogen atom, a fluorine atom, a C 1 to C 10 hydrocarbon group, and a C 1 to C 10 fluorine-containing hydrocarbon group
  • l is selected from 0 to 2
  • M is an integer selected from 0 to 3
  • n is an integer selected from 0 to 4.
  • the structure represented by these is mentioned, it is not limited to these.
  • the structure of X may be one type or a combination of two or more types.
  • the X group having the structure represented by the above formula is particularly preferable in terms of achieving both heat resistance and photosensitive characteristics.
  • the following (C1) to (C3) are more preferable examples among the tetravalent organic groups represented by X: And at least one organic group selected from the group consisting of: These organic groups are particularly preferable from the viewpoint of suppressing voids, but are not limited thereto. Further, the structure of X may be one type or a combination of two or more types.
  • the divalent organic group represented by Y is preferably an aromatic group having 6 to 40 carbon atoms from the viewpoint of achieving both heat resistance and photosensitive properties.
  • R 7 in the general formula (R1) is preferably a hydrogen atom or a methyl group.
  • R 8 and R 9 are preferably hydrogen atoms from the viewpoint of photosensitive properties.
  • p is an integer of 2 or more and 10 or less, preferably an integer of 2 or more and 4 or less, from the viewpoint of photosensitive characteristics.
  • divalent organic groups represented by Y 1 in the general formula (A1) the following (D1) to (D3):
  • R 10 to R 13 are a hydrogen atom or a C1-C4 monovalent aliphatic group, which may be different or the same.
  • R 14 to R 21 are a hydrogen atom, a halogen atom, or a C 1 to C 4 monovalent organic group, which may be the same or different from each other.
  • These organic groups are particularly preferable from the viewpoint of suppressing voids, but are not limited thereto.
  • Y in the general formula (A1) contains the (D3).
  • X in the general formula (A1) is the following (C3): And Y is the following (D2): It is particularly preferable to contain V, since voids can be more reliably suppressed.
  • X in general formula (A1) is following (C2):
  • Y is the following (D2): It is particularly preferable to contain V, since voids can be more reliably suppressed.
  • Examples of methods for imparting photosensitivity to the photosensitive resin composition include an ester bond type and an ion bond type.
  • the former is a method in which a compound having a photopolymerizable group, that is, an olefinic double bond is introduced into the side chain of the polyimide precursor by an ester bond.
  • the latter is a method for imparting a photopolymerizable group by bonding a carboxyl group of a polyimide precursor and an amino group of a (meth) acrylic compound having an amino group via an ionic bond.
  • the ester bond type polyimide precursor is obtained as follows. That is, first, the tetracarboxylic dianhydride containing the aforementioned tetravalent organic group X, an alcohol having a photopolymerizable unsaturated double bond, and optionally a saturated aliphatic alcohol having 1 to 4 carbon atoms. Is reacted to prepare a partially esterified tetracarboxylic acid (hereinafter also referred to as an acid / ester). Thereafter, this acid / ester is obtained by amide polycondensation of the diamine containing the divalent organic group Y described above.
  • the tetracarboxylic dianhydride having a tetravalent organic group X preferably used for preparing an ester bond type polyimide precursor has a structure represented by the above general formula (30).
  • acid dianhydrides for example, pyromellitic anhydride, diphenyl ether-3,3 ′, 4,4′-tetracarboxylic dianhydride, benzophenone-3,3 ′, 4,4′-tetracarboxylic dianhydride Biphenyl-3,3 ′, 4,4′-tetracarboxylic dianhydride, diphenylsulfone-3,3 ′, 4,4′-tetracarboxylic dianhydride, diphenylmethane-3,3 ′, 4 4'-tetracarboxylic dianhydride, 2,2-bis (3,4-phthalic anhydride) propane, 2,2-bis (3,4-phthalic anhydride) -1,1,1,3,3 , 3-hexafluoropropane, etc.
  • acid dianhydrides for example, pyromellitic anhydride, diphenyl ether-3,3 ′, 4,4′-tetracarboxylic dianhydride,
  • Preferred examples include pyromellitic anhydride, diphenyl ether-3,3 ′, 4,4′-tetracarboxylic dianhydride, biphenyl-3,3 ′, 4,4′-tetracarboxylic dianhydride, and the like.
  • Preferably pyromellitic anhydride, diphenyl ether-3,3 ′, 4,4′-tetracarboxylic dianhydride, benzophenone-3,3 ′, 4,4′-tetracarboxylic dianhydride, biphenyl-3,3 Examples include ', 4,4'-tetracarboxylic dianhydride.
  • More preferable examples include pyromellitic anhydride, diphenyl ether-3,3 ′, 4,4′-tetracarboxylic dianhydride, biphenyl-3,3 ′, 4,4′-tetracarboxylic dianhydride, and the like. However, it is not limited to these. These may be used alone or in combination of two or more.
  • alcohols having a photopolymerizable group that can be suitably used for preparing an ester bond type polyimide precursor in the present invention include 2-acryloyloxyethyl alcohol, 1-acryloyloxy-3-propyl alcohol, and the like.
  • 2-acrylamidoethyl alcohol methylol vinyl ketone, 2-hydroxyethyl vinyl ketone, 2-hydroxy-3-methoxypropyl acrylate, 2-hydroxy-3-butoxypropyl acrylate, 2-hydroxy-3-phenoxypropyl acrylate, 2- Hydroxy-3-butoxypropyl acrylate, 2-hydroxy-3-t-butoxypropyl acrylate, 2-hydroxy-3-cyclohexyloxypropyl acrylate, 2-methacryloyloxyethyl alcohol 1-methacryloyloxy-3-propyl alcohol, 2-methacrylamidoethyl alcohol, 2-hydroxy-3-methoxypropyl methacrylate, 2-hydroxy-3-butoxypropyl methacrylate, 2-hydroxy-3-phenoxypropyl methacrylate, 2-hydroxy Examples include -3-butoxypropyl methacrylate, 2-hydroxy-3-t-butoxypropyl methacrylate, and 2-hydroxy-3-cyclohexyloxypropyl methacrylate.
  • saturated aliphatic alcohol that can be optionally used together with the alcohol having the photopolymerizable group
  • a saturated aliphatic alcohol having 1 to 4 carbon atoms is preferable. Specific examples thereof include methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol, tert-butanol and the like.
  • the tetracarboxylic dianhydride suitable for the present invention described above and the alcohols described above are preferably used in the presence of a basic catalyst such as pyridine, preferably in a suitable reaction solvent at a temperature of 20 to 50 ° C. for 4 to 10%. Mix by stirring for hours. Thereby, esterification reaction of an acid anhydride advances, and a desired acid / ester body can be obtained.
  • a basic catalyst such as pyridine
  • the reaction solvent is preferably a solvent that completely dissolves the raw materials, tetracarboxylic dianhydride and alcohols, and the product acid / ester. More preferably, it is a solvent that completely dissolves the photosensitive polyimide precursor that is an amide polycondensation product of the acid / ester and diamine.
  • solvents include N-methyl-2-pyrrolidone, N, N-dimethylacetamide, N, N-dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, tetramethylurea, ketones, esters, lactones, ethers, halogens Hydrocarbons, hydrocarbons, etc. can be mentioned.
  • ketones include acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, and cyclohexanone
  • esters include methyl acetate, ethyl acetate, butyl acetate, diethyl oxalate and the like
  • lactones include ⁇ -butyrolactone and the like
  • ethers include ethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, and tetrahydrofuran
  • halogenated hydrocarbons include dichloromethane, 1,2-dichloroethane, 1,4-dichlorobutane, chlorobenzene, o-dichlorobenzene and the like
  • hydrocarbons include hexane, heptane, benzene, toluene, xylene, and the like. These may be used alone or in admixture of two or more as required.
  • the acid / ester compound (typically in a solution state dissolved in the reaction solvent) is mixed with an appropriate dehydration condensing agent, preferably under ice-cooling, to thereby convert the acid / ester compound.
  • a polyanhydride is used.
  • a diamine having a divalent organic group Y that is preferably used in the present invention is added dropwise by dissolving or dispersing it in a solvent.
  • the target photosensitive polyimide precursor can be obtained by carrying out amide polycondensation of both.
  • Diaminosiloxanes may be used in combination with the diamine having the divalent organic group Y.
  • Examples of the dehydrating condensing agent include dicyclohexylcarbodiimide, 1-ethoxycarbonyl-2-ethoxy-1,2-dihydroquinoline, 1,1-carbonyldioxy-di-1,2,3-benzotriazole, N, N Examples include '-disuccinimidyl carbonate. As described above, an intermediate polyacid anhydride is obtained.
  • the diamine having a divalent organic group Y that is preferably used for the reaction with the polyanhydride obtained as described above is a diamine having a structure represented by the general formula (31).
  • substituents include 3,3′-dimethyl-4,4′-diaminobiphenyl, 2,2′-dimethyl-4,4′-diaminobiphenyl, and 3,3′-dimethyl-4,4.
  • '-Diaminodiphenylmethane 2,2'-dimethyl-4,4'-diaminodiphenylmethane, 3,3'-dimethoxy-4,4'-diaminobiphenyl, 3,3'-dichloro-4,4'-diaminobiphenyl, 2,2′-bis (trifluoromethyl) -4,4′-diaminobiphenyl, 2,2′-bis (fluoro) -4,4′-diaminobiphenyl, 4,4′-diaminooctafluorobiphenyl, etc .; And mixtures thereof.
  • examples include 4,4′-diaminobiphenyl, 2,2′-bis (fluoro) -4,4′-diaminobiphenyl, 4,4′-diaminooctafluorobiphenyl, and the like. More preferred examples include p-phenylenediamine, 4,4′-diaminodiphenyl ether, and mixtures thereof.
  • the diamines are not limited to the above examples.
  • the diaminosiloxanes are prepared in the preparation of (A) the photosensitive polyimide precursor. Used together with diamines containing an organic group Y. Specific examples of such diaminosiloxanes include 1,3-bis (3-aminopropyl) tetramethyldisiloxane and 1,3-bis (3-aminopropyl) tetraphenyldisiloxane. it can.
  • the water absorption by-product of the dehydration condensing agent coexisting in the reaction solution is filtered off as necessary. Thereafter, an appropriate poor solvent such as water, an aliphatic lower alcohol, a mixed solution thereof, or the like is added to the solution containing the polymer component to precipitate the polymer component. Further, if necessary, the polymer is purified by repeating operations such as redissolution and reprecipitation. Then, the target photosensitive polyimide precursor is isolated by performing vacuum drying. In order to improve the degree of purification, ionic impurities may be removed by passing the polymer solution through a column packed with an anion and / or cation exchange resin swollen with an appropriate organic solvent. .
  • the weight average molecular weight (Mw) of the ester bond type polyimide precursor is 1,000 or more as a polystyrene conversion value by gel permeation chromatography (GPC) from the viewpoint of heat resistance and mechanical properties of the film obtained after the heat treatment. It is preferable that it is 5,000 or more.
  • the upper limit of the weight average molecular weight (Mw) is preferably 100,000 or less. From the viewpoint of solubility in a developer, the upper limit of the weight average molecular weight (Mw) is more preferably 50,000 or less. Tetrahydrofuran or N-methyl-2-pyrrolidone is recommended as a developing solvent for gel permeation chromatography.
  • the molecular weight is determined from a calibration curve created using standard monodisperse polystyrene.
  • standard monodisperse polystyrene it is recommended to select from standard organic solvent standard sample STANDARD SM-105 manufactured by Showa Denko.
  • the i-line absorbance of the pre-baked film formed independently takes various values depending on the molecular structure.
  • the i-ray absorbance of the mixture is an arithmetic average of the i-ray absorbance of each component. Therefore, by combining two or more types of (A) photosensitive polyimide precursors at an appropriate ratio, a film having a thickness of 10 ⁇ m after pre-baking of (A) photosensitive polyimide precursor is achieved while maintaining balance with mechanical properties, thermal properties, etc.
  • the i-ray absorbance can be 0.8 to 2.0.
  • Component (B) in the present invention has an i-line absorbance of 0.001 wt% solution of 0.02 or more and 0.5 or less, preferably 0.25 or less, more preferably 0.15 or less, and g-line And h-ray absorbance are both oxime esters of 0.02 or less. Since these oxime esters have photosensitivity, they are essential for patterning a photosensitive resin by photolithography. From the viewpoint of suppressing Cu voids after the high-temperature storage test, the i-ray absorbance is preferably 0.5 or less. Both g-line and h-line absorbance are preferably 0.02 or less.
  • the i-ray absorbance is preferably 0.02 or more.
  • the component (B) that can be used in the present invention is represented by the following general formula (B1): (In formula (B1), Z is a sulfur or oxygen atom, and R 1 to R 4 each independently represents a hydrogen atom or a monovalent organic group).
  • R 1 to R 4 are each independently a hydrogen atom or a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, an alkylaryl group, an arylalkyl group, or a hydroxyalkyloxy group.
  • these components (B) are the following formulas (B2) to (B5): It contains at least one selected from The product names of the component (B) preferably used include, for example, Irgacure OXE-01 manufactured by BASF, TR-PBG-305 manufactured by Changzhou Powerful New Electronic Materials Co., Ltd., TR-PBG-3057, and NCI-930 manufactured by ADEKA. Etc.
  • (B) components are used in an amount of 0.1 to 10 parts by mass, preferably 0.5 to 5 parts by mass, with respect to 100 parts by mass of component (A). Used.
  • the addition amount of the component (B) is less than 0.1 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the component (A)
  • the effect of suppressing the generation of voids at the interface between the Cu layer and the polyimide layer is not sufficient after the high temperature storage test.
  • the addition amount of (B) component exceeds 10 mass parts with respect to 100 mass parts of (A) component, the filterability and applicability
  • the oxime ester preferably used in the present invention has an i-line transmittance of 0.02 or more and 0.15 or less when the g-line, h-line, and i-line absorbance of a 0.001 wt% solution is observed. Lines and h-lines are characterized by almost no absorption. Usually, the oxime ester used as a photopolymerization initiator has higher i-line absorbance than that of the present invention, and some has absorption in g-line and h-line. On the other hand, some oxime esters hardly absorb any of g-line, h-line and i-line, and some oxime esters are essential to be used in combination with a sensitizer.
  • the oxime ester of the present invention generates a specific amount of a specific amine as well as a photopolymerization initiation radical at the time of exposure from such characteristic g-line, h-line, and i-line absorption spectra. It is thought that the migration of Cu during the high-temperature storage test is suppressed by the amine having a specific interaction with Cu.
  • the photosensitive resin composition of this invention may further contain components other than the said (A) component and (B) component.
  • the photosensitive resin composition of the present invention is typically a liquid photosensitive resin composition in which the above-described components and optional components further used as necessary are dissolved in a solvent to form a varnish. used. Therefore, a solvent can be mentioned as (C) other components.
  • (C) Other components include, for example, resins other than the photosensitive polyimide precursor of component (A), sensitizers, monomers having photopolymerizable unsaturated bonds, adhesion assistants, thermal polymerization inhibitors. , Azole compounds, hindered phenol compounds and the like.
  • the solvent examples include polar organic solvents and alcohols.
  • a polar organic solvent from the viewpoint of solubility in (A) the photosensitive polyimide precursor.
  • N, N-dimethylformamide, N-methyl-2-pyrrolidone, N-ethyl-2-pyrrolidone, N, N-dimethylacetamide, dimethyl sulfoxide, diethylene glycol dimethyl ether, cyclopentanone, ⁇ -butyrolactone examples include ⁇ -acetyl- ⁇ -butyrolactone, tetramethylurea, 1,3-dimethyl-2-imidazolinone, N-cyclohexyl-2-pyrrolidone and the like. These can be used alone or in combination of two or more.
  • the solvent containing alcohol is preferable from a viewpoint of improving the storage stability of the photosensitive resin composition.
  • the alcohols that can be suitably used are typically alcohols having an alcoholic hydroxyl group in the molecule and having no olefinic double bond.
  • alkyl alcohols such as methyl alcohol, ethyl alcohol, n-propyl alcohol, isopropyl alcohol, n-butyl alcohol, isobutyl alcohol, tert-butyl alcohol; Lactate esters such as ethyl lactate; Propylene glycol-1-methyl ether, propylene glycol-2-methyl ether, propylene glycol-1-ethyl ether, propylene glycol-2-ethyl ether, propylene glycol-1- (n-propyl) ether, propylene glycol-2- ( propylene glycol monoalkyl ethers such as (n-propyl) ether; Monoalcohols such as ethylene glycol methyl ether, ethylene glycol ethyl ether, ethylene glycol-n-propyl ether; 2-hydroxyisobutyric acid esters; Dialcohols such as ethylene glycol and propylene glycol; Etc.
  • alkyl alcohols such as methyl
  • lactic acid esters propylene glycol monoalkyl ethers, 2-hydroxyisobutyric acid esters, and ethyl alcohol are preferred.
  • ethyl lactate propylene glycol-1-methyl ether, propylene glycol-1-ethyl ether, and propylene glycol-1- (n-propyl) ether are more preferable.
  • the solvent is, for example, in the range of 30 to 1500 parts by mass, preferably 100 to 1000 parts per 100 parts by mass of the (A) photosensitive polyimide precursor, depending on the desired coating thickness and viscosity of the photosensitive resin composition. It can be used in the range of parts by mass.
  • the solvent contains an alcohol having no olefinic double bond
  • the content of the alcohol having no olefinic double bond in the entire solvent is preferably 5 to 50% by mass, More preferably, it is 10 to 30% by mass.
  • the content of the alcohol having no olefinic double bond is 5% by mass or more, the storage stability of the photosensitive resin composition is improved.
  • content of the alcohol which does not have an olefin type double bond is 50 mass% or less, the solubility of (A) photosensitive polyimide precursor becomes favorable.
  • the photosensitive resin composition of the present invention may further contain a resin component other than the above-described (A) photosensitive polyimide precursor.
  • a resin component other than the above-described (A) photosensitive polyimide precursor examples include polyimide, polyoxazole, polyoxazole precursor, phenol resin, polyamide, epoxy resin, siloxane resin, and acrylic resin.
  • the amount of these resin components is preferably in the range of 0.01 to 20 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the (A) photosensitive polyimide precursor.
  • a sensitizer can be arbitrarily blended in order to improve photosensitivity.
  • the sensitizer include Michler's ketone, 4,4′-bis (diethylamino) benzophenone, 2,5-bis (4′-diethylaminobenzal) cyclopentane, and 2,6-bis (4′-diethylaminobenzal).
  • the blending amount is 0.1 to 25 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the (A) photosensitive polyimide precursor. Is preferred.
  • a monomer having a photopolymerizable unsaturated bond can be arbitrarily blended in the photosensitive resin composition of the present invention.
  • a monomer is preferably a (meth) acrylic compound that undergoes a radical polymerization reaction with a photopolymerization initiator.
  • mono- or di (meth) acrylates of ethylene glycol or polyethylene glycol including diethylene glycol dimethacrylate, tetraethylene glycol dimethacrylate; Mono- or di (meth) acrylates of propylene glycol or polypropylene glycol; Mono, di or tri (meth) acrylates of glycerol; Cyclohexane di (meth) acrylate; 1,4-butanediol diacrylate and dimethacrylate, 1,6-hexanediol di (meth) acrylate; Di (meth) acrylate of neopentyl glycol; Mono or di (meth) acrylate of bisphenol A; Benzene trimethacrylate; Isobornyl (meth) acrylate; Acrylamide and its derivatives; Methacrylamide and derivatives thereof; Trimethylolpropane tri (meth) acrylate; Di- or tri (meth)
  • the blending amount thereof is (A) a photosensitive polyimide precursor.
  • the amount is preferably 1 to 50 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the body.
  • an adhesive aid can be arbitrarily blended in the photosensitive resin composition.
  • the adhesion assistant include ⁇ -aminopropyldimethoxysilane, N- ( ⁇ -aminoethyl) - ⁇ -aminopropylmethyldimethoxysilane, ⁇ -glycidoxypropylmethyldimethoxysilane, ⁇ -mercaptopropylmethyldimethoxysilane, 3-methacryloxypropyldimethoxymethylsilane, 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane, dimethoxymethyl-3-piperidinopropylsilane, diethoxy-3-glycidoxypropylmethylsilane, N- (3-diethoxymethylsilylpropyl) ) Succinimide, N- [3- (triethoxysilyl) propyl] phthalamic acid, benzophenone
  • the blending amount thereof is preferably in the range of 0.5 to 25 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the component (A) photosensitive polyimide precursor.
  • a thermal polymerization inhibitor is optionally added to the photosensitive resin composition in order to improve the stability during storage and the photosensitivity.
  • the thermal polymerization inhibitor include hydroquinone, N-nitrosodiphenylamine, p-tert-butylcatechol, phenothiazine, N-phenylnaphthylamine, ethylenediaminetetraacetic acid, 1,2-cyclohexanediaminetetraacetic acid, glycol etherdiaminetetraacetic acid, 2 , 6-Di-tert-butyl-p-methylphenol, 5-nitroso-8-hydroxyquinoline, 1-nitroso-2-naphthol, 2-nitroso-1-naphthol, 2-nitroso-5- (N-ethyl- N-sulfopropylamino) phenol, N-nitroso-N-phenyl
  • the blending amount of the thermal polymerization inhibitor when blended in the photosensitive resin composition is preferably in the range of 0.005 to 12 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the (A) photosensitive polyimide precursor.
  • a nitrogen-containing heterocyclic ring such as an azole compound purine derivative is used to suppress discoloration on copper.
  • a compound can be arbitrarily blended.
  • Examples of the azole compound include 1H-triazole, 5-methyl-1H-triazole, 5-ethyl-1H-triazole, 4,5-dimethyl-1H-triazole, 5-phenyl-1H-triazole, 4-t-butyl- 5-phenyl-1H-triazole, 5-hydroxyphenyl-1H-triazole, phenyltriazole, p-ethoxyphenyltriazole, 5-phenyl-1- (2-dimethylaminoethyl) triazole, 5-benzyl-1H-triazole, hydroxy Phenyltriazole, 1,5-dimethyltriazole, 4,5-diethyl-1H-triazole, 1H-benzotriazole, 2- (5-methyl-2-hydroxyphenyl) benzotriazole, 2- [2-hydroxy-3,5 -Bis ( ⁇ , ⁇ -dimethyl) Rubenzyl) phenyl] -benzotriazole, 2- (3,5-di-tert-
  • purine derivatives include purine, adenine, guanine, hypoxanthine, xanthine, theobromine, caffeine, uric acid, isoguanine, 2,6-diaminopurine, 9-methyladenine, 2-hydroxyadenine, 2-methyladenine, 1-methyladenine, N-methyladenine, N, N-dimethyladenine, 2-fluoroadenine, 9- (2-hydroxyethyl) adenine, guanine oxime, N- (2-hydroxyethyl) adenine, 8-aminoadenine, 6-amino-8-phenyl-9H-purine, 1-ethyladenine, 6-ethylaminopurine, 1-benzyladenine, N-methylguanine, 7- (2-hydroxyethyl) guanine, N- (3-chlorophenyl) Guanine, N- (3-ethylphenyl) guanine, 2-a Aden
  • the blending amount is preferably 0.1 to 20 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the resin (A). From the viewpoint of photosensitivity characteristics, 0.5 to 5 parts by mass is more preferable.
  • the compounding amount of the azole compound with respect to 100 parts by mass of the resin (A) is 0.1 parts by mass or more, when the photosensitive resin composition of the present invention is formed on copper or a copper alloy, the surface of the copper or copper alloy The discoloration of is suppressed.
  • the compounding amount of the azole compound is 20 parts by mass or less, the photosensitivity is excellent.
  • a hindered phenol compound can be arbitrarily blended in place of the azole compound or together with the azole compound.
  • the hindered phenol compound include 2,6-di-t-butyl-4-methylphenol, 2,5-di-t-butyl-hydroquinone, and octadecyl-3- (3,5-di-t-butyl.
  • 1,3,5-tris (4-tert-butyl-3-hydroxy-2,6-dimethylbenzyl) -1,3,5-triazine-2,4,6- (1H, 3H, 5H ) -Trione and the like are particularly preferred.
  • the amount of the hindered phenol compound is preferably 0.1 to 20 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the (A) photosensitive polyimide precursor, and 0.5 to 10 parts by mass from the viewpoint of photosensitivity characteristics. More preferably.
  • the compounding quantity with respect to 100 mass parts of (A) photosensitive polyimide precursor of a hindered phenol compound is 0.1 mass part or more, for example, when forming the photosensitive resin composition of this invention on copper or a copper alloy Further, discoloration and corrosion of copper or copper alloy is prevented.
  • the blending amount of the hindered phenol compound is 20 parts by mass or less, the excellent photosensitivity of the photosensitive resin composition is maintained.
  • the photosensitive resin composition of the present invention may contain a crosslinking agent.
  • the crosslinking agent (A) can crosslink the resin, or the crosslinking agent itself can form a crosslinked network. Can be.
  • the crosslinking agent can further enhance the heat resistance and chemical resistance of the cured film formed from the photosensitive resin composition.
  • crosslinking agent examples include Cymel (registered trademark) 300, 301, 303, 370, 325, 327, 701, 266, 267, 238, 1141, 272, which are compounds containing a methylol group and / or an alkoxymethyl group.
  • phenol novolac type epoxy resin cresol novolac type epoxy resin, bisphenol type epoxy resin, trisphenol type epoxy resin, tetraphenol type epoxy resin, phenol-xylylene type epoxy resin, naphthol-xylylene type epoxy resin, phenol, which are oxirane compounds -Naphthol type epoxy resin, phenol-dicyclopentadiene type epoxy resin, alicyclic epoxy resin, aliphatic epoxy resin, diethylene glycol diglycidyl ether, sorbitol polyglycidyl ether, propylene glycol diglycidyl ether, trimethylolpropane polyglycidyl ether, 1 , 1,2,2-tetra (p-hydroxyphenyl) ethanetetraglycidyl ether, glycerol triglyci Ether, ortho-secondary butylphenyl glycidyl ether, 1,6-bis (2,3-epoxypropoxy) naphthalen
  • isocyanate group-containing compounds such as 4,4′-diphenylmethane diisocyanate, tolylene diisocyanate, 1,3-phenylene bismethylene diisocyanate, dicyclohexylmethane-4,4′-diisocyanate, isophorone diisocyanate, hexamethylene diisocyanate, takenate ( (Registered Trademark) 500, 600, Cosmonate (Registered Trademark) NBDI, ND (trade name, manufactured by Mitsui Chemicals), Duranate (Registered Trademark) 17B-60PX, TPA-B80E, MF-B60X, MF-K60X, E402- B80T (trade name, manufactured by Asahi Kasei Chemicals Corporation) and the like.
  • the bismaleimide compounds 4,4′-diphenylmethane bismaleimide, phenylmethane maleimide, m-phenylene bismaleimide, bisphenol A diphenyl ether bismaleimide, 3,3′-dimethyl-5,5′-diethyl-4,4 '-Diphenylmethane bismaleimide, 4-methyl-1,3-phenylene bismaleimide, 1,6'-bismaleimide- (2,2,4-trimethyl) hexane, 4,4'-diphenyl ether bismaleimide, 4,4' -Diphenylsulfone bismaleimide, 1,3-bis (3-maleimidophenoxy) benzene, 1,3-bis (4-maleimidophenoxy) benzene, BMI-1000, BMI-1100, BMI-2000, BMI-2300, BMI- 3000, BMI-40 0, BMI-5100, BMI-7000, BMI-TMH, BMI-6000, BMI-
  • the blending amount is preferably 0.5 to 20 parts by mass, more preferably 2 to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the resin (A).
  • the blending amount is 0.5 parts by mass or more, good heat resistance and chemical resistance are exhibited.
  • the amount is 20 parts by mass or less, the storage stability is excellent.
  • the present invention also provides a method for forming a cured relief pattern.
  • the method for forming a cured relief pattern in the present invention includes, for example, the following steps: (1) An application step of forming a photosensitive resin layer on the substrate by applying the above-described photosensitive resin composition of the present invention on the substrate; (2) an exposure step of exposing the photosensitive resin layer; (3) a development step of forming a relief pattern by developing the exposed photosensitive resin layer; (4) a heating step of forming a cured relief pattern by heat-treating the relief pattern; In the order described above.
  • typical aspects of each process will be described.
  • the photosensitive resin composition of this invention is apply
  • the substrate for example, a metal substrate made of silicon, aluminum, copper, copper alloy or the like; Resin substrates such as epoxy, polyimide, polybenzoxazole; A substrate on which a metal circuit is formed on the resin substrate; A substrate in which a plurality of metals or a metal and a resin are laminated in multiple layers; Etc. can be used.
  • the present invention by using a substrate having at least the surface of the substrate made of Cu, the effect of the present invention of suppressing generation of voids at the interface between the Cu layer and the polyimide layer can be obtained, which is particularly preferable.
  • the present invention can be applied to other substrates.
  • a coating method a method conventionally used for coating a photosensitive resin composition can be used.
  • a spin coater, a bar coater, a blade coater, a curtain coater, a screen printing machine or the like, a spray coater or the like can be used.
  • the photosensitive resin composition film can be dried.
  • a drying method methods such as air drying, heat drying using an oven or a hot plate, vacuum drying, and the like are used.
  • the drying can be performed at 20 ° C. to 140 ° C. for 1 minute to 1 hour.
  • a photosensitive resin layer can be formed on the substrate.
  • Exposure process In this process, the photosensitive resin layer formed above is exposed.
  • the exposure apparatus for example, an exposure apparatus such as a contact aligner, a mirror projection, or a stepper is used. The exposure can be performed through a photomask or reticle having a pattern, or directly.
  • the light beam used for exposure is, for example, an ultraviolet light source.
  • post-exposure baking PEB
  • pre-development baking by any combination of temperature and time may be performed as necessary for the purpose of improving photosensitivity.
  • the range of baking conditions is preferably a temperature of 40 to 120 ° C. and a time of 10 seconds to 240 seconds. However, as long as the various characteristics of the photosensitive resin composition of the present invention are not impaired, the present invention is not limited to this range.
  • the unexposed part of the exposed photosensitive resin layer is developed and removed.
  • a developing method for developing the photosensitive resin layer after exposure (irradiation) a conventionally known photoresist developing method can be selected and used. For example, a rotary spray method, a paddle method, an immersion method with ultrasonic treatment, or the like.
  • post-development baking may be performed at any temperature and time combination as necessary.
  • the post-development baking temperature can be, for example, 80 to 130 ° C.
  • the post-development baking time can be, for example, 0.5 to 10 minutes.
  • the developer used for development is preferably a good solvent for the photosensitive resin composition or a combination of the good solvent and the poor solvent.
  • the good solvent N-methyl-2-pyrrolidone, N-cyclohexyl-2-pyrrolidone, N, N-dimethylacetamide, cyclopentanone, cyclohexanone, ⁇ -butyrolactone, ⁇ -acetyl- ⁇ -butyrolactone and the like are preferable.
  • the poor solvent toluene, xylene, methanol, ethanol, isopropyl alcohol, ethyl lactate, propylene glycol methyl ether acetate, water and the like are preferable.
  • the ratio of the poor solvent to the good solvent is preferable to adjust the ratio of the poor solvent to the good solvent according to the solubility of the polymer in the photosensitive resin composition.
  • two or more of each solvent for example, several types may be used in combination.
  • the relief pattern obtained by the development is heated to dilute the photosensitive component, and (A) a cured relief pattern made of polyimide by imidizing the photosensitive polyimide precursor.
  • a method of heat curing various methods such as a method using a hot plate, a method using an oven, and a method using a temperature rising type oven capable of setting a temperature program can be selected.
  • the heating can be performed, for example, at 200 ° C. to 400 ° C. for 30 minutes to 5 hours. Air may be used as the atmospheric gas at the time of heat curing, or an inert gas such as nitrogen or argon may be used.
  • a cured relief pattern can be produced.
  • the semiconductor device of this example is a semiconductor device having a copper wiring and an insulating layer provided on the copper wiring,
  • the area of the void portion of the copper wiring on the surface in contact with the insulating layer of the copper wiring after being stored for 168 hours under the condition of 150 ° C. in the air of 5% humidity is 10% or less.
  • the smaller the area of the void portion the less likely to cause a short circuit or disconnection after the high temperature storage test.
  • the area of the void portion is preferably 9% or less, more preferably 8% or less, further preferably 7% or less, further preferably 6% or less, further preferably 5% or less, further preferably 4% or less, and 3% or less.
  • Examples of the method for measuring the area of the void portion include the measurement methods described in the following examples. It is presumed that the void formed by the copper component of the copper wiring layer moving to the insulating layer is filled with a gas such as vacuum or air.
  • the semiconductor device can be, for example, a semiconductor device having a base material that is a semiconductor element and a cured relief pattern formed on the base material by the above-described cured relief pattern forming method. That is, the semiconductor device of the present invention has a base material and a cured relief pattern formed on the base material.
  • the said cured relief pattern contains a polyimide resin and the compound represented by the general formula (B1) mentioned above.
  • the semiconductor device can be manufactured, for example, by a method using a semiconductor element as a base material and including the above-described method for forming a cured relief pattern as a part of the process.
  • the cured relief pattern formed by the above-described cured relief pattern forming method is, for example, a surface protective film, an interlayer insulating film, an insulating film for rewiring, a protective film for a flip chip device, or a protective film for a semiconductor device having a bump structure.
  • the semiconductor device of this invention can be manufactured by combining with the manufacturing method of a well-known semiconductor device.
  • the semiconductor device of the present invention is applied to, for example, a metal redistribution layer made of a Cu layer and a relief pattern made of a polyimide resin, the generation of voids at the interface is suppressed and the adhesiveness is high, resulting in excellent characteristics. It will have.
  • the photosensitive resin composition of the present invention is useful not only for application to semiconductor devices as described above, but also for applications such as interlayer insulation for multilayer circuits, cover coating for flexible copper-clad plates, solder resist films, and liquid crystal alignment films. is there.
  • Weight average molecular weight The weight average molecular weight (Mw) of each polyamic acid ester synthesize
  • This coating film was irradiated with energy of 300 mJ / cm 2 by a parallel light mask aligner (PLA-501FA type, manufactured by Canon Inc.) using a mask with a test pattern. Subsequently, this coating film was spray-developed with a coater developer (D-Spin60A type, manufactured by SOKUDO) using cyclopentanone as a developer. Then, a relief pattern on Cu was obtained by rinsing with propylene glycol methyl ether acetate.
  • the wafer on which the relief pattern was formed on Cu was heat-treated at a temperature described in each example for 2 hours in a nitrogen atmosphere using a temperature-programmed cure furnace (VF-2000 type, manufactured by Koyo Lindberg). .
  • VF-2000 type temperature-programmed cure furnace
  • a cured relief pattern made of polyimide resin having a thickness of about 6 to 7 ⁇ m was obtained on Cu.
  • the Cu surface from which all of the polyimide resin layer had been removed was observed 1000 times from directly above with an FE-SEM (S-4800 type, manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation). Then, a photograph was taken with the number of pixels of 1280 ⁇ 960 for an area of 126 ⁇ m ⁇ 87 ⁇ m. About the photograph image
  • image analysis software A image kun, Asahi Kasei company make
  • the obtained reaction solution was added to 3 liters of ethyl alcohol to produce a precipitate consisting of a crude polymer.
  • the produced crude polymer was collected by filtration and dissolved in 1.5 liter of tetrahydrofuran to obtain a crude polymer solution.
  • the obtained crude polymer solution was dropped into 28 liters of water to precipitate a polymer, and the obtained precipitate was collected by filtration and then vacuum-dried to obtain a powdery polymer A-1.
  • the weight average molecular weight (Mw) of this polymer A-1 was measured and found to be 20,000.
  • Example 1 As component (A), 100 g of polymer A-3, as component (B), 2 g of B-2, as component (C), 8 g of tetraethylene glycol dimethacrylate, 0.05 g of 2-nitroso-1-naphthol N-phenyldiethanolamine 4 g, N- (3- (triethoxysilyl) propyl) phthalamic acid 0.5 g, and benzophenone-3,3′-bis (N- (3-triethoxysilyl) propylamide) -4, By dissolving 0.5 g of 4′-dicarboxylic acid in a mixed solvent composed of N-methylpyrrolidone and ethyl lactate (weight ratio 8: 2) and adjusting the amount of the solvent so that the viscosity is about 35 poise, It was set as the photosensitive resin composition solution.
  • a mixed solvent composed of N-methylpyrrolidone and ethyl lactate (weight ratio 8: 2)
  • this composition cured at 200 degreeC by the above-mentioned method, and produced the cured relief pattern on Cu layer. After performing the high temperature storage test, the void area ratio in the surface of the Cu layer was evaluated. The void area ratio was 8%.
  • Example 2 A photosensitive resin composition solution was prepared in the same manner as in Example 1 except that B-2 was changed to B-3 as the component (B) in Example 1. About this composition, the hardening relief pattern was produced by the above-mentioned method. The area ratio of voids on the surface of the Cu layer after the high temperature storage test was evaluated. The void area ratio was 4%.
  • Example 3 A photosensitive resin composition solution was prepared in the same manner as in Example 1 except that B-2 was changed to B-4 as the component (B) in Example 1. About this composition, the hardening relief pattern was produced by the above-mentioned method. The area ratio of voids on the surface of the Cu layer after the high temperature storage test was evaluated. The void area ratio was 4%.
  • Example 4 A photosensitive resin composition solution was prepared in the same manner as in Example 1 except that B-2 was changed to B-5 as the component (B) in Example 1. About this composition, the hardening relief pattern was produced by the above-mentioned method. The area ratio of voids on the surface of the Cu layer after the high temperature storage test was evaluated. The void area ratio was 6%.
  • Example 5 A photosensitive resin composition solution was prepared in the same manner as in Example 1 except that in Example 1, the polymer A-3 was changed to the polymer A-1 as the component (A). About this composition, the hardening relief pattern was produced by the above-mentioned method. The area ratio of voids on the surface of the Cu layer after the high temperature storage test was evaluated. The void area ratio was 5%.
  • Example 6 In Example 1 above, Cu (A) was changed to Polymer A-1 as Component (A), and B-2 (B) was changed to B-3 as Component (B). A cured relief pattern was prepared. About this hardening relief pattern on Cu, the hardening relief pattern was produced by the above-mentioned method. The area ratio of voids on the surface of the Cu layer after the high temperature storage test was evaluated. The void area ratio was 2%.
  • Example 7 In Example 1 above, the photosensitivity was the same as in Example 1 except that the polymer A-3 was changed to the polymer A-1 as the component (A) and the B-2 was changed to B-4 as the component (B). A resin composition solution was prepared. About this composition, the hardening relief pattern was produced by the above-mentioned method. The area ratio of voids on the surface of the Cu layer after the high temperature storage test was evaluated. The void area ratio was 2%.
  • Example 8 A photosensitive resin was prepared in the same manner as in Example 1 except that the polymer A-3 was changed to A-1 as the component (A) and B-2 was changed to B-5 as the component (B). A composition solution was prepared. About this composition, the hardening relief pattern was produced by the above-mentioned method. The area ratio of voids on the surface of the Cu layer after the high temperature storage test was evaluated. The void area ratio was 4%.
  • Example 9 In the above Example 1, the photosensitive resin composition was the same as in Example 1 except that 100 g of the polymer A-3, 50 g of the polymer A-1 and 50 g of the polymer A-2 were changed as the component (A). A solution was prepared. About this composition, the hardening relief pattern was produced by the above-mentioned method, and the void area ratio in the Cu layer surface after a high temperature storage test was evaluated. The void area ratio was 3%.
  • Example 10 In Example 1 above, 100 g of polymer A-3 was changed as component (A), 50 g of polymer A-1 and 50 g of polymer A-2, and B-2 was changed to B-3 as component (B). Otherwise, a photosensitive resin composition solution was prepared in the same manner as in Example 1. About this composition, the hardening relief pattern was produced by the above-mentioned method, and the void area ratio in the Cu layer surface after a high temperature storage test was evaluated. The void area ratio was 1%.
  • Example 11 In Example 1 above, 100 g of polymer A-3, 50 g of polymer A-1 and 50 g of polymer A-2 were changed as component (A), and B-2 was changed to B-4 as component (B). Otherwise, a photosensitive resin composition solution was prepared in the same manner as in Example 1. About this composition, the hardening relief pattern was produced by the above-mentioned method, and the void area ratio in the Cu layer surface after a high temperature storage test was evaluated. The void area ratio was 1%.
  • Example 12 In Example 1 above, 100 g of polymer A-3 was changed as component (A), 50 g of polymer A-1 and 50 g of polymer A-2 were changed, and B-2 was changed to B-5 as component (B). Otherwise, a photosensitive resin composition solution was prepared in the same manner as in Example 1. About this composition, the hardening relief pattern was produced by the above-mentioned method, and the void area ratio in the Cu layer surface after a high temperature storage test was evaluated. The void area ratio was 2%.
  • Example 1 A photosensitive resin composition solution was prepared in the same manner as in Example 1 except that B-2 was changed to b-1 as the component (B) in Example 1. About this composition, the hardening relief pattern was produced by the above-mentioned method, and the void area ratio in the Cu layer surface after a high temperature storage test was evaluated. The void area ratio was 13%.
  • Example 2 In Example 1 above, the same procedure as in Example 1 was conducted except that the polymer A-3 was changed to the polymer A-1 as the component (A) and B-2 was changed to b-1 as the component (B). A conductive resin composition solution was prepared. About this composition, the hardening relief pattern was produced by the above-mentioned method, and the void area ratio in the Cu layer surface after a high temperature storage test was evaluated. The void area ratio was 12%.
  • Example 3 In Example 1 above, 100 g of polymer A-3 as component (A), 50 g of polymer A-1 and 50 g of polymer A-2 were changed, and B-2 was changed to b-1 as component (B) Prepared a photosensitive resin composition solution in the same manner as in Example 1. About this composition, the hardening relief pattern was produced by the above-mentioned method, and the void area ratio in the Cu layer surface after a high temperature storage test was evaluated. The void area ratio was 12%.
  • Table 1 shows the evaluation results of the void area ratio on the surface of the Cu layer for the photosensitive resin compositions of Examples 1 to 12 and Comparative Examples 1 to 3.
  • the occurrence of voids at the interface of the Cu layer contacting the polyimide layer after the high temperature storage test is greatly suppressed. I found out. From the above results, it was confirmed that by using the photosensitive resin composition of the present invention, generation of voids at the interface of the Cu layer contacting the polyimide layer can be suppressed even after the high temperature storage test.
  • the adhesion between the Cu layer (metal redistribution layer) and the polyimide layer (relief pattern) is high, and excellent characteristics are obtained.
  • voids are more reliably suppressed when the component A represented by the general formula (A1) has a specific structure.
  • the Cu layer has high adhesion without generating voids at the interface contacting the polyimide layer.
  • semiconductor devices, multilayer wiring boards, etc. It can be suitably used in the field of photosensitive materials useful for the production of electrical and electronic materials.

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Abstract

高温保存試験後、Cu層の、ポリイミド層に接する界面でボイドが発生しにくく、密着性が高いポリイミド層が得られる感光性樹脂組成物、該感光性樹脂組成物を用いたポリイミドを提供することができる。及び、高温保存試験後、Cu層がポリイミド層に接する界面でボイドが発生しにくく、高温保存試験後のショートや断線が生じにくい半導体装置を提供する。 感光性ポリイミド前駆体である(A)成分と、一般式(B1)で表される構造を含む(B)成分とを含有することを特徴とする感光性樹脂組成物。(式(B1)中、Zはイオウ又は酸素原子であり、そしてR~Rは、それぞれ独立に、水素原子または1価の有機基を表す。)

Description

感光性樹脂組成物、ポリイミドの製造方法および半導体装置
 本発明は、例えば電子部品の絶縁材料、及び半導体装置におけるパッシベーション膜、バッファーコート膜、層間絶縁膜等のレリーフパターンの形成に用いられる感光性樹脂組成物、それを用いたポリイミドの製造方法、及び半導体装置に関するものである。
 従来、電子部品の絶縁材料、及び半導体装置のパッシベーション膜、表面保護膜、層間絶縁膜等には、優れた耐熱性、電気特性及び機械特性を併せ持つポリイミド樹脂が用いられている。このポリイミド樹脂の中でも、感光性ポリイミド前駆体組成物の形で提供されるものは、該組成物の塗布、露光、現像、及びキュアによる熱イミド化処理によって、耐熱性のレリーフパターン皮膜を容易に形成することができる。このような感光性ポリイミド前駆体組成物は、従来の非感光型ポリイミド材料に比べて、大幅な工程短縮を可能にするという特徴を有している。
 ところで、半導体装置(以下、「素子」とも言う。)は、目的に合わせて、様々な方法でプリント基板に実装される。従来の素子では、素子の外部端子(パッド)からリードフレームまで細いワイヤで接続する、ワイヤボンディング法により作製されることが一般的であった。しかし、素子の高速化が進み、動作周波数がGHzまで到達した今日、実装における各端子の配線長さの違いが、素子の動作に影響を及ぼすまでに至った。そのため、ハイエンド用途の素子の実装では、実装配線の長さを正確に制御する必要が生じた。しかしながら、ワイヤボンディングではその要求を満たすことが困難であった。
 そこで、半導体チップの表面に再配線層を形成し、その上にバンプ(電極)を形成した後、該チップを裏返し(フリップ)て、プリント基板に直接実装する、フリップチップ実装が提案されている(例えば特許文献1参照)。このフリップチップ実装では、配線距離を正確に制御できる。このため、フリップチップ実装は、高速な信号を取り扱うハイエンド用途の素子に、あるいは、実装サイズの小ささから携帯電話等に、それぞれ採用され、需要が急拡大している。フリップチップ実装にポリイミド材料を使用する場合、該ポリイミド層のパターンが形成された後に、金属配線層形成工程を経る。金属配線層は、通常、つぎのようにして形成される。まず、ポリイミド層表面をプラズマエッチングして表面を粗化した後、メッキのシード層となる金属層を、1μm以下の厚みでスパッタにより形成する。その後、その金属層を電極として、電解メッキすることにより金属配線層が形成される。このとき、一般に、シード層となる金属としてはTiが、電解メッキにより形成される再配線層の金属としてはCuが用いられる。
 このような金属再配線層について、信頼性試験後に、再配線された金属層とポリイミド層との密着性が高いことが求められる。ここで行なわれる信頼性試験としては、例えば、湿度5%の空気中で、150℃の条件下で168時間保存する、高温保存試験等が挙げられる。
特開2001-338947号公報
 しかしながら、従来のポリイミド樹脂を用いて上記高温保存試験を行うと、再配線層のCu成分がポリイミド層に移動する。すると図1に示すように、再配線されたCu層がポリイミド層に接する界面で、空隙(以下、ボイドともいう。)が発生する、という問題があった。Cu層とポリイミド層との界面でボイドが発生すると、両者の密着性が低下してしまう。そして、Cu層とポリイミド層とが剥離してしまうと、再配線層でショートや断線が起こる可能性が高くなる。
 本発明は、このような従来の実情に鑑みて考案されたものである。すなわち、本発明の目的は、高温保存試験後、Cu層の、ポリイミド層に接する界面でボイドが発生しにくく、密着性が高いポリイミド層が得られる感光性樹脂組成物、該感光性樹脂組成物を用いたポリイミド、及び、高温保存試験後、Cu層がポリイミド層に接する界面でボイドが発生しにくく、高温保存試験後のショートや断線が生じにくい半導体装置を提供することにある。
 本発明者らは、感光性ポリイミド前駆体と、特定の化合物とを組み合わせることにより、上記の目的が達成されることを見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は以下の通りである。
[1]
 感光性ポリイミド前駆体である(A)成分と、
 下記一般式(B1):
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000018
(式(B1)中、Zはイオウ又は酸素原子であり、R~Rは、それぞれ独立に、水素原子または1価の有機基を表す。)
で表される構造を有する(B)成分とを含有することを特徴とする感光性樹脂組成物。
[2]
 前記(A)成分が下記一般式(A1):
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000019
{一般式(A1)中、Xは4価の有機基であり、Yは2価の有基であり、R及びRは、それぞれ独立に、水素原子、下記一般式(R1)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000020
(一般式(R1)中、R、R、及びRは、それぞれ独立に、水素原子又はC~Cの有機基であり、pは2~10から選ばれる整数である。)で表される1価の有機基、又はC~Cの飽和脂肪族基である。但し、R及びRの両者が同時に水素原子であることはない。}で表される構造を含む感光性ポリイミド前駆体である、[1]に記載の感光性樹脂組成物。
[3]
 前記(B)成分が、下記式(B2)~(B5):
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000021
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000022
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000023
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000024
から選ばれる少なくとも1種である、[1]又は[2]に記載の感光性樹脂組成物。
[4]
 前記(B)成分が前記(B3)~(B5)から選ばれる少なくとも1種である、[3]に記載の感光性樹脂組成物。
[5]
 前記(B)成分が前記(B3)~(B4)から選ばれる少なくとも1種である、[4]に記載の感光性樹脂組成物。
[6]
 前記一般式(A1)中のXが、下記(C1)~(C3):
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000025
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000026
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000027
から選ばれる少なくとも1種以上の4価の有機基である、[2]から[5]のいずれか1項に記載の感光性樹脂組成物。
[7]
 前記一般式(A1)中のYが、下記(D1)~(D3):
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000028
(一般式(D1)中、R10~R13は、水素原子又はC~Cの1価の脂肪族基であり、互いに異なっていても、同一であってもよい。)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000029
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000030
(一般式(D3)中、R14~R21は、水素原子、ハロゲン原子、又はC~Cの1価の有機基であり、互いに異なっていても、同一であってもよい。)
から選ばれる少なくとも1種以上の2価の有機基である、[3]から[6]のいずれか1項に記載の感光性樹脂組成物。
[8]
 前記一般式(A1)中のYが、前記(D3)である、[7]に記載の感光性樹脂組成物。
[9]
 前記一般式(A1)中のXが、下記(C3):
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000031
であり、かつYが下記(D2):
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000032
である、[3]~[7]のいずれか1項に記載の感光性樹脂組成物。
[10]
 前記一般式(A1)中のXが、下記(C2):
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000033
であり、かつYが下記(D2):
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000034
である、[3]~[7]のいずれか1項に記載の感光性樹脂組成物。
[11]
 前記(A)成分100質量部に対する(B)成分の含有量が0.1~10質量部である、[1]~[10]のいずれか1項に記載の感光性樹脂組成物。
[12]
 前記(A)成分100質量部に対する(B)成分の含有量が0.5~5質量部である、[1]~[11]のいずれか1項に記載の感光性樹脂組成物。
[13]
 前記(A)成分が、側鎖にラジカル重合性置換基を有するポリアミド酸誘導体である、[1]~[12]のいずれか1項に記載の感光性樹脂組成物。
[14]
 [1]~[13]のいずれか1項に記載の感光性樹脂組成物を硬化して得られるポリイミド。
[15]
 [1]~[13]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する工程と、
 前記感光性樹脂組成物をイミド化する工程と、
を含むポリイミドの製造方法。
[16]
 銅配線と前記銅配線上に設けられた絶縁層を有する半導体装置であって、
 湿度5%の空気中で150℃の条件下で168時間保存した後の、前記銅配線の前記絶縁層と接する面における、前記銅配線の空隙部分の面積が10%以下である、半導体装置。
[17]
 前記空隙部分の面積が6%以下である、[16]に記載の半導体装置。
[18]
 前記空隙部分の面積が5%以下である、[17]に記載の半導体装置。
[19]
 前記空隙部分の面積が4%以下である、[18]に記載の半導体装置。
[20]
 前記空隙部分の面積が3%以下である、[19]に記載の半導体装置。
[21]
 前記空隙部分の面積が2%以下である、[20]に記載の半導体装置。
[22]
 前記空隙部分の面積が1%以下である、[21]に記載の半導体装置。
[23]
 前記絶縁層がポリイミドを含む、[16]から[22]の何れか1項に記載の半導体装置。
[24]
 前記絶縁層が[14]に記載のポリイミドを含む、[16]から[23]の何れか1項に記載の半導体装置。
 本発明によれば、高温保存試験後、Cu層がポリイミド層に接する界面でボイドが発生しにくく、密着性が高いポリイミド層が得られる感光性樹脂組成物、該感光性樹脂組成物を用いたポリイミドを提供することができる。及び、本発明によれば、高温保存試験後、Cu層がポリイミド層に接する界面でボイドが発生しにくく、高温保存試験後のショートや断線が生じにくい半導体装置を提供することができる。
再配線されたCu層とポリイミド層との界面で、空隙(ボイド)が発生した状態を示す図である。
 本発明について、以下に具体的に説明する。なお本明細書を通じ、一般式において同一符号で表されている構造は、分子中に複数存在する場合、互いに同一でも異なっていてもよい。
<感光性樹脂組成物>
 本発明の感光性樹脂組成物は、感光性ポリイミド前駆体である(A)成分と、
下記一般式(B1):
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000035
(式(B1)中、Zはイオウ又は酸素原子であり、そしてR~Rは、それぞれ独立に、水素原子または1価の有機基を表す。)
で表される構造を含む(B)成分とを含有することを特徴とする。
[(A)感光性ポリイミド前駆体]
 本発明に用いられる(A)成分の感光性ポリイミド前駆体について説明する。
 本発明における感光性ポリイミド前駆体として好ましく用いられるのは、i線吸光度が0.8~2.0のものである。i線吸光度は、感光性ポリイミド前駆体を単独の溶液として塗布し、プリベークした後に得られる、10μm厚フィルムについて測定される。
 感光性樹脂組成物から得られる硬化レリーフパターンにおける、開口部の側面を順テーパー型にするために、本発明の感光性樹脂組成物は、上記の要件を満たす(A)感光性ポリイミド前駆体を含有することが好ましい。
<i線吸光度の求め方>
 (A)感光性ポリイミド前駆体を単独でプリベークした後、10μm厚フィルムのi線吸光度は、石英ガラス上に形成した塗膜について、通常の分光光度計により測定することができる。形成されたフィルムの厚みが10μmでない場合には、該フィルムについて得られた吸光度を、ランベルト・ベールの法則に従って10μm厚に換算することにより、10μm厚のi線吸光度を求めることができる。
 i線吸光度が0.8未満の場合には、これを満たす(A)感光性ポリイミド前駆体の構造が限定されるため、機械物性、熱物性等が劣ることとなる。i線吸光度が2.0を超える場合には、塗膜のi線吸収が大きすぎて底部まで光が到達しない。そのため、例えばネガ型の場合、塗膜の底部が硬化しないという問題が出る場合がある。
 本発明の(A)感光性ポリイミド前駆体は、例えばポリアミド酸、ポリアミド酸エステル、ポリアミド酸塩、及びポリアミド酸アミドから成る群より選ばれる少なくとも1種の樹脂を主成分とするものであることが好ましい。ここで、主成分とは、これら樹脂を、全樹脂に対して、60質量%以上含有することを意味し、80質量%以上含有することが好ましい。また、(A)感光性ポリイミド前駆体は、必要に応じて他の樹脂を含んでいてもよい。
 (A)感光性ポリイミド前駆体の重量平均分子量(Mw)は、熱処理後に得られる膜の耐熱性及び機械特性の観点から、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によるポリスチレン換算値として、1,000以上であることが好ましく、5,000以上であることがより好ましい。重量平均分子量(Mw)の上限は100,000以下であることが好ましい。現像液に対する溶解性の観点から、重量平均分子量(Mw)の上限は50,000以下であることがより好ましい。
 本発明の感光性樹脂組成物において、耐熱性及び感光性の観点から、最も好ましい(A)感光性ポリイミド前駆体の1つは、下記一般式(A1):
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000036
{一般式(A1)中、Xは4価の有機基であり、Yは2価の有機基であり、R及びRは、それぞれ独立に、水素原子、下記一般式(R1):
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000037
(一般式(R1)中、R、R、及びRは、それぞれ独立に、水素原子又はC~Cの有機基であり、そしてpは2~10から選ばれる整数である。)で表される1価の有機基、又はC~Cの飽和脂肪族基である。但し、R及びRの両者が同時に水素原子であることはない。}で表される構造を含む、エステル型の感光性ポリイミド前駆体である。
 上記一般式(A1)中、Xで表される4価の有機基は、耐熱性と感光特性とを両立するという点で、好ましくは炭素数6~40の有機基である。さらに好ましくは、-COOR基及び-COOR基と-CONH-基とが、互いにオルト位置にある、芳香族基又は脂環式脂肪族基である。Xで表される4価の有機基として、好ましくは芳香族環を含有する炭素原子数6~40の有機基である。さらに好ましくは、下記式(30):
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000038
{式中、R25は水素原子、フッ素原子、C~C10の炭化水素基、C~C10の含フッ素炭化水素基から選ばれる1価の基であり、lは0~2から選ばれる整数であり、mは0~3から選ばれる整数であり、そしてnは0~4から選ばれる整数である。}
 で表される構造が挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、Xの構造は1種でも2種以上の組み合わせでも構わない。上記式で表される構造を有するX基は、耐熱性と感光特性とを両立するという点で特に好ましい。
 上記一般式(A1)中、Xで表される4価の有機基の中で更に好ましい例として、下記(C1)~(C3):
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000039
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000040
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000041
から選ばれる少なくとも一種以上の有機基が挙げられる。これらの有機基は、ボイドを抑制する観点から特に好ましいが、これらに限定されるものではない。また、Xの構造は1種でもよいし、2種以上の組み合わせでもよい。
 上記一般式(A1)中、Yで表される2価の有機基は、耐熱性と感光特性とを両立するという点で、好ましくは炭素数6~40の芳香族基であり、例えば、下記式(31):
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000042
{式中、R25は水素原子、フッ素原子、C~C10の炭化水素基、C~C10の含フッ素炭化水素基から選ばれる1価の基であり、そしてnは0~4から選ばれる整数である。}
 で表される構造が挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、Yの構造は1種でも2種以上の組み合わせでも構わない。上記式(31)で表される構造を有するY基は、耐熱性及び感光特性を両立するという点で特に好ましい。
 上記の一般式(A1)中のR及びRに関して、上記一般式(R1)中のRは、水素原子又はメチル基であることが好ましい。R及びRは、感光特性の観点から水素原子であることが好ましい。また、pは、感光特性の観点から2以上、10以下の整数であり、好ましくは2以上、4以下の整数である。
 上記一般式(A1)中、Yで表される2価の有機基の中で更に好ましい例として、下記(D1)~(D3):
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000043
(一般式(D1)中、R10~R13は、水素原子又はC1~C4の1価の脂肪族基であり、互いに異なっていても、同一であってもよい。)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000044
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000045
(一般式(D3)中、R14~R21は、水素原子、ハロゲン原子、又はC~Cの1価の有機基であり、互いに異なっていても、同一であってもよい。)
から選ばれる少なくとも1種以上の2価の有機基が挙げられる。これらの有機基は、ボイドを抑制する観点から特に好ましいが、これらに限定されるものではない。その中でも特に、一般式(A1)中のYが、前記(D3)を含有することが好ましい。
 本発明の感光性樹脂組成物は、一般式(A1)中のXが、下記(C3):
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000046
を含有し、かつ、Yが下記(D2):
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000047
を含有することが、ボイドをより確実に抑制することができ、特に好ましい。
 また、本発明の感光性樹脂組成物は、一般式(A1)中のXが、下記(C2):
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000048
を含有し、かつ、Yが下記(D2):
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000049
を含有することが、ボイドをより確実に抑制することができ、特に好ましい。
 (A)樹脂としてポリイミド前駆体を用いる場合に、感光性樹脂組成物に感光性を付与する方式としては、エステル結合型とイオン結合型とが挙げられる。前者は、ポリイミド前駆体の側鎖に、エステル結合によって光重合性基、すなわちオレフィン性二重結合を有する化合物を導入する方法である。後者は、ポリイミド前駆体のカルボキシル基と、アミノ基を有する(メタ)アクリル化合物のアミノ基とを、イオン結合を介して結合させることにより、光重合性基を付与する方法である。
 上記エステル結合型のポリイミド前駆体は、つぎのようにして得られる。すなわち、まず、前述の4価の有機基Xを含むテトラカルボン酸二無水物と、光重合性の不飽和二重結合を有するアルコール類、及び任意に炭素数1~4の飽和脂肪族アルコール類とを反応させることにより、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、前述の2価の有機基Yを含む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。
(アシッド/エステル体の調製)
 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、上記一般式(30)に示される構造を有する酸二無水物をはじめ、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。好ましくは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、ビフェニル-3,3’,4,4’-テトラカルボン酸二無水物等を挙げることができる。好ましくは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等を挙げることができる。より好ましくは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、ビフェニル-3,3’,4,4’-テトラカルボン酸二無水物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、これらは単独でも、2種以上を混合して用いてもよい。
 本発明で、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、光重合性基を有するアルコール類としては、例えば、2-アクリロイルオキシエチルアルコール、1-アクリロイルオキシ-3-プロピルアルコール、2-アクリルアミドエチルアルコール、メチロールビニルケトン、2-ヒドロキシエチルビニルケトン、2-ヒドロキシ-3-メトキシプロピルアクリレート、2-ヒドロキシ-3-ブトキシプロピルアクリレート、2-ヒドロキシ-3-フェノキシプロピルアクリレート、2-ヒドロキシ-3-ブトキシプロピルアクリレート、2-ヒドロキシ-3-t-ブトキシプロピルアクリレート、2-ヒドロキシ-3-シクロヘキシルオキシプロピルアクリレート、2-メタクリロイルオキシエチルアルコール、1-メタクリロイルオキシ-3-プロピルアルコール、2-メタクリルアミドエチルアルコール、2-ヒドロキシ-3-メトキシプロピルメタクリレート、2-ヒドロキシ-3-ブトキシプロピルメタクリレート、2-ヒドロキシ-3-フェノキシプロピルメタクリレート、2-ヒドロキシ-3-ブトキシプロピルメタクリレート、2-ヒドロキシ-3-t-ブトキシプロピルメタクリレート、2-ヒドロキシ-3-シクロヘキシルオキシプロピルメタクリレート等を挙げることができる。
 上記光重合性基を有するアルコール類とともに、任意的に使用できる飽和脂肪族アルコール類としては、炭素数1~4の飽和脂肪族アルコールが好ましい。その具体例としては、例えば、メタノール、エタノール、n-プロパノール、イソプロパノール、n-ブタノール、tert-ブタノール等を挙げることができる。
 上記の本発明に好適なテトラカルボン酸二無水物と上記のアルコール類とを、好ましくはピリジン等の塩基性触媒の存在下、好ましくは適当な反応溶媒中、温度20~50℃で4~10時間撹拌することにより、混合する。これにより、酸無水物のエステル化反応が進行し、所望のアシッド/エステル体を得ることができる。
 上記反応溶媒としては、原料であるテトラカルボン酸二無水物及びアルコール類、並びに生成物であるアシッド/エステル体を完全に溶解するものが好ましい。より好ましくは、更に、該アシッド/エステル体とジアミンとのアミド重縮合生成物である感光性ポリイミド前駆体をも、完全に溶解する溶媒である。このような溶媒として、例えば、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、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、炭化水素類等を挙げることができる。
 これらの具体例としては、
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;
ラクトン類として、例えば、γ-ブチロラクトン等を;
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。
(感光性ポリイミド前駆体の調製)
 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することにより、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する。そして、両者をアミド重縮合させることにより、目的の感光性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。
 本発明において、上記のようにして得られるポリ酸無水化物との反応に好適に用いられる、2価の有機基Yを有するジアミン類としては、上記一般式(31)に示される構造を有するジアミンをはじめ、例えば、p-フェニレンジアミン、m-フェニレンジアミン、4,4’-ジアミノジフェニルエーテル、3,4’-ジアミノジフェニルエーテル、3,3’-ジアミノジフェニルエーテル、4,4’-ジアミノジフェニルスルフィド、3,4’-ジアミノジフェニルスルフィド、3,3’-ジアミノジフェニルスルフィド、4,4’-ジアミノジフェニルスルホン、3,4’-ジアミノジフェニルスルホン、3,3’-ジアミノジフェニルスルホン、4,4’-ジアミノビフェニル、3,4’-ジアミノビフェニル、3,3’-ジアミノビフェニル、4,4’-ジアミノベンゾフェノン、3,4’-ジアミノベンゾフェノン、3,3’-ジアミノベンゾフェノン、4,4’-ジアミノジフェニルメタン、3,4’-ジアミノジフェニルメタン、3,3’-ジアミノジフェニルメタン、1,4-ビス(4-アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3-ビス(4-アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3-ビス(3-アミノフェノキシ)ベンゼン、ビス〔4-(4-アミノフェノキシ)フェニル〕スルホン、ビス〔4-(3-アミノフェノキシ)フェニル〕スルホン、4,4-ビス(4-アミノフェノキシ)ビフェニル、4,4-ビス(3-アミノフェノキシ)ビフェニル、ビス〔4-(4-アミノフェノキシ)フェニル〕エーテル、ビス〔4-(3-アミノフェノキシ)フェニル〕エーテル、1,4-ビス(4-アミノフェニル)ベンゼン、1,3-ビス(4-アミノフェニル)ベンゼン、9,10-ビス(4-アミノフェニル)アントラセン、2,2-ビス(4-アミノフェニル)プロパン、2,2-ビス(4-アミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2-ビス〔4-(4-アミノフェノキシ)フェニル)プロパン、2,2-ビス〔4-(4-アミノフェノキシ)フェニル)ヘキサフルオロプロパン、1,4-ビス(3-アミノプロピルジメチルシリル)ベンゼン、オルト-トリジンスルホン、9,9-ビス(4-アミノフェニル)フルオレン等;
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;
並びにこれらの混合物等が挙げられる。
 前記置換体の具体例としては、例えば3,3’-ジメチル-4,4’-ジアミノビフェニル、2,2’-ジメチル-4,4’-ジアミノビフェニル、3,3’-ジメチル-4,4’-ジアミノジフェニルメタン、2,2’-ジメチル-4,4’-ジアミノジフェニルメタン、3,3’-ジメチトキシ-4,4’-ジアミノビフェニル、3,3’-ジクロロ-4,4’-ジアミノビフェニル、2,2’-ビス(トリフルオロメチル)-4,4‘-ジアミノビフェニル、2,2’-ビス(フルオロ)-4,4‘-ジアミノビフェニル、4,4’-ジアミノオクタフルオロビフェニル等;
及びこれらの混合物等が挙げられる。これらの中で好ましく用いられるものとして、p-フェニレンジアミン、4,4’-ジアミノジフェニルエーテル、2,2’-ジメチル-4,4’-ジアミノビフェニル、2,2’-ビス(トリフルオロメチル)-4,4‘-ジアミノビフェニル、2,2’-ビス(フルオロ)-4,4‘-ジアミノビフェニル、4,4’-ジアミノオクタフルオロビフェニル等を挙げることができる。より好ましくはp-フェニレンジアミン、4,4’-ジアミノジフェニルエーテル等を、並びにこれらの混合物等を挙げることができる。ジアミン類は、上記の例示に限定されるものではない。
 ジアミノシロキサン類は、本発明の感光性樹脂組成物から形成される塗膜と各種基板との間の密着性の向上を目的として、(A)感光性ポリイミド前駆体の調製に際して、上記2価の有機基Yを含むジアミン類と併用される。このようなジアミノシロキサン類の具体例としては、例えば、1,3-ビス(3-アミノプロピル)テトラメチルジシロキサン、1,3-ビス(3-アミノプロピル)テトラフェニルジシロキサン等を挙げることができる。
 アミド重縮合反応終了後、当該反応液中に共存している脱水縮合剤の吸水副生物を、必要に応じて濾別する。その後、重合体成分を含有する溶液に、適当な貧溶媒、例えば水、脂肪族低級アルコール、その混合液等)を投入することにより、重合体成分を析出させる。更に必要に応じて、再溶解及び再沈析出操作等の操作を繰り返すことにより重合体を精製する。その後、真空乾燥を行うことにより、目的の感光性ポリイミド前駆体を単離する。精製度を向上させるために、陰イオン及び/又は陽イオン交換樹脂を適当な有機溶媒で膨潤させて充填したカラムに、この重合体の溶液を通すことにより、イオン性不純物を除去してもよい。
 エステル結合型のポリイミド前駆体の重量平均分子量(Mw)は、熱処理後に得られる膜の耐熱性及び機械特性の観点から、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によるポリスチレン換算値として、1,000以上であることが好ましく、5,000以上であることがより好ましい。重量平均分子量(Mw)の上限は100,000以下であることが好ましい。現像液に対する溶解性の観点から、重量平均分子量(Mw)の上限は50,000以下であることがより好ましい。ゲルパーミエーションクロマトグラフィーの展開溶媒としては、テトラヒドロフラン又はN-メチル-2-ピロリドンが推奨される。分子量は、標準単分散ポリスチレンを用いて作成した検量線から求められる。標準単分散ポリスチレンとしては、昭和電工社製 有機溶媒系標準試料 STANDARD SM-105から選ぶことが推奨される。
 このような方法により合成された(A)感光性ポリイミド前駆体について、単独で形成したプリベーク後フィルムのi線吸光度は、分子構造に応じて様々な値をとる。しかしながら、混合物のi線吸光度は、各成分のi線吸光度の相加平均となる。そのため、2種類以上の(A)感光性ポリイミド前駆体を適当な割合で組み合わせることにより、機械物性、熱物性等とのバランスをとりながら、(A)感光性ポリイミド前駆体のプリベーク後10μm厚フィルムのi線吸光度を0.8~2.0にすることができる。
[(B)成分]
 次に、本発明に用いられる(B)成分について説明する。
 本発明における(B)成分は、0.001wt%溶液のi線吸光度が0.02以上、0.5以下、好ましくは0.25以下、より好ましくは0.15以下であり、かつ、g線及びh線吸光度がいずれも0.02以下であるオキシムエステルである。これらオキシムエステルは、感光性を有しているため、フォトリソグラフィーによる感光性樹脂のパターニングのために必須である。
 高温保存試験後のCuのボイド抑制の観点から、i線吸光度は0.5以下であることが好ましい。g線及びh線吸光度はいずれも0.02以下であることが好ましい。フォトリソグラフィーにおける感度の観点から、i線吸光度は0.02以上であることが好ましい。
 本発明で用いることができる(B)成分は、下記一般式(B1):
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000050
(式(B1)中、Zはイオウ又は酸素原子であり、R~Rは、それぞれ独立に、水素原子または1価の有機基を表す。)で表される構造を含む。
 ここでR~Rとして好ましく用いられるのは、それぞれ独立に、水素原子または炭素数1~20の直鎖、分枝又は環状のアルキル基、アルキルアリール基、アリールアルキル基、ヒドロキシアルキルオキシ基から選ばれる基である。具体的には水素原子、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基、n-ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、tert-ペンチル基、n-ヘキシル基、イソヘキシル基、n-オクチル基、イソオクチル基、n-デシル基、イソデシル基、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、メチルシクロペンチル基、シクロペンチルメチル基、メチルシクロヘキシル基、シクロヘキシルメチル基、フェニル基、トリル基、キシリル基、ベンジル基、ヒドロキシエチルオキシ基、ヒドロキシプロピルオキシ基等を挙げることができる。
 これら(B)成分として好ましく用いられるのは、下記式(B2)~(B5):
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000051
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000052
から選ばれる少なくとも1種を含む。好ましく用いられる(B)成分の商品名としては、例えば、BASF社製Irgacure OXE-01、常州強力新電子材料有限公司製TR-PBG-305、同じくTR-PBG-3057、ADEKA社製NCI-930等を挙げることができる。
 これら(B)成分は、(A)成分100質量部に対し、0.1質量部以上、10質量部以下、で用いられ、好ましくは0.5質量部以上、5質量部以下の添加量で用いられる。(B)成分の添加量が、(A)成分100質量部に対し、0.1質量部未満の場合、高温保存試験後、Cu層とポリイミド層との界面でのボイド発生抑制効果が十分でない。また、(B)成分の添加量が、(A)成分100質量部に対し、10質量部を超えると、組成物のろ過性や塗布性が低下する。
 本発明で好ましく用いられるオキシムエステルは、0.001wt%溶液のg線、h線、i線吸光度を見たとき、いずれもi線透過率が0.02以上、0.15以下であり、g線及びh線には殆ど吸収がないという特徴がある。通常、光重合開始剤として用いられるオキシムエステルは、i線吸光度が本発明のものより高く、g線及びh線に吸収を有しているものもある。一方、一部のオキシムエステルでは、g線、h線、i線いずれも殆ど吸収がなく、増感剤と組み合わせて用いることが必須のものもある。
 本発明のオキシムエステルは、このような特徴的なg線、h線、i線吸収スペクトルから、露光時に光重合開始ラジカルのみならず、特定のアミンを特定量発生する。そのアミンがCuと特異的な相互作用をすることで、高温保存試験時のCuのマイグレーションを抑制していると思われる。
[(C)その他の成分]
 本発明の感光性樹脂組成物は、上記(A)成分及び(B)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、(C)その他の成分としては、溶剤を挙げることができる。その他、(C)その他の成分としては、例えば上記(A)成分の感光性ポリイミド前駆体以外の樹脂、増感剤、光重合性の不飽和結合を有するモノマー、接着助剤、熱重合禁止剤、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。
 前記溶剤としては、例えば極性の有機溶剤、アルコール類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る。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。
 本発明における溶剤としては、感光性樹脂組成物の保存安定性を向上させる観点から、アルコール類を含む溶剤が好ましい。好適に使用できるアルコール類は、典型的には、分子内にアルコール性水酸基を持ち、オレフィン系二重結合を有さないアルコールである。
 具体的な例としては、例えばメチルアルコール、エチルアルコール、n-プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、n-ブチルアルコール、イソブチルアルコール、tert-ブチルアルコール等のアルキルアルコール類;
乳酸エチル等の乳酸エステル類;
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-2-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、プロピレングリコール-2-エチルエーテル、プロピレングリコール-1-(n-プロピル)エーテル、プロピレングリコール-2-(n-プロピル)エーテル等のプロピレングリコールモノアルキルエーテル類;
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い。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。
 上記溶剤は、感光性樹脂組成物の所望の塗布膜厚及び粘度に応じて、(A)感光性ポリイミド前駆体100質量部に対して、例えば30~1500質量部の範囲、好ましくは100~1000質量部の範囲で用いることができる。溶剤が、オレフィン系二重結合を有さないアルコールを含有する場合、全溶剤中に占める、オレフィン系二重結合を有さないアルコールの含有量は、5~50質量%であることが好ましく、より好ましくは10~30質量%である。オレフィン系二重結合を有さないアルコールの含有量が5質量%以上の場合、感光性樹脂組成物の保存安定性が良好になる。オレフィン系二重結合を有さないアルコールの含有量が50質量%以下の場合、(A)感光性ポリイミド前駆体の溶解性が良好になる。
 本発明の感光性樹脂組成物は、上述した(A)感光性ポリイミド前駆体以外の樹脂成分を更に含有してもよい。含有できる樹脂成分としては、例えば、ポリイミド、ポリオキサゾール、ポリオキサゾール前駆体、フェノール樹脂、ポリアミド、エポキシ樹脂、シロキサン樹脂、アクリル樹脂等が挙げられる。これらの樹脂成分の配合量は、(A)感光性ポリイミド前駆体100質量部に対して、好ましくは0.01~20質量部の範囲である。
 本発明の感光性樹脂組成物には、光感度を向上させるために増感剤を任意に配合することができる。該増感剤としては、例えば、ミヒラーズケトン、4,4’-ビス(ジエチルアミノ)ベンゾフェノン、2,5-ビス(4’-ジエチルアミノベンザル)シクロペンタン、2,6-ビス(4’-ジエチルアミノベンザル)シクロヘキサノン、2,6-ビス(4’-ジエチルアミノベンザル)-4-メチルシクロヘキサノン、4,4’-ビス(ジメチルアミノ)カルコン、4,4’-ビス(ジエチルアミノ)カルコン、p-ジメチルアミノシンナミリデンインダノン、p-ジメチルアミノベンジリデンインダノン、2-(p-ジメチルアミノフェニルビフェニレン)-ベンゾチアゾール、2-(p-ジメチルアミノフェニルビニレン)ベンゾチアゾール、2-(p-ジメチルアミノフェニルビニレン)イソナフトチアゾール、1,3-ビス(4’-ジメチルアミノベンザル)アセトン、1,3-ビス(4’-ジエチルアミノベンザル)アセトン、3,3’-カルボニル-ビス(7-ジエチルアミノクマリン)、3-アセチル-7-ジメチルアミノクマリン、3-エトキシカルボニル-7-ジメチルアミノクマリン、3-ベンジロキシカルボニル-7-ジメチルアミノクマリン、3-メトキシカルボニル-7-ジエチルアミノクマリン、3-エトキシカルボニル-7-ジエチルアミノクマリン、N-フェニル-N’-エチルエタノールアミン、N-フェニルジエタノールアミン、N-p-トリルジエタノールアミン、N-フェニルエタノールアミン、4-モルホリノベンゾフェノン、ジメチルアミノ安息香酸イソアミル、ジエチルアミノ安息香酸イソアミル、2-メルカプトベンズイミダゾール、1-フェニル-5-メルカプトテトラゾール、2-メルカプトベンゾチアゾール、2-(p-ジメチルアミノスチリル)ベンズオキサゾール、2-(p-ジメチルアミノスチリル)ベンズチアゾール、2-(p-ジメチルアミノスチリル)ナフト(1,2-d)チアゾール、2-(p-ジメチルアミノベンゾイル)スチレン、ジフェニルアセトアミド、ベンズアニリド、N-メチルアセトアニリド、3‘,4’-ジメチルアセトアニリド等が挙げられる。これらは単独で又は例えば2~5種類の組合せで用いることができる。
 光感度を向上させるための増感剤を感光性樹脂組成物が含有する場合の配合量は、(A)感光性ポリイミド前駆体100質量部に対して、0.1~25質量部であることが好ましい。
 本発明の感光性樹脂組成物には、レリーフパターンの解像性を向上させるために、光重合性の不飽和結合を有するモノマーを任意に配合することができる。このようなモノマーとしては、光重合開始剤によりラジカル重合反応する(メタ)アクリル化合物が好ましい。
 以下に限定されるものではないが、特に、ジエチレングリコールジメタクリレート、テトラエチレングリコールジメタクリレートをはじめとする、エチレングリコール又はポリエチレングリコールのモノ又はジ(メタ)アクリレート;
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;
ネオペンチルグリコールのジ(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。
 本発明の感光性樹脂組成物が、レリーフパターンの解像性を向上させるための上記の光重合性の不飽和結合を有するモノマーを含有する場合、その配合量は、(A)感光性ポリイミド前駆体100質量部に対して、1~50質量部であることが好ましい。
 本発明の感光性樹脂組成物から形成される膜と基板との接着性向上のために、該感光性樹脂組成物には、接着助剤を任意に配合することができる。接着助剤としては、例えば、γ-アミノプロピルジメトキシシラン、N-(β-アミノエチル)-γ-アミノプロピルメチルジメトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ-メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルジメトキシメチルシラン、3-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、ジメトキシメチル-3-ピペリジノプロピルシラン、ジエトキシ-3-グリシドキシプロピルメチルシラン、N-(3-ジエトキシメチルシリルプロピル)スクシンイミド、N-〔3-(トリエトキシシリル)プロピル〕フタルアミド酸、ベンゾフェノン-3,3’-ビス(N-〔3-トリエトキシシリル〕プロピルアミド)-4,4’-ジカルボン酸、ベンゼン-1,4-ビス(N-〔3-トリエトキシシリル〕プロピルアミド)-2,5-ジカルボン酸、3-(トリエトキシシリル)プロピルスクシニックアンハイドライド、N-フェニルアミノプロピルトリメトキシシラン等のシランカップリング剤、及びアルミニウムトリス(エチルアセトアセテート)、アルミニウムトリス(アセチルアセトネート)、エチルアセトアセテートアルミニウムジイソプロピレート等のアルミニウム系接着助剤等が挙げられる。
 これらの接着助剤のうちでは、接着力の点からシランカップリング剤を用いることがより好ましい。感光性樹脂組成物が接着助剤を含有する場合、その配合量は、(A)成分の感光性ポリイミド前駆体100質量部に対して、0.5~25質量部の範囲が好ましい。
 本発明の感光性樹脂組成物が特に溶剤を含む溶液状態にある場合、その保存時の粘度及び光感度の安定性を向上させるために、該感光性樹脂組成物に熱重合禁止剤を任意に配合することができる。熱重合禁止剤としては、例えば、ヒドロキノン、N-ニトロソジフェニルアミン、p-tert-ブチルカテコール、フェノチアジン、N-フェニルナフチルアミン、エチレンジアミン四酢酸、1,2-シクロヘキサンジアミン四酢酸、グリコールエーテルジアミン四酢酸、2,6-ジ-tert-ブチル-p-メチルフェノール、5-ニトロソ-8-ヒドロキシキノリン、1-ニトロソ-2-ナフトール、2-ニトロソ-1-ナフトール、2-ニトロソ-5-(N-エチル-N-スルフォプロピルアミノ)フェノール、N-ニトロソ-N-フェニルヒドロキシルアミンアンモニウム塩、N-ニトロソ-N(1-ナフチル)ヒドロキシルアミンアンモニウム塩等が用いられる。
 感光性樹脂組成物に配合する場合の熱重合禁止剤の配合量としては、(A)感光性ポリイミド前駆体100質量部に対して、0.005~12質量部の範囲が好ましい。
 例えば、本発明の感光性樹脂組成物を用いて銅又は銅合金から成る基板上に硬化膜を形成する場合には、銅上の変色を抑制するためにアゾール化合物プリン誘導体等の含窒素複素環化合物を任意に配合することができる。アゾール化合物としては、例えば1H-トリアゾール、5-メチル-1H-トリアゾール、5-エチル-1H-トリアゾール、4,5-ジメチル-1H-トリアゾール、5-フェニル-1H-トリアゾール、4-t-ブチル-5-フェニル-1H-トリアゾール、5-ヒドロキシフェニル-1H-トリアゾール、フェニルトリアゾール、p-エトキシフェニルトリアゾール、5-フェニル-1-(2-ジメチルアミノエチル)トリアゾール、5-ベンジル-1H-トリアゾール、ヒドロキシフェニルトリアゾール、1,5-ジメチルトリアゾール、4,5-ジエチル-1H-トリアゾール、1H-ベンゾトリアゾール、2-(5-メチル-2-ヒドロキシフェニル)ベンゾトリアゾール、2-[2-ヒドロキシ-3,5-ビス(α,α―ジメチルベンジル)フェニル]-ベンゾトリアゾール、2-(3,5-ジ-t-ブチル-2-ヒドロキシフェニル)ベンゾトリアゾール、2-(3-t-ブチル-5-メチル-2-ヒドロキシフェニル)-ベンゾトリアゾール、2-(3,5-ジ-t-アミル-2-ヒドロキシフェニル)ベンゾトリアゾール、2-(2’-ヒドロキシ-5’-t-オクチルフェニル)ベンゾトリアゾール、ヒドロキシフェニルベンゾトリアゾール、トリルトリアゾール、5-メチル-1H-ベンゾトリアゾール、4-メチル-1H-ベンゾトリアゾール、4-カルボキシ-1H-ベンゾトリアゾール、5-カルボキシ-1H-ベンゾトリアゾール、1H-テトラゾール、5-メチル-1H-テトラゾール、5-フェニル-1H-テトラゾール、5-アミノ-1H-テトラゾール、1-メチル-1H-テトラゾール等が挙げられる。特に好ましくは、トリルトリアゾール、5-メチル-1H-ベンゾトリアゾール、及び4-メチル-1H-ベンゾトリアゾールから選ばれる1種以上である。これらアゾール化合物は、1種で用いても2種以上の混合物で用いても構わない。
 プリン誘導体の具体例としては、プリン、アデニン、グアニン、ヒポキサンチン、キサンチン、テオブロミン、カフェイン、尿酸、イソグアニン、2,6-ジアミノプリン、9-メチルアデニン、2-ヒドロキシアデニン、2-メチルアデニン、1-メチルアデニン、N-メチルアデニン、N,N-ジメチルアデニン、2-フルオロアデニン、9-(2-ヒドロキシエチル)アデニン、グアニンオキシム、N-(2-ヒドロキシエチル)アデニン、8-アミノアデニン、6-アミノ‐8-フェニル‐9H-プリン、1-エチルアデニン、6-エチルアミノプリン、1-ベンジルアデニン、N-メチルグアニン、7-(2-ヒドロキシエチル)グアニン、N-(3-クロロフェニル)グアニン、N-(3-エチルフェニル)グアニン、2-アザアデニン、5-アザアデニン、8-アザアデニン、8-アザグアニン、8-アザプリン、8-アザキサンチン、8-アザヒポキサンチン等及びその誘導体が挙げられる。
 感光性樹脂組成物が上記アゾール化合物もしくはプリン誘導体を含有する場合の配合量は、(A)樹脂100質量部に対し、0.1~20質量部であることが好ましい。光感度特性の観点から0.5~5質量部がより好ましい。アゾール化合物の(A)樹脂100質量部に対する配合量が0.1質量部以上である場合、本発明の感光性樹脂組成物を銅又は銅合金の上に形成した場合に、銅又は銅合金表面の変色が抑制される。一方、アゾール化合物の配合量が20質量部以下である場合には光感度に優れる。
 銅表面の変色を抑制するために、前記のアゾール化合物に代えて、或いは前記のアゾール化合物とともに、ヒンダードフェノール化合物を任意に配合することができる。ヒンダードフェノール化合物としては、例えば、2,6-ジ-t-ブチル-4-メチルフェノール、2,5-ジ-t-ブチル-ハイドロキノン、オクタデシル-3-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネ-ト、イソオクチル-3-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート、4、4’-メチレンビス(2、6-ジ-t-ブチルフェノール)、4,4’-チオ-ビス(3-メチル-6-t-ブチルフェノール)、4,4’-ブチリデン-ビス(3-メチル-6-t-ブチルフェノール)、トリエチレングリコール-ビス〔3-(3-t-ブチル-5-メチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート〕、1,6-ヘキサンジオール-ビス〔3-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート〕、2,2-チオ-ジエチレンビス〔3-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート〕、N,N’ヘキサメチレンビス(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシ-ヒドロシンナマミド)、2,2’-メチレン-ビス(4-メチル-6-t-ブチルフェノール)、2,2’-メチレン-ビス(4-エチル-6-t-ブチルフェノール)、ペンタエリスリチル-テトラキス〔3-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート〕、トリス-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシベンジル)-イソシアヌレイト、1,3,5-トリメチル-2,4,6-トリス(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシベンジル)ベンゼン、1,3,5-トリス(3-ヒドロキシ-2,6-ジメチル-4-イソプロピルベンジル)-1,3,5-トリアジン-2,4,6-(1H,3H,5H)-トリオン、1,3,5-トリス(4-t-ブチル-3-ヒドロキシ-2,6-ジメチルベンジル)-1,3,5-トリアジン-2,4,6-(1H,3H,5H)-トリオン、1,3,5-トリス(4-s-ブチル-3-ヒドロキシ-2,6-ジメチルベンジル)-1,3,5-トリアジン-2,4,6-(1H,3H,5H)-トリオン、1,3,5-トリス[4-(1-エチルプロピル)-3-ヒドロキシ-2,6-ジメチルベンジル]-1,3,5-トリアジン-2,4,6-(1H,3H,5H)-トリオン、1,3,5-トリス[4-トリエチルメチル-3-ヒドロキシ-2,6-ジメチルベンジル]-1,3,5-トリアジン-2,4,6-(1H,3H,5H)-トリオン、1,3,5-トリス(3-ヒドロキシ-2,6-ジメチル-4-フェニルベンジル)-1,3,5-トリアジン-2,4,6-(1H,3H,5H)-トリオン、1,3,5-トリス(4-t-ブチル-3-ヒドロキシ-2,5,6-トリメチルベンジル)-1,3,5-トリアジン-2,4,6-(1H,3H,5H)-トリオン、1,3,5-トリス(4-t-ブチル-5-エチル-3-ヒドロキシ-2,6-ジメチルベンジル)-1,3,5-トリアジン-2,4,6-(1H,3H,5H)-トリオン、1,3,5-トリス(4-t-ブチル-6-エチル-3-ヒドロキシ-2-メチルベンジル)-1,3,5-トリアジン-2,4,6-(1H,3H,5H)-トリオン、1,3,5-トリス(4-t-ブチル-6-エチル-3-ヒドロキシ-2,5-ジメチルベンジル)-1,3,5-トリアジン-2,4,6-(1H,3H,5H)-トリオン、1,3,5-トリス(4-t-ブチル-5,6-ジエチル-3-ヒドロキシ-2-メチルベンジル)-1,3,5-トリアジン-2,4,6-(1H,3H,5H)-トリオン、1,3,5-トリス(4-t-ブチル-3-ヒドロキシ-2-メチルベンジル)-1,3,5-トリアジン-2,4,6-(1H,3H,5H)-トリオン、1,3,5-トリス(4-t-ブチル-3-ヒドロキシ-2,5-ジメチルベンジル)-1,3,5-トリアジン-2,4,6-(1H,3H,5H)-トリオン、1,3,5-トリス(4-t-ブチル-5‐エチル-3-ヒドロキシ-2-メチルベンジル)-1,3,5-トリアジン-2,4,6-(1H,3H,5H)-トリオン等が挙げられるが、これに限定されるものではない。これらの中でも、1,3,5-トリス(4-t-ブチル-3-ヒドロキシ-2,6-ジメチルベンジル)-1,3,5-トリアジン-2,4,6-(1H,3H,5H)-トリオン等が特に好ましい。
 ヒンダードフェノール化合物の配合量は、(A)感光性ポリイミド前駆体100質量部に対し、0.1~20質量部であることが好ましく、光感度特性の観点から0.5~10質量部であることがより好ましい。ヒンダードフェノール化合物の(A)感光性ポリイミド前駆体100質量部に対する配合量が0.1質量部以上である場合、例えば銅又は銅合金の上に本発明の感光性樹脂組成物を形成した場合に、銅又は銅合金の変色・腐食が防止される。一方、ヒンダードフェノール化合物の配合量が20質量部以下である場合、該感光性樹脂組成物の優れた光感度が維持される。
 本発明の感光性樹脂組成物には、架橋剤を含有させてもよい。架橋剤は、本発明の感光性樹脂組成物を用いて形成されたレリーフパターンを加熱硬化する際に、(A)樹脂を架橋し得るか、又は架橋剤自身が架橋ネットワークを形成し得る架橋剤であることができる。架橋剤は、感光性樹脂組成物から形成された硬化膜の耐熱性及び耐薬品性を更に強化することができる。
 架橋剤としては、例えば、メチロール基及び/又はアルコキシメチル基を含有する化合物である、サイメル(登録商標)300、301、303、370、325、327、701、266、267、238、1141、272、202、1156、1158、1123、1170、1174;UFR65、300;マイコート102、105(以上、三井サイテック社製)、ニカラック(登録商標)MX-270、-280、-290;ニカラックMS―11;ニカラックMW―30、-100、-300、-390、-750(以上、三和ケミカル社製)、DML-OCHP、DML-MBPC、DML-BPC、DML-PEP、DML-34X、DML-PSBP、DML-PTBP、DML-PCHP、DML-POP、DML-PFP、DML-MBOC、BisCMP-F、DML-BisOC-Z、DML-BisOCHP-Z、DML-BisOC-P、DMOM-PTBT、TMOM-BP、TMOM-BPA、TML-BPAF-MF(以上、本州化学工業社製)、ベンゼンジメタノール、ビス(ヒドロキシメチル)クレゾール、ビス(ヒドロキシメチル)ジメトキシベンゼン、ビス(ヒドロキシメチル)ジフェニルエーテル、ビス(ヒドロキシメチル)ベンゾフェノン、ヒドロキシメチル安息香酸ヒドロキシメチルフェニル、ビス(ヒドロキシメチル)ビフェニル、ジメチルビス(ヒドロキシメチル)ビフェニル、ビス(メトキシメチル)ベンゼン、ビス(メトキシメチル)クレゾール、ビス(メトキシメチル)ジメトキシベンゼン、ビス(メトキシメチル)ジフェニルエーテル、ビス(メトキシメチル)ベンゾフェノン、メトキシメチル安息香酸メトキシメチルフェニル、ビス(メトキシメチル)ビフェニル、ジメチルビス(メトキシメチル)ビフェニル等が挙げられる。
 また、オキシラン化合物であるフェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノール型エポキシ樹脂、トリスフェノール型エポキシ樹脂、テトラフェノール型エポキシ樹脂、フェノール-キシリレン型エポキシ樹脂、ナフトール-キシリレン型エポキシ樹脂、フェノール-ナフトール型エポキシ樹脂、フェノール-ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、脂肪族エポキシ樹脂、ジエチレングリコールジグリシジルエーテル、ソルビトールポリグリシジルエーテル、プロピレングリコールジグリシジルエーテル、トリメチロールプロパンポリグルシジルエーテル、1,1,2,2-テトラ(p-ヒドロキシフェニル)エタンテトラグリシジルエーテル、グリセロールトリグリシジルエーテル、オルソセカンダリーブチルフェニルグリシジルエーテル、1,6-ビス(2,3-エポキシプロポキシ)ナフタレン、ジグリセロールポリグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールグリシジルエーテル、YDB-340、YDB-412、YDF-2001、YDF-2004(以上商品名、新日鐵化学(株)製)、NC-3000-H、EPPN-501H、EOCN-1020、NC-7000L、EPPN-201L 、XD-1000、EOCN-4600(以上商品名、日本化薬(株)製)、エピコート(登録商標)1001、エピコート1007、エピコート1009、エピコート5050、エピコート5051、エピコート1031S 、エピコート180S65、エピコート157H70、YX-315-75(以上商品名、ジャパンエポキシレジン(株)製)、EHPE3150 、プラクセルG402、PUE101、PUE105(以上商品名、ダイセル化学工業(株)製)、エピクロン(登録商標)830、850、1050、N-680、N-690、N-695、N-770、HP-7200、HP-820、EXA-4850-1000(以上商品名、DIC社製)、デナコール(登録商標)EX-201、EX-251、EX-203、EX-313、EX-314、EX-321、EX-411、EX-511、EX-512、EX-612、EX-614、EX-614B、EX-711、EX-731、EX-810、EX-911、EM-150(以上商品名、ナガセケムテックス社製)、エポライト(登録商標)70P、エポライト100MF(以上商品名、共栄社化学製)等が挙げられる。
 また、イソシアネート基含有化合物である、4,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート、トリレンジイソシアナート、1,3-フェニレンビスメチレンジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタン―4,4’-ジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、タケネート(登録商標)500、600、コスモネート(登録商標)NBDI、ND(以上商品名、三井化学社製)、デュラネート(登録商標)17B-60PX、TPA-B80E、MF-B60X、MF-K60X、E402-B80T(以上商品名、旭化成ケミカルズ社製)等が挙げられる。
 また、ビスマレイミド化合物である、4,4’-ジフェニルメタンビスマレイミド、フェニルメタンマレイミド、m-フェニレンビスマレイミド、ビスフェノールAジフェニルエーテルビスマレイミド、3,3’-ジメチル-5,5’-ジエチル-4,4’-ジフェニルメタンビスマレイミド、4-メチル-1,3-フェニレンビスマレイミド、1,6’-ビスマレイミド-(2,2,4-トリメチル)ヘキサン、4,4’-ジフェニルエーテルビスマレイミド、4,4’-ジフェニルスルフォンビスマレイミド、1,3-ビス(3-マレイミドフェノキシ)ベンゼン、1,3-ビス(4-マレイミドフェノキシ)ベンゼン、BMI-1000、BMI-1100、BMI-2000、BMI-2300、BMI-3000、BMI-4000、BMI-5100、BMI-7000、BMI-TMH、BMI-6000、BMI-8000(以上商品名、大和化成工業(株)製)等が挙げられるが、上述した様に熱架橋する化合物であれば、これらに限定されない。
 架橋剤を使用する場合、その配合量としては、(A)樹脂100質量部に対し、0.5~20質量部であることが好ましく、より好ましくは2~10質量部である。該配合量が0.5質量部以上である場合、良好な耐熱性及び耐薬品性が発現する。一方、配合量が20質量部以下である場合、保存安定性に優れる。
<硬化レリーフパターンの形成方法>
 本発明はまた、硬化レリーフパターンの形成方法も提供する。
 本発明における硬化レリーフパターンの形成方法は、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することにより、該基板上に感光性樹脂層を形成する塗布工程と、
 (2)感光性樹脂層を露光する露光工程と、
 (3)露光後の感光性樹脂層を現像することによりレリーフパターンを形成する現像工程と、
 (4)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、
を上記に記載の順に含むことを特徴とする。
 以下、各工程の典型的な態様について説明する。
(1)塗布工程
 本工程では、本発明の感光性樹脂組成物を基板上に塗布し、必要に応じて、その後乾燥させることにより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。
 本発明では、基板の少なくとも表面がCuからなる基板を用いることにより、Cu層とポリイミド層との界面でのボイドの発生を抑えるという、本発明の効果を得ることができ、特に好ましい。しかし、それ以外の基板であっても本発明は適用可能である。
 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を用いることができる。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。
 必要に応じて、感光性樹脂組成物膜を乾燥させることができる。乾燥方法としては、風乾、オーブン又はホットプレートによる加熱乾燥、真空乾燥等の方法が用いられる。また、塗膜の乾燥は、感光性樹脂組成物中の(A)感光性ポリイミド前駆体(ポリアミド酸エステル)のイミド化が起こらないような条件で行うことが望ましい。具体的には、風乾又は加熱乾燥を行う場合、20℃~140℃で1分~1時間の条件で乾燥を行うことができる。以上により基板上に感光性樹脂層を形成できる。
(2)露光工程
 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。
 露光後、光感度の向上等の目的で、必要に応じて、任意の温度及び時間の組合せによる露光後ベーク(PEB)及び/又は現像前ベークを施してもよい。ベーク条件の範囲は、温度は40~120℃、時間は10秒~240秒が好ましい。しかし、本発明の感光性樹脂組成物の諸特性を阻害するものでない限り、この範囲に限らない。
(3)現像工程
 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℃とすることができる。現像後ベーク時間は例えば0.5~10分とすることができる。
 現像に使用される現像液としては、感光性樹脂組成物に対する良溶媒、又は該良溶媒と貧溶媒との組合せが好ましい。良溶媒としては、N-メチル-2-ピロリドン、N-シクロヘキシル-2-ピロリドン、N,N-ジメチルアセトアミド、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、γ-ブチロラクトン、α-アセチル-γ-ブチロラクトン等が好ましい。貧溶媒としてはトルエン、キシレン、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、乳酸エチル、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート及び水等が好ましい。良溶媒と貧溶媒とを混合して用いる場合には、感光性樹脂組成物中のポリマーの溶解性に応じて、良溶媒に対する貧溶媒の割合を調整することが好ましい。また、各溶媒を2種以上、例えば数種類組合せて用いることもできる。
(4)加熱工程
 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)感光性ポリイミド前駆体をイミド化させることにより、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200℃~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。
<半導体装置>
 本実施例の半導体装置は、銅配線と銅配線上に設けられた絶縁層を有する半導体装置であって、
湿度5%の空気中で、150℃の条件下で168時間保存した後の、銅配線の絶縁層と接する面における、前記銅配線の空隙(ボイド)部分の面積が10%以下である。空隙部分の面積が小さいほど、高温保存試験後のショートや断線が生じにくく、好ましい。
 空隙部分の面積は、9%以下が好ましく、8%以下が更に好ましく、7%以下が更に好ましく、6%以下が更に好ましく、5%以下が更に好ましく、4%以下が更に好ましく、3%以下が更に好ましく、2%以下が更に好ましく、1%以下が更に好ましい。
 空隙部分の面積の測定方法としては、下記実施例に記載の測定方法が挙げられる。銅配線層の銅成分が絶縁層に移動してできた空隙は、真空又は空気等の気体で満たされていると推測される。
 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形成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。
 すなわち、本発明の半導体装置は、基材と、該基材上に形成された硬化レリーフパターンとを有する。前記硬化レリーフパターンは、ポリイミド樹脂と、上述した一般式(B1)で表される化合物とを含有することを特徴とする。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形成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。すなわち、上記硬化レリーフパターン形成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する。そして、公知の半導体装置の製造方法と組合せることにより、本発明の半導体装置を製造することができる。
 本発明の半導体装置は、例えばCu層からなる金属再配線層と、ポリイミド樹脂からなるレリーフパターンに適用した場合、界面でのボイドの発生が抑えられて密着性が高いものとなり、優れた特性を有するものとなる。
 本発明の感光性樹脂組成物は、上記のような半導体装置への適用の他、多層回路の層間絶縁、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、液晶配向膜等の用途にも有用である。
 以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。実施例、比較例、及び製造例における感光性樹脂組成物の物性は、以下の方法に従って測定及び評価した。
(1)重量平均分子量
 後述の方法により合成した各ポリアミド酸エステルの重量平均分子量(Mw)は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー法(GPC)を用いて、標準ポリスチレン換算により測定した。GPCの分析条件を以下に記す。
カラム:昭和電工社製 商標名 Shodex 805M/806M直列
標準単分散ポリスチレン:昭和電工(株)製Shodex STANDARD SM-105
溶離液:N-メチル-2-ピロリドン 40℃
流速:1.0ml/分
検出器:昭和電工製 商標名 Shodex RI-930
(2)Cu上の硬化レリーフパターンの作成
 6インチシリコンウェハー(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た。続いて、このウェハー上に、後述の方法により調製した感光性ポリアミド酸エステル組成物を、コーターデベロッパー(D-Spin60A型、SOKUDO社製)を用いて回転塗布し、乾燥することにより10μm厚の塗膜を形成した。この塗膜に、テストパターン付マスクを用いて、平行光マスクアライナー(PLA-501FA型、キヤノン社製)により300mJ/cmのエネルギーを照射した。次いで、この塗膜を、現像液としてシクロペンタノンを用いて、コーターデベロッパー(D-Spin60A型、SOKUDO社製)でスプレー現像した。そして、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することにより、Cu上のレリーフパターンを得た。
 Cu上に該レリーフパターンを形成したウェハーを、昇温プログラム式キュア炉(VF-2000型、光洋リンドバーグ社製)を用いて、窒素雰囲気下、各実施例に記載の温度において2時間加熱処理した。このようにして、Cu上に約6~7μm厚のポリイミド樹脂からなる硬化レリーフパターンを得た。
(3)Cu上の硬化レリーフパターンの高温保存試験とその後の評価
 Cu上に該硬化レリーフパターンを形成したウェハーを、昇温プログラム式キュア炉(VF-2000型、光洋リンドバーグ社製)を用いて、湿度5%の空気中で、150℃で168時間加熱した。続いて、プラズマ表面処理装置(EXAM型、神港精機社製)を用いて、Cu上のポリイミド樹脂層をプラズマエッチングにより除去した。プラズマエッチング条件は下記の通りである。
出力:133W
ガス種・流量:O:40ml/分 + CF:1ml/分
ガス圧:50Pa
モード:ハードモード
エッチング時間:1800秒
 ポリイミド樹脂層を全て除去したCu表面を、FE-SEM(S-4800型、日立ハイテクノロジーズ社製)によって真上から1000倍で観察した。そして、126μm×87μmの面積について、1280×960の画素数で写真撮影を行なった。ここで撮影した写真について、画像解析ソフト(A像くん、旭化成社製)を用いて、Cu層の表面に占めるボイドの面積比率を算出した。すなわち、SEM像のコントラストを元に、ボイドである部分とそうでない部分とに分離した。ボイドの部分の画素数を、写真全体の画素数で割ることで、Cu面の上方から見たボイドの面積比率を算出した。
<製造例1>((A)感光性ポリイミド前駆体(ポリマーA-1)の合成)
 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を加えた。室温下で攪拌しながら、ピリジン79.1gを加えることにより、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。
 次に、氷冷下において、反応混合物に、ジシクロヘキシルカルボジイミド(DCC)206.3gをγ-ブチロラクトン180mlに溶解した溶液を、攪拌しながら40分かけて加えた。続いて、4,4’-ジアミノジフェニルエーテル(DADPE)93.0gをγ-ブチロラクトン350mlに懸濁した懸濁液を、攪拌しながら60分かけて加えた。更に室温で2時間攪拌した後、エチルアルコール30mlを加えて1時間攪拌した。その後、γ-ブチロラクトン400mlを加えた。反応混合物に生じた沈殿物を、ろ過により取り除き、反応液を得た。
 得られた反応液を3リットルのエチルアルコールに加えて、粗ポリマーからなる沈殿物を生成した。生成した粗ポリマーを濾取し、テトラヒドロフラン1.5リットルに溶解して粗ポリマー溶液を得た。得られた粗ポリマー溶液を28リットルの水に滴下してポリマーを沈殿させ、得られた沈殿物を濾取した後に真空乾燥することにより、粉末状のポリマーA-1を得た。
 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。
<製造例2>((A)感光性ポリイミド前駆体(ポリマーA-2)の合成)
 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。
<製造例3>((A)感光性ポリイミド前駆体(ポリマーA-3)の合成)
 製造例1において、4,4’-ジアミノジフェニルエーテル(DADPE)93.0gに代えて、2,2‘-ジメチル-4,4’-ジアミノビフェニル94.1gを用いた以外は、前述の製造例1に記載の方法と同様にして反応を行い、ポリマーA-3を得た。
 ポリマーA-3の分子量をゲルパーミエーションクロマトグラフィー(標準ポリスチレン換算)で測定したところ、重量平均分子量(Mw)は21,000であった。
<実施例1>
 (A)成分として、ポリマーA-3を100g、(B)成分として、B-2を2g、(C)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8g、2-ニトロソ-1-ナフト-ル0.05g、N-フェニルジエタノールアミン4g、N-(3-(トリエトキシシリル)プロピル)フタルアミド酸0.5g、及びベンゾフェノン-3,3‘-ビス(N-(3-トリエトキシシリル)プロピルアミド)-4,4’-ジカルボン酸0.5gを、N-メチルピロリドン及び乳酸エチルからなる混合溶媒(重量比8:2)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200℃でキュアしてCu層上に硬化レリーフパターンを作製した。高温保存試験を行なった後、Cu層の表面に占めるボイドの面積割合について評価した。ボイドの面積割合は、8%であった。
<実施例2>
 上記実施例1において、(B)成分として、B-2をB-3に変えた以外は、実施例1と同様にして感光性樹脂組成物溶液を調製した。
 この組成物について、上述の方法により硬化レリーフパターンを作製した。高温保存試験後のCu層表面における、ボイドの面積割合について評価した。ボイドの面積割合は、4%であった。
<実施例3>
 上記実施例1において、(B)成分として、B-2をB-4に変えた以外は、実施例1と同様にして感光性樹脂組成物溶液を調製した。
 この組成物について、上述の方法により硬化レリーフパターンを作製した。高温保存試験後のCu層表面における、ボイドの面積割合について評価した。ボイドの面積割合は、4%であった。
<実施例4>
 上記実施例1において、(B)成分として、B-2をB-5に変えた他は、実施例1と同様にして感光性樹脂組成物溶液を調製した。
 この組成物について、上述の方法により硬化レリーフパターンを作製した。高温保存試験後のCu層表面における、ボイドの面積割合について評価した。ボイドの面積割合は、6%であった。
<実施例5>
 上記実施例1において、(A)成分としてポリマーA-3をポリマーA-1に変えた他は、実施例1と同様にして感光性樹脂組成物溶液を調製した。
 この組成物について、上述の方法により硬化レリーフパターンを作製した。高温保存試験後のCu層表面における、ボイドの面積割合について評価した。ボイドの面積割合は、5%であった。
<実施例6>
 上記実施例1において、(A)成分としてポリマーA-3をポリマーA-1に、(B)成分としてB-2をB-3に変えた以外は、実施例1と同様にしてCu上に硬化レリーフパターンを作製した。
 このCu上の硬化レリーフパターンについて、上述の方法により硬化レリーフパターンを作製した。高温保存試験後のCu層表面における、ボイドの面積割合について評価した。ボイドの面積割合は、2%であった。
<実施例7>
 上記実施例1において、(A)成分として、ポリマーA-3をポリマーA-1に、(B)成分としてB-2をB-4に変えた他は、実施例1と同様にして感光性樹脂組成物溶液を調製した。
 この組成物について、上述の方法により硬化レリーフパターンを作製した。高温保存試験後のCu層表面における、ボイドの面積割合について評価した。ボイドの面積割合は、2%であった。
<実施例8>
 上記実施例1において、(A)成分として、ポリマーA-3をA-1に、(B)成分としてB-2をB-5に変えた他は、実施例1と同様にして感光性樹脂組成物溶液を調製した。
 この組成物について、上述の方法により硬化レリーフパターンを作製した。高温保存試験後のCu層表面における、ボイドの面積割合について評価した。ボイドの面積割合は、4%であった。
<実施例9>
 上記実施例1において、(A)成分として、ポリマーA-3 100gを、ポリマーA-1を50g及びポリマーA-2を50gに変えた他は、実施例1と同様にして感光性樹脂組成物溶液を調製した。
 この組成物について、上述の方法により硬化レリーフパターンを作製し、高温保存試験後のCu層表面における、ボイドの面積割合について評価した。ボイドの面積割合は、3%であった。
<実施例10>
 上記実施例1において、(A)成分として、ポリマーA-3を100gを、ポリマーA-1を50g及びポリマーA-2を50gに、(B)成分としてB-2をB-3に変えた他は、実施例1と同様にして感光性樹脂組成物溶液を調製した。
 この組成物について、上述の方法により硬化レリーフパターンを作製し、高温保存試験後のCu層表面における、ボイドの面積割合について評価した。ボイドの面積割合は、1%であった。
<実施例11>
 上記実施例1において、(A)成分として、ポリマーA-3を100gを、ポリマーA-1を50g及びポリマーA-2を50gに、(B)成分としてB-2をB-4に変えた他は、実施例1と同様にして感光性樹脂組成物溶液を調製した。
 この組成物について、上述の方法により硬化レリーフパターンを作製し、高温保存試験後のCu層表面における、ボイドの面積割合について評価した。ボイドの面積割合は、1%であった。
<実施例12>
 上記実施例1において、(A)成分として、ポリマーA-3を100gを、ポリマーA-1を50g及びポリマーA-2を50gに、(B)成分としてB-2をB-5に変えた他は、実施例1と同様にして感光性樹脂組成物溶液を調製した。
 この組成物について、上述の方法により硬化レリーフパターンを作製し、高温保存試験後のCu層表面における、ボイドの面積割合について評価した。ボイドの面積割合は、2%であった。
<比較例1>
 上記実施例1において、(B)成分としてB-2をb-1に変えた他は、実施例1と同様にして感光性樹脂組成物溶液を調製した。
 この組成物について、上述の方法により硬化レリーフパターンを作製し、高温保存試験後のCu層表面における、ボイドの面積割合について評価した。ボイドの面積割合は、13%であった。
<比較例2>
 上記実施例1において、(A)成分としてポリマーA-3をポリマーA-1に変え、(B)成分として、B-2をb-1に変えた他は、実施例1と同様にして感光性樹脂組成物容液を調製した。
 この組成物について、上述の方法により硬化レリーフパターンを作製し、高温保存試験後のCu層表面における、ボイドの面積割合について評価した。ボイドの面積割合は、12%であった。
<比較例3>
 上記実施例1において、(A)成分としてポリマーA-3を100gをポリマーA-1を50g及びポリマーA-2を50gに変え、(B)成分としてB-2をb-1に変えた他は、実施例1と同様にして感光性樹脂組成物溶液を調製した。
 この組成物について、上述の方法により硬化レリーフパターンを作製し、高温保存試験後のCu層表面における、ボイドの面積割合について評価した。ボイドの面積割合は、12%であった。
 実施例1~実施例12及び比較例1~3の感光性樹脂組成物についてのCu層表面におけるボイドの面積割合についての評価結果を、表1に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000053
 表1中の略号の説明;
(B)成分
 B-2
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000054
 B-3
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000055
 B-4
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000056
 B-5
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000057
 b-1
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000058
 表1から明らかなように、感光性ポリイミド前駆体である(A)成分と、一般式(B1)で表される(B)成分とを用いた実施例1~実施例12の感光性樹脂組成物では、(B)成分に替えて他の化合物(b-1)を用いた比較例に比べて、高温保存試験後、Cu層のポリイミド層に接する界面でのボイドの発生が大幅に抑えられていることがわかった。
 以上の結果から、本発明の感光性樹脂組成物を用いることで、高温保存試験後においても、Cu層のポリイミド層に接する界面でのボイドの発生が抑えられることが確認された。本発明を例えば半導体装置に適用した場合に、Cu層(金属再配線層)とポリイミド層(レリーフパターン)との密着性が高いものとなり、優れた特性を有するものとなる。
 その中でも特に、一般式(A1)で表されるA成分を、特定の構造とすることで、より確実にボイドが抑制されていることがわかる。
 以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
 本発明の感光性樹脂組成物を用いることで、高温保存試験後においても、Cu層の、ポリイミド層に接する界面でボイドが発生せず密着性の高いものとなり、例えば半導体装置、多層配線基板等の電気・電子材料の製造に有用な感光性材料の分野において、好適に利用できる。

Claims (24)

  1.  感光性ポリイミド前駆体である(A)成分と、
     下記一般式(B1):
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
    (式(B1)中、Zはイオウ又は酸素原子であり、R~Rは、それぞれ独立に、水素原子または1価の有機基を表す。)
    で表される構造を有する(B)成分とを含有することを特徴とする感光性樹脂組成物。
  2.  前記(A)成分が下記一般式(A1):
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
    {一般式(A1)中、Xは4価の有機基であり、Yは2価の有基であり、R及びRは、それぞれ独立に、水素原子、下記一般式(R1)
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
    (一般式(R1)中、R、R、及びRは、それぞれ独立に、水素原子又はC~Cの有機基であり、pは2~10から選ばれる整数である。)で表される1価の有機基、又はC~Cの飽和脂肪族基である。但し、R及びRの両者が同時に水素原子であることはない。}で表される構造を含む感光性ポリイミド前駆体である、請求項1に記載の感光性樹脂組成物。
  3.  前記(B)成分が、下記式(B2)~(B5):
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000006
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000007
    から選ばれる少なくとも1種である、請求項1又は2に記載の感光性樹脂組成物。
  4.   前記(B)成分が前記(B3)~(B5)から選ばれる少なくとも1種である、請求項3に記載の感光性樹脂組成物。
  5.   前記(B)成分が前記(B3)~(B4)から選ばれる少なくとも1種である、請求項4に記載の感光性樹脂組成物。
  6.  前記一般式(A1)中のXが、下記(C1)~(C3):
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000008
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000009
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000010
    から選ばれる少なくとも1種以上の4価の有機基である、請求項2から5のいずれか1項に記載の感光性樹脂組成物。
  7.  前記一般式(A1)中のYが、下記(D1)~(D3):
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000011
    (一般式(D1)中、R10~R13は、水素原子又はC~Cの1価の脂肪族基であり、互いに異なっていても、同一であってもよい。)
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000012
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000013
    (一般式(D3)中、R14~R21は、水素原子、ハロゲン原子、又はC~Cの1価の有機基であり、互いに異なっていても、同一であってもよい。)
    から選ばれる少なくとも1種以上の2価の有機基である、請求項3から6のいずれか1項に記載の感光性樹脂組成物。
  8.  前記一般式(A1)中のYが、前記(D3)である、請求項7に記載の感光性樹脂組成物。
  9.  前記一般式(A1)中のXが、下記(C3):
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000014
    であり、かつYが下記(D2):
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000015
    である、請求項3~7のいずれか1項に記載の感光性樹脂組成物。
  10.  前記一般式(A1)中のXが、下記(C2):
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000016
    であり、かつYが下記(D2):
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000017
    である、請求項3~7のいずれか1項に記載の感光性樹脂組成物。
  11.  前記(A)成分100質量部に対する(B)成分の含有量が0.1~10質量部である、請求項1~10のいずれか1項に記載の感光性樹脂組成物。
  12.  前記(A)成分100質量部に対する(B)成分の含有量が0.5~5質量部である、請求項1~11のいずれか1項に記載の感光性樹脂組成物。
  13.  前記(A)成分が、側鎖にラジカル重合性置換基を有するポリアミド酸誘導体である、請求項1~12のいずれか1項に記載の感光性樹脂組成物。
  14.  請求項1~13のいずれか1項に記載の感光性樹脂組成物を硬化して得られるポリイミド。
  15.  請求項1~13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する工程と、
     前記感光性樹脂組成物をイミド化する工程と、
    を含むポリイミドの製造方法。
  16.  銅配線と前記銅配線上に設けられた絶縁層を有する半導体装置であって、
     湿度5%の空気中で150℃の条件下で168時間保存した後の、前記銅配線の前記絶縁層と接する面における、前記銅配線の空隙部分の面積が10%以下である、半導体装置。
  17.  前記空隙部分の面積が6%以下である、請求項16に記載の半導体装置。
  18.  前記空隙部分の面積が5%以下である、請求項17に記載の半導体装置。
  19.  前記空隙部分の面積が4%以下である、請求項18に記載の半導体装置。
  20.  前記空隙部分の面積が3%以下である、請求項19に記載の半導体装置。
  21.  前記空隙部分の面積が2%以下である、請求項20に記載の半導体装置。
  22.  前記空隙部分の面積が1%以下である、請求項21に記載の半導体装置。
  23.  前記絶縁層がポリイミドを含む、請求項16から22の何れか1項に記載の半導体装置。
  24.  前記絶縁層が請求項14に記載のポリイミドを含む、請求項16から23の何れか1項に記載の半導体装置。
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