感光性樹脂組合物、凹凸圖案形成材料、感光性膜、聚酰亞胺膜、硬化凹凸圖案、其制造方 ...的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種感光性樹脂組合物、使用所述感光性樹脂組合物的凹凸圖案形成材料、感光性膜、聚酰亞胺膜、硬化凹凸圖案、其制造方法及含有所述硬化凹凸圖案的半導(dǎo)體裝置，上述感光性樹脂組合物具有分辨率及靈敏度優(yōu)異的微影性能，在所謂的低溫固化下應(yīng)力低，由此可形成防止晶片翹曲的硬化凹凸圖案。本發(fā)明的感光性樹脂組合物含有：(a)具有下述通式(1)所表示的重復(fù)單元的樹脂、及(b)通過活性光線或放射線的照射而產(chǎn)生酸的化合物。，上述通式(1)中，R1表示四價(jià)有機(jī)基。多個(gè)R1可彼此相同也可不同。R2表示二價(jià)有機(jī)基。多個(gè)R2可彼此相同也可不同。其中，多個(gè)R2中至少一個(gè)為含有脂環(huán)基的二價(jià)有機(jī)基。R3分別獨(dú)立表示氫原子或有機(jī)基。其中，多個(gè)-CO2R3中至少一個(gè)為通過酸的作用發(fā)生分解而產(chǎn)生堿可溶性基的基。
【專利說明】感光性樹脂組合物、四凸圖案形成材料、感光性膜、聚酰亞胺膜、硬化凹凸圖案、其制造方法及半導(dǎo)體裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種作為半導(dǎo)體裝置的表面保護(hù)膜、層間絕緣膜、顯示元件用的層間絕緣膜而使用的正型高耐熱性感光性樹脂組合物，使用該正型高耐熱性感光性樹脂組合物的具有耐熱性的硬化凹凸圖案(relief pattern)的制造方法及含有凹凸圖案的半導(dǎo)體裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]對于半導(dǎo)體裝置的表面保護(hù)膜、層間絕緣膜，一直使用兼具優(yōu)異的耐熱性與電氣特性、機(jī)械特性等的負(fù)型聚酰亞胺樹脂。該負(fù)型聚酰亞胺樹脂目前通常是以感光性聚酰亞胺前驅(qū)物組合物的形式提供，具有以下特征:可通過實(shí)施涂布、利用活性光線(active ray)的圖案化、有機(jī)溶劑顯影、高溫下的熱酰亞胺化處理等，而在半導(dǎo)體裝置上容易地形成表面保護(hù)膜、層間絕緣膜等，與現(xiàn)有的非感光性聚酰亞胺前驅(qū)物組合物相比較，可大幅度地縮短步驟。
[0003]然而，感光性的負(fù)型聚酰亞胺前驅(qū)物組合物必須在其顯影步驟中使用N-甲基-2-吡咯烷酮等大量的有機(jī)溶劑作為顯影液，由于近年來的環(huán)境問題的加劇等，而謀求脫有機(jī)溶劑對策。對應(yīng)于此，最近提出了各種與光致抗蝕劑(photoresist)同樣地可利用堿性水溶液進(jìn)行顯影的耐熱性感光性樹脂材料。
[0004]其中，以下方法近年來受到關(guān)注，該方法使用將堿性水溶液可溶性的聚酰胺酸(聚酰亞胺前驅(qū)物)、或羥基聚酰胺(聚苯并惡唑)前驅(qū)物與感光性重氮醌化合物等光活性成分混合所得的組合物作為正型感光性樹脂組合物。
[0005]該正型感光性樹脂的顯影機(jī)制在于利用以下情況:未曝光部的感光性重氮醌化合物不溶于堿性水溶液，相對于此，通過進(jìn)行曝光而該感光性重氮醌化合物發(fā)生化學(xué)變化，成為卻并羧酸(indene carboxylic acid)化合物而變得可溶于堿性水溶液。利用該曝光部與未曝光部之間對顯影液的溶解速度之差，可進(jìn)行僅未曝光部的凹凸圖案的形成(例如參照專利文獻(xiàn)I)。
[0006]另一方面，作為將感光性與未曝光部的不溶性的功能分開的技術(shù)，在半導(dǎo)體光致抗蝕劑的領(lǐng)域中大量應(yīng)用化學(xué)增幅型的感光性組合物，該化學(xué)增幅型的感光性組合物通過曝光而產(chǎn)生催化劑量的酸，繼而通過加熱工藝，利用將由曝光所產(chǎn)生的酸作為催化劑的化學(xué)反應(yīng)，將組合物中的堿不溶的基轉(zhuǎn)變?yōu)閴A可溶的基。在該【技術(shù)領(lǐng)域】中，還揭示了化學(xué)增幅型的感光性組合物(例如參照專利文獻(xiàn)2)。特別就高分辨率(resolution)、高靈敏度(sensitivity)等的觀點(diǎn)而言，揭示有含有經(jīng)酸分解性的特定保護(hù)基保護(hù)的聚酰亞胺前驅(qū)物的化學(xué)增幅型的感光性樹脂組合物(例如參照專利文獻(xiàn)3、專利文獻(xiàn)4)。
[0007]另一方面，近年來伴隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，要求更微細(xì)的圖案的形成及降低圖案形成后的硬膜溫度(固化溫度)。
[0008]然而已知，在降低了固化溫度的情形時(shí)，酰亞胺環(huán)化不易進(jìn)行。關(guān)于該問題，例如已報(bào)告有通過添加磺酸、磺酸酯化合物等來進(jìn)行改善(專利文獻(xiàn)5)。然而可知，也存在所得的膜的強(qiáng)度或耐化學(xué)品性不足，或損及微細(xì)圖像的形成能力的情況。
[0009]另外，伴隨著近年來的硅晶片的大口徑化、積層化，形成有聚酰亞胺膜的硅晶片的翹曲(以下也簡稱為“晶片翹曲”)的問題也變明顯。一般認(rèn)為，該翹曲是由因聚酰亞胺與硅晶片的熱膨脹系數(shù)差而產(chǎn)生的殘留應(yīng)力所致，因此強(qiáng)烈需求較現(xiàn)有的聚酰亞胺而言為低熱膨脹性、低應(yīng)力(low stress)性的聚酰亞胺(例如參照非專利文獻(xiàn)I)。通過將聚酰亞胺主鏈設(shè)定為直線且剛直的結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)低熱膨脹性(參照非專利文獻(xiàn)2)，但此種結(jié)構(gòu)有以下問題:其前驅(qū)物的i射線透射性、溶劑溶解性、堿溶解性低，無法賦予充分的微影(lithography)性能等。例如，專利文獻(xiàn)6中揭示有一種含有聚苯惡唑(Polybenzoxazole,ΡΒ0)前驅(qū)物的正型感光性組合物,其含有通過放射線(radioactive ray)照射而產(chǎn)生酸的化合物及PBO前驅(qū)物，且通過上述PBO前驅(qū)物所形成的聚苯并惡唑膜的殘留應(yīng)力為25MPa以下，但該正型感光性組合物在靈敏度、輪廓(profile)等微影性能方面存在各種問題。
[0010]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0011]專利文獻(xiàn)
[0012]專利文獻(xiàn)1:日本專利特開昭56-27140號公報(bào)
[0013]專利文獻(xiàn)2:日本專利特開2002-526793號公報(bào)
[0014]專利文獻(xiàn)3:日本專利特開2009-244479號公報(bào)
[0015]專利文獻(xiàn)4:日本專利特開2009-192760號公報(bào)
[0016]專利文獻(xiàn)5:日本專利特開2006-010781號公報(bào)
[0017]專利文獻(xiàn)6:日本專利特開2001-214055號公報(bào)
[0018]非專利文獻(xiàn)
[0019]非專利文獻(xiàn)1:光聚物科學(xué)技術(shù)期干lJ (J.Photopolym.Sc1.Technol., )VOL.15 ；N0.2 ; 167-172 頁(2002)
[0020]非專利文獻(xiàn)2:最新聚酰亞胺?基礎(chǔ)與應(yīng)用?(日本聚酰亞胺研究會(huì)編)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0021]發(fā)明要解決的課題
[0022]本發(fā)明的目的在于提供一種感光性樹脂組合物、使用該感光性樹脂組合物的凹凸圖案形成材料、感光性膜、聚酰亞胺膜、硬化凹凸圖案、其制造方法及含有該硬化凹凸圖案的半導(dǎo)體裝置，上述感光性樹脂組合物具有分辨率及靈敏度優(yōu)異的微影性能，在300°C以下(優(yōu)選為250°C以下)的低溫下的硬化、所謂低溫固化下應(yīng)力低，由此可形成防止晶片翹曲的硬化凹凸圖案。
[0023]解決問題的技術(shù)手段
[0024]本發(fā)明為下述構(gòu)成，由此解決了本發(fā)明的上述課題。
[0025][I] 一種感光性樹脂組合物，其含有:
[0026](a)具有下述通式(I)所表示的重復(fù)單元的樹脂、及
[0027](b)通過活性光線或放射線的照射而產(chǎn)生酸的化合物，
[0028][化I]
[0029]
【權(quán)利要求】
1.一種感光性樹脂組合物，其特征在于含有: (a)具有下述通式(I)所表示的重復(fù)單元的樹脂、及 (b)通過活性光線或放射線的照射而產(chǎn)生酸的化合物， [化I]
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的感光性樹脂組合物，其特征在于，具有所述通式(I)所表示的重復(fù)單元的樹脂(a)為具有下述通式(2)所表示的重復(fù)單元、及下述通式(3)所表示的重復(fù)單元的樹脂， [化2]
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的感光性樹脂組合物，其特征在于，所述通式(3)中的R5為含有芳香族基的二價(jià)基。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的感光性樹脂組合物，其特征在于，所述通式(3)中的R5為下述式的任一個(gè)所表示的二價(jià)基， [化3]
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的感光性樹脂組合物，其特征在于，所述通式(I)中的_C02R3、所述通式(2)中的-CO2R3'或所述通式(3)中的-CO2R3"的熱分解溫度為100。。~220。。。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的感光性樹脂組合物，其特征在于，所述通式(I)中的-C02R3、所述通式⑵中的-CO2R3'或所述通式(3)中的-CO2R3"的通過酸的作用發(fā)生分解而產(chǎn)生堿可溶性基的基為羧基的氫原子經(jīng)下述通式(III)所表示的基取代而成的酯基， [化4]

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的感光性樹脂組合物，其特征在于，所述通式(III)中的Ra為下述通式(IV)或通式(V)所表示的基， [化5]
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的感光性樹脂組合物，其特征在于，所述通式(IV)中的Re及Rd的至少一個(gè)為環(huán)烷基、芳基、芳烷基、烷氧基、芳氧基、烷氧基羰基、芳氧基羰基、氰基或鹵素原子。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的感光性樹脂組合物，其特征在于，所述通式(IV)中的Re及Rd的至少一個(gè)為芳基。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的感光性樹脂組合物，其特征在于，所述通式(III)中的Ra、Rb及Q的至少一個(gè)為吸電子性基或含有吸電子性基的基。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的感光性樹脂組合物，其特征在于，所述通式(I)中的R1為含有單環(huán)式或縮合多環(huán)式的脂肪族基或芳香族基的四價(jià)連結(jié)基。
12.根據(jù)權(quán)利要求1或11所述的感光性樹脂組合物，其特征在于，所述通式(I)中的R2為含有脂環(huán)基的二價(jià)基、含有芳香族基的二價(jià)基或含有硅原子的二價(jià)基。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至12中任一項(xiàng)所述的感光性樹脂組合物，其特征在于，所述樹脂(a)的質(zhì)量平均分子量為20萬以下。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至13中任一項(xiàng)所述的感光性樹脂組合物，其特征在于，還含有(c)堿性化合物。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至14中任一項(xiàng)所述的感光性樹脂組合物，其特征在于，所述化合物(b)為肟化合物。
16.根據(jù)權(quán)利要求1至15中任一項(xiàng)所述的感光性樹脂組合物，其特征在于，還含有(f)密接促進(jìn)劑。
17.根據(jù)權(quán)利要求1至16中任一項(xiàng)所述的感光性樹脂組合物，其特征在于，其為正型顯影用。
18.一種圖案形成材料，其特征在于，其為如權(quán)利要求1至16中任一項(xiàng)所述的感光性樹脂組合物。
19.一種感光性膜，其特征在于，其是通過如權(quán)利要求1至16中任一項(xiàng)所述的感光性樹脂組合物而形成。
20.一種聚酰亞胺膜，其特征在于，其是對如權(quán)利要求1至16中任一項(xiàng)所述的感光性樹脂組合物進(jìn)行加熱處理而獲得。
21.一種硬化凹凸圖案的制造方法，其特征在于，包括: (A)在基板上形成如權(quán)利要求19所述的感光性膜的步驟； (B)利用活性光線或放射線對所述感光性膜進(jìn)行曝光的步驟； (C)以利用水性堿顯影液將所述感光性膜經(jīng)曝光的部分去除的方式進(jìn)行顯影的步驟；及 (D)對所得的凹凸圖案進(jìn)行加熱處理的步驟。
22.—種硬化凹凸圖案，其特征在于，其是通過如權(quán)利要求21所述的硬化凹凸圖案的制造方法而獲得。
23.一種半導(dǎo)體裝置，其特征在于，具備如權(quán)利要求22所述的硬化凹凸圖案。
24.一種樹脂，其特征在于，具有下述通式(I)所表示的重復(fù)單元， [化6]
【文檔編號】G03F7/039GK103718109SQ201280037948
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2012年7月12日 優(yōu)先權(quán)日:2011年7月29日
【發(fā)明者】和田健二, 荒山恭平, 雨宮拓馬 申請人:富士膠片株式會(huì)社