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  • 特開-半導体装置製造方法及び半導体装置 図1
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024095337
(43)【公開日】2024-07-10
(54)【発明の名称】半導体装置製造方法及び半導体装置
(51)【国際特許分類】
   H01L 21/60 20060101AFI20240703BHJP
   H01L 25/07 20060101ALI20240703BHJP
   C08F 220/26 20060101ALI20240703BHJP
【FI】
H01L21/60 311Q
H01L25/08 Y
C08F220/26
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2022212552
(22)【出願日】2022-12-28
(71)【出願人】
【識別番号】000220239
【氏名又は名称】東京応化工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100106002
【弁理士】
【氏名又は名称】正林 真之
(74)【代理人】
【識別番号】100120891
【弁理士】
【氏名又は名称】林 一好
(72)【発明者】
【氏名】鷲見 岳
(72)【発明者】
【氏名】入江 真樹子
(72)【発明者】
【氏名】水澤 竜馬
(72)【発明者】
【氏名】鵜野 和英
【テーマコード(参考)】
4J100
5F044
【Fターム(参考)】
4J100AL03Q
4J100AL08P
4J100AL08R
4J100BA03P
4J100BC43P
4J100BC54R
4J100JA43
5F044LL11
5F044RR03
(57)【要約】
【課題】硬化性樹脂組成物を用いて、接合界面でのボイドの発生を抑制しつつチップと半導体基板とをボンディングして積層基板を形成することを含む半導体装置製造方法と、当該積層基板を備えた半導体装置とを提供すること。
【解決手段】カルボキシ基、及び/又はフェノール性水酸基を有するアルカリ可溶性の構成単位(A1)と、エポキシ基含有単位(A3)とを有するアルカリ可溶性樹脂(A)を含む硬化性樹脂組成物を用いて、当該硬化性樹脂組成物におけるエポキシ基の反応率を制御しつつ、チップと半導体基板とのボンディングを行う。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
半導体基板と、硬化性樹脂組成物からなる樹脂膜をベークして形成され、且つ前記半導体基板の一方の主面を被覆する半硬化膜と、前記半硬化膜中に位置し、一方の端面が前記半硬化膜の表面に露出し、且つ他方の端面が前記半導体基板に接触している第1金属電極と、を備える第1基板を形成することと、
前記第1基板を、前記第1基板の厚さ方向に切断して、複数のチップに分割するダイシングと、
基板と、前記基板の一方の主面を被覆する絶縁膜と、前記絶縁膜中に位置し、一方の端面が前記絶縁膜の表面に露出し、且つ他方の端面が前記基板に接触している第2金属電極と、を備える第2基板を準備することと、
前記チップと、前記第2基板とを、前記半硬化膜の表面と、前記絶縁膜の表面とが対向し、且つ前記第1金属電極と、前記第2金属電極とが接触した状態でベークすることにより、前記チップと前記第2基板とを接合して積層基板を得るボンディングと、
前記積層基板を焼成することと、を含み、
前記硬化性樹脂組成物がアルカリ可溶性樹脂(A)を含み、
前記アルカリ可溶性樹脂(A)は、アルカリ可溶性基として、カルボキシ基、及び/又はフェノール性水酸基を有し、
前記アルカリ可溶性樹脂(A)は、下記式(a-1):
【化1】
で表される構成単位(A1)とエポキシ基含有単位(A3)とを有する共重合体を含み、
前記式(a―1)中、Rは水素原子又はメチル基を表し、Ra01は水酸基を有する有機基を表し、
前記半硬化膜において、前記硬化性樹脂組成物に由来するエポキシ基の反応率が20%超80%未満であり、
焼成された前記積層基板における前記半硬化膜が硬化した硬化膜において、前記硬化性樹脂組成物に由来するエポキシ基の反応率が85%以上である、半導体装置製造方法。
【請求項2】
前記ボンディングにおけるベーク温度が、100℃以上200℃以下である、請求項1に記載の半導体製造装置。
【請求項3】
前記第1基板が以下の工程1)~3):
1)前記半導体基板の、前記第1金属電極が接している主面上に前記硬化性樹脂組成物からなる樹脂膜を形成すること、
2)前記樹脂膜をベークして、前記硬化性樹脂組成物に由来するエポキシ基の反応率が20%超80%未満である半硬化膜を形成すること、及び
3)前記第1金属電極が、前記半硬化膜表面から露出するように前記半硬化膜を研磨すること、
によって形成される、請求項1に記載の半導体装置製造方法。
【請求項4】
前記第1基板が以下の工程1)~4):
1)前記半導体基板上に、前記硬化性樹脂組成物を用いて、フォトリソグラフィー法により前記第1金属電極形成用の鋳型となるパターニングされた前記半硬化膜を形成し、且つ、
パターニングされた前記半硬化膜を形成する際に、前記硬化性樹脂組成物からなる前記樹脂膜をベークして、硬化性樹脂組成物に由来するエポキシ基の反応率を20%超80%未満とすることと、
2)パターニングされた前記半硬化膜に対して金属をスパッタし、前記半硬化膜中の前記電極が形成される凹部の底部において露出している前記半導体基板の表面に、金属膜を形成することと、
3)前記金属膜を形成した後に、パターン化された前記半硬化膜の前記凹部中にめっきにより金属を充填し、前記第1金属電極を形成すること、及び
4)めっきが施された後のパターン化された前記半硬化膜を、前記半硬化膜と、前記第1金属電極の端面とが露出するまで研磨すること、
によって形成される、請求項1に記載の半導体装置製造方法。
【請求項5】
前記硬化性樹脂組成物が酸発生剤(B)を含む、請求項1~4のいずれか1項に記載の半導体装置製造方法。
【請求項6】
前記硬化性樹脂組成物がシランカップリング剤(C)を含む、請求項1~4のいずれか1項に記載の半導体装置製造方法。
【請求項7】
前記硬化性樹脂組成物が架橋剤(D)を含み、
前記架橋剤(D)は、ブロックイソシアネート化合物を含む、請求項1~4のいずれか1項に記載の半導体装置製造方法。
【請求項8】
前記共重合体は、さらに、下記式(a-2):
【化2】
で表される構成単位(A2)を有し、
前記式(a―2)中、Rは水素原子又はメチル基を表し、Rは炭化水素基を表す、
請求項1~3のいずれか1項に記載の半導体装置製造方法。
【請求項9】
前記絶縁膜が、前記硬化性樹脂組成物からなる樹脂膜をベークして形成され、且つ前記硬化性樹脂組成物に由来するエポキシ基の反応率が20%超80%未満である半硬化膜である、請求項1~4のいずれか1項に記載の半導体装置製造方法。
【請求項10】
チップと、第2基板とからなり、前記チップと前記第2基板とが互いに接合された積層基板を含む半導体装置であって、
前記チップが、半導体基板と、前記半導体基板の一方の主面を被覆する硬化膜と、前記硬化膜中に位置し、一方の端面が前記硬化膜の表面に露出し、且つ他方の端面が前記半導体基板に接触している第1金属電極と、を備え、
前記第2基板が、基板と、前記基板の一方の主面を被覆する絶縁膜と、前記絶縁膜中に位置し、一方の端面が前記絶縁膜の表面に露出し、且つ他方の端面が前記基板に接触している第2金属電極と、を備え、
前記積層基板において、前記硬化膜と、前記絶縁膜とが接合されており、前記第1金属電極と前記第2金属電極とが接しており、
前記硬化膜が、アルカリ可溶性樹脂(A)を含む硬化性樹脂組成物の硬化物からなり、
前記アルカリ可溶性樹脂(A)は、アルカリ可溶性基として、カルボキシ基、及び/又はフェノール性水酸基を有し、
前記アルカリ可溶性樹脂(A)は、下記式(a-1):
【化3】
で表される構成単位(A1)とエポキシ基含有単位(A3)とを有する共重合体を含み、
式(a―1)中、Rは水素原子又はメチル基を表し、Ra01は水酸基を有する有機基を表す、半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、露出した2つの金属電極を接触させた積層基板を形成することを含む半導体装置製造方法と、前述の積層基板を備える半導体装置と、に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、LSI等の半導体装置において、集積度を向上させる目的で、半導体ウェハに対する半導体チップの三次元実装が行われている。このような三次元実装技術として、ポリイミド前駆体、及びポリイミド樹脂の少なくとも一方と、溶媒とを含む樹脂組成物を用いて半導体ウェハに、半導体チップをボンディングする方法が提案されている(特許文献1)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】国際公開第2022/071329号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
半導体ウェハに対して半導体チップを三次元実装する場合、ウェハとチップとの接合界面にボイドが発生したりする場合がある。特許文献1の記載によれば、ボイドの発生の問題はある程度改善されるが、半導体ウェハに対する半導体チップの三次元実装における、ボイドの発生の問題についてさらなる改善が求められる。
このような事情から、半導体ウェハに対する半導体チップの三次元実装について、ボイドの発生を抑制しつつ良好にボンディングできる方法が求められている。
【0005】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、硬化性樹脂組成物を用いて、接合界面でのボイドの発生を抑制しつつチップと半導体基板とをボンディングして積層基板を形成することを含む半導体装置製造方法と、当該積層基板を備えた半導体装置とを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明者らは、カルボキシ基、及び/又はフェノール性水酸基を有するアルカリ可溶性の構成単位(A1)と、エポキシ基含有単位(A3)とを有するアルカリ可溶性樹脂(A)を含む硬化性樹脂組成物を用いて、当該硬化性樹脂組成物におけるエポキシ基の反応率を制御しつつ、チップと半導体基板とのボンディングを行うことにより、上記の課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【0007】
本発明の第1の態様は、半導体基板と、硬化性樹脂組成物からなる樹脂膜をベークして形成され、且つ半導体基板の一方の主面を被覆する半硬化膜と、半硬化膜中に位置し、一方の端面が半硬化膜の表面に露出し、且つ他方の端面が半導体基板に接触している第1金属電極と、を備える第1基板を形成することと、
第1基板を、第1基板の厚さ方向に切断して、複数のチップに分割するダイシングと、
基板と、基板の一方の主面を被覆する絶縁膜と、絶縁膜中に位置し、一方の端面が絶縁膜の表面に露出し、且つ他方の端面が前記基板に接触している第2金属電極と、を備える第2基板を準備することと、
チップと、第2基板とを、半硬化膜の表面と、絶縁膜の表面とが対向し、且つ第1金属電極と、第2金属電極とが接触した状態でベークすることにより、チップと第2基板とを接合して積層基板を得るボンディングと、
積層基板を焼成することと、を含み、
硬化性樹脂組成物がアルカリ可溶性樹脂(A)を含み、
アルカリ可溶性樹脂(A)は、アルカリ可溶性基として、カルボキシ基、及び/又はフェノール性水酸基を有し、
アルカリ可溶性樹脂(A)は、下記式(a-1):
【化1】
で表される構成単位(A1)とエポキシ基含有単位(A3)とを有する共重合体を含み、
前記式(a―1)中、Rは水素原子又はメチル基を表し、Ra01は水酸基を有する有機基を表し、
半硬化膜において、硬化性樹脂組成物に由来するエポキシ基の反応率が20%超80%未満であり、
焼成された積層基板における半硬化膜が硬化した硬化膜において、硬化性樹脂組成物に由来するエポキシ基の反応率が85%以上である、半導体装置製造方法。
【0008】
本発明の第2の態様は、チップと、第2基板とからなり、チップと第2基板とが互いに接合された積層基板を含む半導体装置であって、
チップが、半導体基板と、半導体基板の一方の主面を被覆する硬化膜と、硬化膜中に位置し、一方の端面が硬化膜の表面に露出し、且つ他方の端面が半導体基板に接触している第1金属電極と、を備え、
第2基板が、基板と、基板の一方の主面を被覆する絶縁膜と、絶縁膜中に位置し、一方の端面が絶縁膜の表面に露出し、且つ他方の端面が基板に接触している第2金属電極と、を備え、
積層基板において、硬化膜と、絶縁膜とが接合されており、第1金属電極と第2金属電極とが接しており、
硬化膜が、アルカリ可溶性樹脂(A)を含む硬化性樹脂組成物の硬化物からなり、
アルカリ可溶性樹脂(A)は、アルカリ可溶性基として、カルボキシ基、及び/又はフェノール性水酸基を有し、
アルカリ可溶性樹脂(A)は、下記式(a-1):
【化2】
で表される構成単位(A1)とエポキシ基含有単位(A3)とを有する共重合体を含み、
式(a―1)中、Rは水素原子又はメチル基を表し、Ra01は水酸基を有する有機基を表す、半導体装置。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、硬化性樹脂組成物を用いて、接合界面でのボイドの発生を抑制しつつチップと半導体基板とをボンディングして積層基板を形成することを含む半導体装置製造方法と、当該積層基板を備えた半導体装置とを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
図1】半導体装置の製造方法における積層基板形成工程の積層状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
≪硬化性樹脂組成物≫
以下、後述する半導体装置の製造方法において好適に用いられる硬化性樹脂組成物について説明する。硬化性樹脂組成物は、優れた熱接着性を示す。硬化性樹脂組成物の用途は、後述する半導体装置の製造方法には限定されない。
【0012】
硬化性樹脂組成物は、アルカリ可溶性樹脂(A)を含む。
【0013】
硬化性樹脂組成物は、好ましくは、後述する半導体装置の製造方法における半硬化膜の形成に用いられる。典型的には、硬化性樹脂組成物は、金属電極を有する電気・電子デバイスにおいて、金属電極を絶縁する絶縁膜と接着する半硬化膜を形成するために用いられる。半硬化膜は、焼成により硬化されることで硬化膜である絶縁膜を与える。
電気・電子デバイスは、特に限定されず、携帯電話等の通信機器、サーバー等のネットワーク関連の電子機器や、コンピュータ等の電子機器等、特にはこれらの機器が有する半導体部品、具体的には、ウェハレベルパッケージと称される半導体パッケージが挙げられる。
これらの電気・電子デバイスは、銅等の金属や合金からなる金属電極を、電気・電子デバイス用の基板上に有する。金属電極を有する電気・電子デバイス用の基板としては、シリコン基板や、シリコン基板上に種々の層や部材が設けられたものが挙げられる。
この金属電極と他の金属電極や導電部材とを、硬化性樹脂組成物により形成される絶縁膜で絶縁する。
後述する半導体装置の製造方法において上記の硬化性樹脂組成物を用いて、硬化性樹脂組成物におけるエポキシ基の反応率を制御しつつボンディングを行うことにより、ボンディングにより製造された半導体装置におけるボンディングの際の接合界面でのボイドの発生を抑制できる。
【0014】
以下、硬化性樹脂組成物が含む、必須又は任意の成分について説明する。
【0015】
<アルカリ可溶性樹脂(A)>
アルカリ可溶性樹脂(A)は、アルカリ可溶性基として、カルボキシ基、及び/又はフェノール性水酸基を有する。
アルカリ可溶性樹脂(A)は、後述する式(a-1)で表される構成単位(A1)とエポキシ基含有単位(A3)とを有する。
【0016】
〔構成単位(A1)〕
構成単位(A1)は、下記式(a-1)で表される。
【0017】
【化3】
【0018】
式(a―1)中、Rは、水素原子、又はメチル基である。Ra01は、水酸基を有する有機基である。
a01としての有機基としては、例えば、分岐状、直鎖状、又は環状のアルキル基、置換基を有していてもよいアリール基、置換基を有していてもよいヘテロアリール基、置換基を有していてもよいアラルキル基、及び置換基を有していてもよいヘテロアラルキル基が挙げられる。
a01としての有機基は、その構造中に少なくとも1つの水酸基を有する。該有機基の炭素原子数は、1以上20以下が好ましく、6以上12以下がより好ましい。炭素原子数が大きいと、硬化性樹脂組成物の保存安定性や、硬化性樹脂組成物の硬化物の誘電率の低さの点で好ましい。炭素原子数が小さいと、硬化性樹脂組成物が、解像性に優れる。
【0019】
構成単位(A1)におけるRa01が水素原子である、すなわち、構成単位(A1)が、メタクリル酸、又はアクリル酸等に由来する構成単位であるのも、アルカリ可溶性樹脂(A)のアルカリ可溶性の点で有効である。しかし、硬化性樹脂組成物の保存安定性の点から、構成単位(A1)として、上記の水酸基を有する有機基が好ましい。
【0020】
構成単位(A1)の好ましい例として、下記式(a-1-1)で表される構成単位が挙げられる。
【0021】
【化4】
【0022】
式(a-1-1)中、Rは、水素原子、又はメチル基である。Ya01は、単結合、又は炭素原子数1以上5以下のアルキレン基である。Ra001は、炭素原子数1以上5以下のアルキル基である。aは、1以上5以下の整数である。bは、0以上4以下の整数である。a+bは、5以下である。Ra001が2つ以上存在する場合、複数のRa001は相互に異なっていてもよいし同じでもよい。
【0023】
式(a-1-1)において、Rは、水素原子、又はメチル基であり、好ましくはメチル基である。
a01は、単結合、又は炭素原子数1以上5以下の直鎖状もしくは分岐状のアルキレン基である。アルキレン基の具体例としては、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、イソプロピレン基、n-ブチレン基、イソブチレン基、tert-ブチレン基、ペンチレン基、イソペンチレン基、及びネオペンチレン基等が挙げられる。これらの中では、単結合、メチレン基、及びエチレン基が好ましい。
アルカリ可溶性樹脂(A)のアルカリ可溶性と、硬化性樹脂組成物の硬化物の耐熱性とことから、Ya01は、単結合であることが好ましい。
aは、1以上5以下の整数であり、1であることが好ましい。
【0024】
式(a-1-1)中のベンゼン環において、Ya01と結合している炭素原子を基準(1位)としたとき、4位に水酸基が結合していることが好ましい。
【0025】
a001は、炭素原子数1以上5以下の直鎖状、又は分岐状のアルキル基である。当該アルキル基の具体例としては、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、tert-ブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、及びネオペンチル基等が挙げられる。
これらの中では、メチル基、及びエチル基が好ましい。
bは、0以上4以下の整数であり、0が好ましい。
【0026】
構成単位(A1)を与える単量体の具体例としては、o-ヒドロキシフェニル(メタ)アクリレート、m-ヒドロキシフェニル(メタ)アクリレート、p-ヒドロキシフェニル(メタ)アクリレート、o-ヒドロキシベンジル(メタ)アクリレート、m-ヒドロキシベンジル(メタ)アクリレート、p-ヒドロキシベンジル(メタ)アクリレート、o-ヒドロキシフェニルエチル(メタ)アクリレート、m-ヒドロキシフェニルエチル(メタ)アクリレート、及びp-ヒドロキシフェニルエチル(メタ)アクリレート等が挙げられる。これらの中では、p-ヒドロキシフェニル(メタ)アクリレート、及びp-ヒドロキシベンジル(メタ)アクリレートが好ましく、p-ヒドロキシフェニル(メタ)アクリレートがより好ましい。
【0027】
アルカリ可溶性樹脂(A)における構成単位(A1)の比率は、アルカリ可溶性樹脂(A)の全構成単位に対して、10モル%以上70モル%以下が好ましく、15モル%以上60モル%以下がより好ましく、20モル%以上50モル%以下がさらに好ましい。
構成単位(A1)は、アルカリ可溶性樹脂(A)中に、ブロック状に存在していてもよく、ランダムに存在していてもよい。
【0028】
〔エポキシ基含有単位(A3)〕
エポキシ基含有単位(A3)は、エポキシ基を構造中に含有し、重合性不飽和化合物から誘導される構成単位である。該エポキシ基は、特に限定されず、脂環式エポキシ基でも、鎖状脂肪族エポキシ基でもよい。エポキシ基含有重合性不飽和化合物としては、エポキシ基含有(メタ)アクリル酸エステルが好ましく、鎖状脂肪族エポキシ基含有脂肪族(メタ)アクリル酸エステルや、脂環式エポキシ基含有脂肪族(メタ)アクリル酸エステルがより好ましい。
【0029】
エポキシ基が脂環式エポキシ基である場合、脂環式基の炭素原子数は特に限定されないが、5以上10以下が好ましい。
【0030】
脂環式エポキシ基を有するエポキシ基含有単位(A3)の好適な例としては、具体的には、以下の式(1)~(31)で表される脂環式エポキシ基含有重合性不飽和化合物から誘導される構成単位が挙げられる。
【0031】
【化5】
【0032】
【化6】
【0033】
上記式中、Rは、水素原子、又はメチル基である。Rは、炭素原子数1以上8以下の2価の炭化水素基である。Rは、炭素原子数1以上20以下の2価の炭化水素基である。上記式のいずれかで表される脂環式エポキシ基含有重合性不飽和化合物において、複数のR、複数のR、又は複数のRが存在する場合、複数のR、複数のR、又は複数のRは、同一でも、異なってもよい。wは、0以上10以下の整数である。
【0034】
これらの中でも、式(1)~(6)、(14)、(16)、(18)、(21)、(23)~(25)、及び(30)で表される脂環式エポキシ基含有重合性不飽和化合物が好ましく、式(1)~(6)で表される脂環式エポキシ基含有重合性不飽和化合物がより好ましい。
【0035】
エポキシ基が鎖状脂肪族エポキシ基である場合、鎖状脂肪族エポキシ基の炭素原子数は特に限定されないが、3以上20以下が好ましく、3以上15以下がより好ましく、3以上10以下が特に好ましい。
【0036】
鎖状脂肪族エポキシ基を有するエポキシ基含有単位(A3)としては、以下の鎖状脂肪族エポキシ基含有重合性不飽和化合物から誘導される単位が挙げられる。
【0037】
鎖状脂肪族エポキシ基含有重合性不飽和化合物の具体例としては、グリシジル(メタ)アクリレート、2-メチルグリシジル(メタ)アクリレート、3,4-エポキシブチル(メタ)アクリレート、及び6,7-エポキシヘプチル(メタ)アクリレート等のエポキシアルキル(メタ)アクリレート;2-グリシジルオキシエチル(メタ)アクリレート、3-グリシジルオキシ-n-プロピル(メタ)アクリレート、4-グリシジルオキシ-n-ブチル(メタ)アクリレート、5-グリシジルオキシ-n-ヘキシル(メタ)アクリレート、及び6-グリシジルオキシ-n-ヘキシル(メタ)アクリレート等のエポキシアルキルオキシアルキル(メタ)アクリレート等が挙げられる。
【0038】
芳香族基を含むエポキシ基含有重合性不飽和化合物の具体例としては、4-グリシジルオキシフェニル(メタ)アクリレート、3-グリシジルオキシフェニル(メタ)アクリレート、2-グリシジルオキシフェニル(メタ)アクリレート、4-グリシジルオキシフェニルメチル(メタ)アクリレート、3-グリシジルオキシフェニルメチル(メタ)アクリレート、及び2-グリシジルオキシフェニルメチル(メタ)アクリレート等が挙げられる。
【0039】
アルカリ可溶性樹脂(A)におけるエポキシ基含有単位(A3)の比率は、アルカリ可溶性樹脂(A)の全構成単位に対して、5モル%以上40モル%以下が好ましく、10モル%以上30モル%以下がより好ましく、15モル%以上25モル%以下がさらに好ましい。
アルカリ可溶性樹脂(A)が上記の比率でエポキシ基含有単位(A3)を含むと、硬化性樹脂組成物の硬化物の耐熱性や密着性が高く、硬化性樹脂組成物の硬化物の誘電率が低い。
構成単位(A3)は、アルカリ可溶性樹脂(A)中に、ブロック状に存在していてもよく、ランダムに存在していてもよい。
【0040】
〔構成単位(A2)〕
アルカリ可溶性樹脂(A)は、好ましくは下記式(a-2)で表される構成単位(A2)を有する。
【0041】
【化7】
【0042】
式(a-2)中、Rは、水素原子、又はメチル基である。Rは、炭化水素基である。
【0043】
としての炭化水素基の炭素原子数は、1以上20以下が好ましい。
としての炭化水素基としては、例えば、分岐状、直鎖状、もしくは環状のアルキル基、置換基を有していてもよいアリール基、及び置換基を有していてもよいアラルキル基が挙げられる。
分岐状、又は直鎖状のアルキル基の炭素原子数は、1以上12以下が好ましく、1以上6以下がより好ましい。環状のアルキル基の炭素原子数は、6以上20以下が好ましく、6以上12以下がより好ましい。
置換基を有していてもよいアリール基、又は置換基を有していてもよいアラルキル基の炭素原子数は、6以上20以下が好ましく、6以上12以下がより好ましい。炭素原子数が20以下であると、アルカリ解像性は十分であり、炭素原子数が1以上であれば硬化性樹脂組成物の硬化物の誘電が低い。
【0044】
構成単位(A2)の具体例としては、メチルアクリレート、エチルアクリレート、n-プロピルアクリレート、イソプロピルアクリレート、n-ブチルアクリレート、n-ペンチルアクリレート、2-エチルヘキシルアクリレート、n-オクチルアクリレート、及びtert-オクチルアクリレート等の直鎖又は分岐鎖アルキルアクリレート;シクロヘキシルアクリレート、ジシクロペンタニルアクリレート、2-メチルシクロヘキシルアクリレート、及びイソボルニルアクリレート等の脂環式アルキルアクリレート;ベンジルアクリレート等のアラルキルアクリレート;フェニルアクリルレート等のアリールアクリレート等から誘導される構成単位が挙げられる。
【0045】
メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、n-プロピルメタクリレート、イソプロピルメタクリレート、n-ブチルメタクリレート、sec-ブチルメタクリレート、tert-ブチルメタクリレート、n-ペンチルメタクリレート、n-ヘキシルメタクリレート、及びn-オクチルメタクリレート等の直鎖又は分岐鎖アルキルメタクリレート;シクロヘキシルメタクリレート、ジシクロペンタニルメタクリレート、2-メチルシクロヘキシルメタクリレート、及びイソボルニルメタクリレート等の脂環式アルキルメタクリレート;ベンジルメタクリレート等のアラルキルメタクリレート;フェニルメタクリレート、クレジルメタクリレート、及びナフチルメタクリレート等のアリールメタクリレート等から誘導される構成単位も、構成単位(A2)として好ましい。
【0046】
アルカリ可溶性樹脂(A)が、構成単位(A2)を有することにより、共重合体の溶解スピードを調整することができる。構成単位(A2)としては、特に脂環式基を有する単量体から誘導されるものが、硬化性樹脂組成物からなる硬化物の低誘電率化の面から好ましい。
【0047】
アルカリ可溶性樹脂(A)における構成単位(A2)の含有比率は、アルカリ可溶性樹脂(A)の全構成単位に対して、5モル%以上50モル%以下が好ましい。
なお、構成単位(A2)は、アルカリ可溶性樹脂(A)中に、ブロック状に存在していてもよく、ランダムに存在していてもよい。
【0048】
〔構成単位(A4)〕
アルカリ可溶性樹脂(A)は、所望する効果が損なわれない範囲で構成単位(A1)~(A3)以外の構成単位(A4)を有していてもよい。
構成単位(A4)は、構成単位(A1)~(A3)に該当せず、且つ重合性不飽和化合物から誘導される構成単位であれば、特に限定されない。
構成単位(A4)としては、例えば、アクリルアミド類、メタクリルアミド類、アリル化合物、ビニルエーテル類、ビニルエステル類、スチレン類、及び不飽和ニトリル化合物等から選ばれる重合性不飽和化合物に由来する構成単位が挙げられる。
【0049】
アクリルアミド類の好適な例としては、アクリルアミド、N-アルキルアクリルアミド、N-アリールアクリルアミド、N,N-ジアルキルアクリルアミド、N,N-ジアリールアクリルアミド、N-メチル-N-フェニルアクリルアミド、N-ヒドロキシエチル-N-メチルアクリルアミド、及びN-2-アセトアミドエチル-N-アセチルアクリルアミドが挙げられる。
N-アルキルアクリルアミド、及びN,N-ジアルキルアクリルアミドにおけるアルキル基は、炭素原子数1以上4以下のアルキル基、水酸基、ハロゲン原子、及びフェニル基等の置換基で置換されていてもよい。
N-アルキルアクリルアミド、及びN,N-ジアルキルアクリルアミドにおけるアルキル基の炭素原子数は1以上10以下が好ましい。
置換基を有してもよいアルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、n-プロピル基、n-ブチル基、tert-ブチル基、n-ヘプチル基、n-オクチル基、シクロヘキシル基、ヒドロキシエチル基、及びベンジル基等が挙げられる。
N-アリールアクリルアミド、及びN,N-ジアリールアクリルアミドにおけるアリール基としては、フェニル基、及びナフチル基等が挙げられる。
【0050】
メタクリルアミド類の具体例としては、メタクリルアミド、N-アルキルメタクリルアミド、N-アリールメタクリルアミド、N,N-ジアルキルメタクリルアミド、N,N-ジアリール(メタクリルアミド、N-ヒドロキシエチル-N-メチルメタクリルアミド、N-メチル-N-フェニル(メタ)アクリルアミド、及びN-エチル-N-フェニル(メタ)アクリルアミドが挙げられる。
N-アルキルメタクリルアミド、及びN,N-ジアルキルメタクリルアミドに含まれるアルキル基の好ましい例は、N-アルキルアクリルアミドに含まれるアルキル基の好ましい例と同様である。
N-アリールメタクリルアミド、及びN,N-ジアリールメタクリルアミドに含まれるアリール基の好ましい例は、N-アリールアクリルアミドに含まれるアリール基の好ましい例と同様である。
【0051】
アリル化合物としては、具体的には、酢酸アリル、カプロン酸アリル、カプリル酸アリル、ラウリン酸アリル、パルミチン酸アリル、ステアリン酸アリル、安息香酸アリル、アセト酢酸アリル、及び乳酸アリル等のアリルエステル類や、アリルオキシエタノール等が挙げられる。
【0052】
ビニルエーテル類の具体例としては、ヘキシルビニルエーテル、オクチルビニルエーテル、デシルビニルエーテル、エチルヘキシルビニルエーテル、メトキシエチルビニルエーテル、エトキシエチルビニルエーテル、クロルエチルビニルエーテル、1-メチル-2,2-ジメチルプロピルビニルエーテル、2-エチルブチルビニルエーテル、ヒドロキシエチルビニルエーテル、ジエチレングリコールビニルエーテル、ジメチルアミノエチルビニルエーテル、ジエチルアミノエチルビニルエーテル、ブチルアミノエチルビニルエーテル、ベンジルビニルエーテル、テトラヒドロフルフリルビニルエーテル等のアルキルビニルエーテル;ビニルフェニルエーテル、ビニルトリルエーテル、ビニルクロルフェニルエーテル、ビニル-2,4-ジクロルフェニルエーテル、ビニルナフチルエーテル、及びビニルアントラニルエーテル等のビニルアリールエーテルが挙げられる。
【0053】
ビニルエステル類の具体例としては、ビニルブチレート、ビニルイソブチレート、ビニルトリメチルアセテート、ビニルジエチルアセテート、ビニルバレート、ビニルカプロエート、ビニルクロルアセテート、ビニルジクロルアセテート、ビニルメトキシアセテート、ビニルブトキシアセテート、ビニルフエニルアセテート、ビニルアセトアセテート、ビニルラクテート、ビニル-β-フェニルブチレート、安息香酸ビニル、サリチル酸ビニル、クロル安息香酸ビニル、テトラクロル安息香酸ビニル、及びナフトエ酸ビニルが挙げられる。
【0054】
スチレン類の具体例としては、スチレン;メチルスチレン、ジメチルスチレン、トリメチルスチレン、エチルスチレン、ジエチルスチレン、イソプロピルスチレン、ブチルスチレン、ヘキシルスチレン、シクロヘキシルスチレン、デシルスチレン、ベンジルスチレン、クロルメチルスチレン、トリフルオロメチルスチレン、エトキシメチルスチレン、及びアセトキシメチルスチレン等のアルキルスチレン;メトキシスチレン、4-メトキシ-3-メチルスチレン、及びジメトキシスチレン等のアルコキシスチレン;クロロスチレン、ジクロロスチレン、トリクロロスチレン、テトラクロロスチレン、ペンタクロロスチレン、ブロモスチレン、ジブロモスチレン、ヨードスチレン、フルオロスチレン、トリフルオロスチレン、2-ブロモ-4-トリフルオロメチルスチレン、及び4-フルオロ-3-トリフルオロメチルスチレン等のハロスチレンが挙げられる。
【0055】
不飽和ニトリル化合物の具体例としては、アクリロニトリル、及びメタクリロニトリル等が挙げられる。
【0056】
上記の構成単位(A4)として、脂環式基を有する単量体から誘導される構成単位が、硬化性樹脂組成物の硬化物の誘電率の低さの点で好ましい。
【0057】
アルカリ可溶性樹脂(A)は、構成単位(A1)、構成単位(A2)、及び構成単位(A3)からなるのが好ましい。
アルカリ可溶性樹脂(A)の質量平均分子量(Mw)は、2000以上50000以下が好ましく、5,000以上30,000以下がより好ましい。質量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)のポリスチレン換算による測定値である。質量平均分子量が2,000以上であると、硬化性樹脂組成物の製膜性が良好である。また、質量平均分子量50,000以下とであると、アルカリ可溶性樹脂(A)が適度なアルカリ溶解性を有する。
【0058】
共重合体(A)は、公知のラジカル重合法により、製造できる。典型的には、所望する種類、及び量の構成単位を与える単量体、及びラジカル重合開始剤を重合溶媒に溶解した後、得られた溶液を加熱下に撹拌する方法等により、共重合体(A)を製造できる。
【0059】
アルカリ可溶性樹脂(A)は、構成単位(A1)、及び構成単位(A3)を有する共重合体以外に、1種以上の他の樹脂を含んでいてもよい。他の樹脂の量は、アルカリ可溶性樹脂(A)100質量部に対して、0質量部以上50質量部以下が好ましく、0質量部以上30質量部以がより好ましい。他の樹脂の質量平均分子量(Mw)は、2,000以上50,000以下が好ましく、5,000以上30,000以下がより好ましい。質量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)のポリスチレン換算による測定値である。
【0060】
<酸発生剤(B)>
硬化性樹脂組成物は、さらに、酸発生剤(B)を含んでいてもよい。酸発生剤(B)としては、光酸発生剤(B1)、及び熱酸発生剤(B2)のいずれを用いてもよく、両者を組み合わせて用いてもよい。
【0061】
〔光酸発生剤(B1)〕
光酸発生剤(B1)としては、活性光線又は放射線の照射により酸、又は酸性基を生じさせる化合物であれば特に限定されない。光酸発生剤(B1)としては、以下に説明する、第1~第5の酸発生剤が好ましい。以下、第1~第5の酸発生剤について説明する。
【0062】
(第1の酸発生剤)
第1の酸発生剤としては、下記式(b1)で表される化合物が挙げられる。
【0063】
【化8】
【0064】
上記式(b1)中、X1bは、原子価gの硫黄原子又はヨウ素原子を表し、gは1又は2である。hは括弧内の構造の繰り返し単位数を表す。R1bは、X1bに結合している有機基であり、炭素原子数6以上30以下のアリール基、炭素原子数4以上30以下の複素環基、炭素原子数1以上30以下のアルキル基、炭素原子数2以上30以下のアルケニル基、又は炭素原子数2以上30以下のアルキニル基を表し、R1bは、アルキル、ヒドロキシ、アルコキシ、アルキルカルボニル、アリールカルボニル、アルコキシカルボニル、アリールオキシカルボニル、アリールチオカルボニル、アシロキシ、アリールチオ、アルキルチオ、アリール、複素環、アリールオキシ、アルキルスルフィニル、アリールスルフィニル、アルキルスルホニル、アリールスルホニル、アルキレンオキシ、アミノ、シアノ、ニトロの各基、及びハロゲンからなる群より選ばれる少なくとも1種で置換されていてもよい。R1bの個数はg+h(g-1)+1であり、R1bはそれぞれ互いに同じであっても異なっていてもよい。また、2個以上のR1bが互いに直接、又は-O-、-S-、-SO-、-SO-、-NH-、-NR2b-、-CO-、-COO-、-CONH-、炭素原子数1以上3以下のアルキレン基、もしくはフェニレン基を介して結合し、X1bを含む環構造を形成してもよい。R2bは炭素原子数1以下5以上のアルキル基又は炭素原子数6以下10以上のアリール基である。
【0065】
2bは下記式(b2)で表される構造である。
【0066】
【化9】
【0067】
上記式(b2)中、X4bは炭素原子数1以上8以下のアルキレン基、炭素原子数6以上20以下のアリーレン基、又は炭素原子数8以上20以下の複素環化合物の2価の基を表し、X4bは炭素原子数1以上8以下のアルキル、炭素原子数1以上8以下のアルコキシ、炭素原子数6以上10以下のアリール、ヒドロキシ、シアノ、ニトロの各基、及びハロゲンからなる群より選ばれる少なくとも1種で置換されていてもよい。X5bは-O-、-S-、-SO-、-SO-、-NH-、-NR2b-、-CO-、-COO-、-CONH-、炭素原子数1以上3以下のアルキレン基、又はフェニレン基を表す。hは括弧内の構造の繰り返し単位数を表す。h+1個のX4b及びh個のX5bはそれぞれ同一であっても異なっていてもよい。R2bは前述の定義と同じである。
【0068】
3b-はオニウムの対イオンであり、下記式(b9)、下記式(b13)、下記式(b14)、下記式(b17)で表されるフッ素化アルキルフルオロリン酸アニオン又は下記式(b18)で表されるボレートアニオンが挙げられ、エッチングマスクの膜特性の点から、下記式(b9)のアニオンが好ましい。
【0069】
【化10】
【0070】
上記式(b9)において、R20bは、下記式(b10)、(b11)、及び(b12)で表される基である。
【0071】
【化11】
【0072】
上記式(b10)中、xは1以上4以下の整数を表す。また、上記式(b11)中、R21bは、水素原子、水酸基、炭素原子数1以上6以下の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基、又は炭素原子数1以上6以下の直鎖状もしくは分岐状のアルコキシ基を表し、yは1以上3以下の整数を表す。これらの中でも、安全性の観点からトリフルオロメタンスルホネート、パーフルオロブタンスルホネートが好ましい。
【0073】
【化12】
【0074】
上記式(b13)、(b14)中、Xは、少なくとも1つの水素原子がフッ素原子で置換された直鎖状又は分岐状のアルキレン基を表し、該アルキレン基の炭素原子数は2以上6以下であり、好ましくは3以上5以下、最も好ましくは炭素原子数3である。また、Y、Zは、それぞれ独立に少なくとも1つの水素原子がフッ素原子で置換された直鎖状又は分岐状のアルキル基を表し、該アルキル基の炭素原子数は1以上10以下であり、好ましくは1以上7以下、より好ましくは1以上3以下である。
【0075】
のアルキレン基の炭素原子数、又はY、Zのアルキル基の炭素原子数が小さいほど有機溶剤への溶解性も良好であるため好ましい。
【0076】
また、Xのアルキレン基又はY、Zのアルキル基において、フッ素原子で置換されている水素原子の数が多いほど、酸の強度が強くなるため好ましい。該アルキレン基又はアルキル基中のフッ素原子の割合、すなわちフッ素化率は、好ましくは70%以上100%以下、より好ましくは90%以上100%以下であり、最も好ましくは、全ての水素原子がフッ素原子で置換されたパーフルオロアルキレン基又はパーフルオロアルキル基である。
【0077】
【化13】
【0078】
上記式(b17)中、R3bは水素原子の80%以上がフッ素原子で置換されたアルキル基を表す。jはその個数を示し、1以上5以下の整数である。j個のR3bはそれぞれ同一であっても異なっていてもよい。
【0079】
【化14】
【0080】
上記式(b18)中、R4b~R7bは、それぞれ独立にフッ素原子又はフェニル基を表し、該フェニル基の水素原子の一部又は全部は、フッ素原子及びトリフルオロメチル基からなる群より選ばれる少なくとも1種で置換されていてもよい。
【0081】
上記式(b1)で表される化合物中のオニウムイオンとしては、トリフェニルスルホニウム、トリ-p-トリルスルホニウム、4-(フェニルチオ)フェニルジフェニルスルホニウム、ビス[4-(ジフェニルスルホニオ)フェニル]スルフィド、ビス〔4-{ビス[4-(2-ヒドロキシエトキシ)フェニル]スルホニオ}フェニル〕スルフィド、ビス{4-[ビス(4-フルオロフェニル)スルホニオ]フェニル}スルフィド、4-(4-ベンゾイル-2-クロロフェニルチオ)フェニルビス(4-フルオロフェニル)スルホニウム、7-イソプロピル-9-オキソ-10-チア-9,10-ジヒドロアントラセン-2-イルジ-p-トリルスルホニウム、7-イソプロピル-9-オキソ-10-チア-9,10-ジヒドロアントラセン-2-イルジフェニルスルホニウム、2-[(ジフェニル)スルホニオ]チオキサントン、4-[4-(4-tert-ブチルベンゾイル)フェニルチオ]フェニルジ-p-トリルスルホニウム、4-(4-ベンゾイルフェニルチオ)フェニルジフェニルスルホニウム、ジフェニルフェナシルスルホニウム、4-ヒドロキシフェニルメチルベンジルスルホニウム、2-ナフチルメチル(1-エトキシカルボニル)エチルスルホニウム、4-ヒドロキシフェニルメチルフェナシルスルホニウム、フェニル[4-(4-ビフェニルチオ)フェニル]4-ビフェニルスルホニウム、フェニル[4-(4-ビフェニルチオ)フェニル]3-ビフェニルスルホニウム、[4-(4-アセトフェニルチオ)フェニル]ジフェニルスルホニウム、オクタデシルメチルフェナシルスルホニウム、ジフェニルヨードニウム、ジ-p-トリルヨードニウム、ビス(4-ドデシルフェニル)ヨードニウム、ビス(4-メトキシフェニル)ヨードニウム、(4-オクチルオキシフェニル)フェニルヨードニウム、ビス(4-デシルオキシ)フェニルヨードニウム、4-(2-ヒドロキシテトラデシルオキシ)フェニルフェニルヨードニウム、4-イソプロピルフェニル(p-トリル)ヨードニウム、又は4-イソブチルフェニル(p-トリル)ヨードニウム、等が挙げられる。
【0082】
上記式(b17)で表されるフッ素化アルキルフルオロリン酸アニオンにおいて、R3bはフッ素原子で置換されたアルキル基を表し、好ましい炭素原子数は1以上8以下、さらに好ましい炭素原子数は1以上4以下である。アルキル基の具体例としては、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、オクチル等の直鎖アルキル基;イソプロピル、イソブチル、sec-ブチル、tert-ブチル等の分岐アルキル基;さらにシクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル等のシクロアルキル基等が挙げられ、アルキル基の水素原子がフッ素原子に置換された割合は、通常、80%以上、好ましくは90%以上、さらに好ましくは100%である。フッ素原子の置換率が80%未満である場合には、上記式(b1)で表されるオニウムフッ素化アルキルフルオロリン酸塩の酸強度が低下する。
【0083】
特に好ましいR3bは、炭素原子数が1以上4以下、且つフッ素原子の置換率が100%の直鎖状又は分岐状のパーフルオロアルキル基であり、具体例としては、CF、CFCF、(CFCF、CFCFCF、CFCFCFCF、(CFCFCF、CFCF(CF)CF、(CFCが挙げられる。R3bの個数jは、1以上5以下の整数であり、好ましくは2以上4以下、特に好ましくは2又は3である。
【0084】
好ましいフッ素化アルキルフルオロリン酸アニオンの具体例としては、[(CFCFPF、[(CFCFPF、[((CFCF)PF、[((CFCF)PF、[(CFCFCFPF、[(CFCFCFPF、[((CFCFCFPF、[((CFCFCFPF、[(CFCFCFCFPF、又は[(CFCFCFPFが挙げられ、これらのうち、[(CFCFPF、[(CFCFCFPF、[((CFCF)PF、[((CFCF)PF、[((CFCFCFPF、又は[((CFCFCFPFが特に好ましい。
【0085】
上記式(b18)で表されるボレートアニオンの好ましい具体例としては、テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート([B(C)、テトラキス[(トリフルオロメチル)フェニル]ボレート([B(CCF)、ジフルオロビス(ペンタフルオロフェニル)ボレート([(CBF)、トリフルオロ(ペンタフルオロフェニル)ボレート([(C)BF)、テトラキス(ジフルオロフェニル)ボレート([B(C)等が挙げられる。これらの中でも、テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート([B(C)が特に好ましい。
【0086】
(第2の酸発生剤)
第2の酸発生剤としては、2,4-ビス(トリクロロメチル)-6-ピペロニル-1,3,5-トリアジン、2,4-ビス(トリクロロメチル)-6-[2-(2-フリル)エテニル]-s-トリアジン、2,4-ビス(トリクロロメチル)-6-[2-(5-メチル-2-フリル)エテニル]-s-トリアジン、2,4-ビス(トリクロロメチル)-6-[2-(5-エチル-2-フリル)エテニル]-s-トリアジン、2,4-ビス(トリクロロメチル)-6-[2-(5-プロピル-2-フリル)エテニル]-s-トリアジン、2,4-ビス(トリクロロメチル)-6-[2-(3,5-ジメトキシフェニル)エテニル]-s-トリアジン、2,4-ビス(トリクロロメチル)-6-[2-(3,5-ジエトキシフェニル)エテニル]-s-トリアジン、2,4-ビス(トリクロロメチル)-6-[2-(3,5-ジプロポキシフェニル)エテニル]-s-トリアジン、2,4-ビス(トリクロロメチル)-6-[2-(3-メトキシ-5-エトキシフェニル)エテニル]-s-トリアジン、2,4-ビス(トリクロロメチル)-6-[2-(3-メトキシ-5-プロポキシフェニル)エテニル]-s-トリアジン、2,4-ビス(トリクロロメチル)-6-[2-(3,4-メチレンジオキシフェニル)エテニル]-s-トリアジン、2,4-ビス(トリクロロメチル)-6-(3,4-メチレンジオキシフェニル)-s-トリアジン、2,4-ビス-トリクロロメチル-6-(3-ブロモ-4-メトキシ)フェニル-s-トリアジン、2,4-ビス-トリクロロメチル-6-(2-ブロモ-4-メトキシ)フェニル-s-トリアジン、2,4-ビス-トリクロロメチル-6-(2-ブロモ-4-メトキシ)スチリルフェニル-s-トリアジン、2,4-ビス-トリクロロメチル-6-(3-ブロモ-4-メトキシ)スチリルフェニル-s-トリアジン、2-(4-メトキシフェニル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-1,3,5-トリアジン、2-(4-メトキシナフチル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-1,3,5-トリアジン、2-[2-(2-フリル)エテニル]-4,6-ビス(トリクロロメチル)-1,3,5-トリアジン、2-[2-(5-メチル-2-フリル)エテニル]-4,6-ビス(トリクロロメチル)-1,3,5-トリアジン、2-[2-(3,5-ジメトキシフェニル)エテニル]-4,6-ビス(トリクロロメチル)-1,3,5-トリアジン、2-[2-(3,4-ジメトキシフェニル)エテニル]-4,6-ビス(トリクロロメチル)-1,3,5-トリアジン、2-(3,4-メチレンジオキシフェニル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-1,3,5-トリアジン、トリス(1,3-ジブロモプロピル)-1,3,5-トリアジン、トリス(2,3-ジブロモプロピル)-1,3,5-トリアジン等のハロゲン含有トリアジン化合物、並びにトリス(2,3-ジブロモプロピル)イソシアヌレート等の下記式(b3)で表されるハロゲン含有トリアジン化合物が挙げられる。
【0087】
【化15】
【0088】
上記式(b3)中、R9b、R10b、R11bは、それぞれ独立にハロゲン化アルキル基を表す。
【0089】
(第3の酸発生剤)
第3の酸発生剤としては、α-(p-トルエンスルホニルオキシイミノ)-フェニルアセトニトリル、α-(ベンゼンスルホニルオキシイミノ)-2,4-ジクロロフェニルアセトニトリル、α-(ベンゼンスルホニルオキシイミノ)-2,6-ジクロロフェニルアセトニトリル、α-(2-クロロベンゼンスルホニルオキシイミノ)-4-メトキシフェニルアセトニトリル、α-(エチルスルホニルオキシイミノ)-1-シクロペンテニルアセトニトリル、並びにオキシムスルホネート基を含有する下記式(b4)で表される化合物が挙げられる。
【0090】
【化16】
【0091】
上記式(b4)中、R12bは、1価、2価、又は3価の有機基を表し、R13bは、置換もしくは未置換の飽和炭化水素基、不飽和炭化水素基、又は芳香族基を表し、nは括弧内の構造の繰り返し単位数を表す。
【0092】
上記式(b4)中、芳香族基としては、例えば、フェニル基、ナフチル基等のアリール基や、フリル基、チエニル基等のヘテロアリール基が挙げられる。これらは環上に適当な置換基、例えばハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、ニトロ基等を1個以上有していてもよい。また、R13bは、炭素原子数1以上6以下のアルキル基が特に好ましく、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基が挙げられる。特に、R12bが芳香族基であり、R13bが炭素原子数1以上4以下のアルキル基である化合物が好ましい。
【0093】
上記式(b4)で表される酸発生剤としては、n=1のとき、R12bがフェニル基、メチルフェニル基、メトキシフェニル基のいずれかであって、R13bがメチル基の化合物、具体的にはα-(メチルスルホニルオキシイミノ)-1-フェニルアセトニトリル、α-(メチルスルホニルオキシイミノ)-1-(p-メチルフェニル)アセトニトリル、α-(メチルスルホニルオキシイミノ)-1-(p-メトキシフェニル)アセトニトリル、〔2-(プロピルスルホニルオキシイミノ)-2,3-ジヒドロキシチオフェン-3-イリデン〕(o-トリル)アセトニトリル等が挙げられる。n=2のとき、上記式(b4)で表される酸発生剤としては、具体的には下記式で表される酸発生剤が挙げられる。
【0094】
【化17】
【0095】
(第4の酸発生剤)
第4の酸発生剤としては、ビス(p-トルエンスルホニル)ジアゾメタン、ビス(1,1-ジメチルエチルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(シクロヘキシルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(2,4-ジメチルフェニルスルホニル)ジアゾメタン等のビススルホニルジアゾメタン類;p-トルエンスルホン酸2-ニトロベンジル、p-トルエンスルホン酸2,6-ジニトロベンジル、ニトロベンジルトシレート、ジニトロベンジルトシラート、ニトロベンジルスルホナート、ニトロベンジルカルボナート、ジニトロベンジルカルボナート等のニトロベンジル誘導体;ピロガロールトリメシラート、ピロガロールトリトシラート、ベンジルトシラート、ベンジルスルホナート、N-メチルスルホニルオキシスクシンイミド、N-トリクロロメチルスルホニルオキシスクシンイミド、N-フェニルスルホニルオキシマレイミド、N-メチルスルホニルオキシフタルイミド等のスルホン酸エステル類;N-(トリフルオロメチルスルホニルオキシ)フタルイミド、N-(トリフルオロメチルスルホニルオキシ)-1,8-ナフタルイミド、N-(トリフルオロメチルスルホニルオキシ)-4-ブチル-1,8-ナフタルイミド等のトリフルオロメタンスルホン酸エステル類;ジフェニルヨードニウムヘキサフルオロホスファート、(4-メトキシフェニル)フェニルヨードニウムトリフルオロメタンスルホナート、ビス(p-tert-ブチルフェニル)ヨードニウムトリフルオロメタンスルホナート、トリフェニルスルホニウムヘキサフルオロホスファート、(4-メトキシフェニル)ジフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホナート、(p-tert-ブチルフェニル)ジフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホナート等のオニウム塩類;ベンゾイントシラート、α-メチルベンゾイントシラート等のベンゾイントシレート類;その他のジフェニルヨードニウム塩、トリフェニルスルホニウム塩、フェニルジアゾニウム塩、ベンジルカルボナート等が挙げられる。
【0096】
(第5の酸発生剤)
第5の酸発生剤としては、キノンジアジド基含有化合物が挙げられる。
キノンジアジド基含有化合物としては、フェノール性水酸基を1つ以上有する化合物と、ナフトキノンジアジド基含有スルホン酸との完全エステル化物や部分エステル化物が好ましい。
【0097】
上記フェノール性水酸基を1つ以上有する化合物としては、例えば、2,3,4-トリヒドロキシベンゾフェノン、2,3,4,4’-テトラヒドロキシベンゾフェノン等のポリヒドロキシベンゾフェノン類;トリス(4-ヒドロシキフェニル)メタン、ビス(4-ヒドロキシ-3-メチルフェニル)-2-ヒドロキシフェニルメタン、ビス(4-ヒドロキシ-2,3,5-トリメチルフェニル)-2-ヒドロキシフェニルメタン、ビス(4-ヒドロキシ-3,5-ジメチルフェニル)-4-ヒドロキシフェニルメタン、ビス(4-ヒドロキシ-3,5-ジメチルフェニル)-3-ヒドロキシフェニルメタン、ビス(4-ヒドロキシ-3,5-ジメチルフェニル)-2-ヒドロキシフェニルメタン、ビス(4-ヒドロキシ-2,5-ジメチルフェニル)-4-ヒドロキシフェニルメタン、ビス(4-ヒドロキシ-2,5-ジメチルフェニル)-3-ヒドロキシフェニルメタン、ビス(4-ヒドロキシ-2,5-ジメチルフェニル)-2-ヒドロキシフェニルメタン、ビス(4-ヒドロキシ-3,5-ジメチルフェニル)-3,4-ジヒドロキシフェニルメタン、ビス(4-ヒドロキシ-2,5-ジメチルフェニル)-3,4-ジヒドロキシフェニルメタン、ビス(4-ヒドロキシ-2,5-ジメチルフェニル)-2,4-ジヒドロキシフェニルメタン、ビス(4-ヒドロキシフェニル)-3-メトキシ-4-ヒドロキシフェニルメタン、ビス(5-シクロヘキシル-4-ヒドロキシ-2-メチルフェニル)-4-ヒドロキシフェニルメタン、ビス(5-シクロヘキシル-4-ヒドロキシ-2-メチルフェニル)-3-ヒドロキシフェニルメタン、ビス(5-シクロヘキシル-4-ヒドロキシ-2-メチルフェニル)-2-ヒドロキシフェニルメタン、ビス(5-シクロヘキシル-4-ヒドロキシ-2-メチルフェニル)-3,4-ジヒドロキシフェニルメタン等のトリスフェノール型化合物;2,4-ビス(3,5-ジメチル-4-ヒドロキシベンジル)-5-ヒドロキシフェノール、2,6-ビス(2,5-ジメチル-4-ヒドロキシベンジル)-4-メチルフェノール等のリニア型3核体フェノール化合物;1,1-ビス〔3-(2-ヒドロキシ-5-メチルベンジル)-4-ヒドロキシ-5-シクロヘキシルフェニル〕イソプロパン、ビス[2,5-ジメチル-3-(4-ヒドロキシ-5-メチルベンジル)-4-ヒドロキシフェニル]メタン、ビス[2,5-ジメチル-3-(4-ヒドロキシベンジル)-4-ヒドロキシフェニル]メタン、ビス[3-(3,5-ジメチル-4-ヒドロキシベンジル)-4-ヒドロキシ-5-メチルフェニル]メタン、ビス[3-(3,5-ジメチル-4-ヒドロキシベンジル)-4-ヒドロキシ-5-エチルフェニル]メタン、ビス[3-(3,5-ジエチル-4-ヒドロキシベンジル)-4-ヒドロキシ-5-メチルフェニル]メタン、ビス[3-(3,5-ジエチル-4-ヒドロキシベンジル)-4-ヒドロキシ-5-エチルフェニル]メタン、ビス[2-ヒドロキシ-3-(3,5-ジメチル-4-ヒドロキシベンジル)-5-メチルフェニル]メタン、ビス[2-ヒドロキシ-3-(2-ヒドロキシ-5-メチルベンジル)-5-メチルフェニル]メタン、ビス[4-ヒドロキシ-3-(2-ヒドロキシ-5-メチルベンジル)-5-メチルフェニル]メタン、ビス[2,5-ジメチル-3-(2-ヒドロキシ-5-メチルベンジル)-4-ヒドロキシフェニル]メタン等のリニア型4核体フェノール化合物;2,4-ビス[2-ヒドロキシ-3-(4-ヒドロキシベンジル)-5-メチルベンジル]-6-シクロヘキシルフェノール、2,4-ビス[4-ヒドロキシ-3-(4-ヒドロキシベンジル)-5-メチルベンジル]-6-シクロヘキシルフェノール、2,6-ビス[2,5-ジメチル-3-(2-ヒドロキシ-5-メチルベンジル)-4-ヒドロキシベンジル]-4-メチルフェノール等のリニア型5核体フェノール化合物;ビス(2,3,4-トリヒドロキシフェニル)メタン、ビス(2,4-ジヒドロキシフェニル)メタン、2,3,4-トリヒドロキシフェニル-4’-ヒドロキシフェニルメタン、2-(2,3,4-トリヒドロキシフェニル)-2-(2’,3’,4’-トリヒドロキシフェニル)プロパン、2-(2,4-ジヒドロキシフェニル)-2-(2’,4’-ジヒドロキシフェニル)プロパン、2-(4-ヒドロキシフェニル)-2-(4’-ヒドロキシフェニル)プロパン、2-(3-フルオロ-4-ヒドロキシフェニル)-2-(3’-フルオロ-4’-ヒドロキシフェニル)プロパン、2-(2,4-ジヒドロキシフェニル)-2-(4’-ヒドロキシフェニル)プロパン、2-(2,3,4-トリヒドロキシフェニル)-2-(4’-ヒドロキシフェニル)プロパン、2-(2,3,4-トリヒドロキシフェニル)-2-(4’-ヒドロキシ-3’,5’-ジメチルフェニル)プロパン、4,4’-[1-[4-[1-(4-ヒドロキシフェニル)-1-メチルエチル]フェニル]エチリデン]ビスフェノール等のビスフェノール型化合物;1-[1-(4-ヒドロキシフェニル)イソプロピル]-4-[1,1-ビス(4-ヒドロキシフェニル)エチル]ベンゼン、1-[1-(3-メチル-4-ヒドロキシフェニル)イソプロピル]-4-[1,1-ビス(3-メチル-4-ヒドロキシフェニル)エチル]ベンゼン、4,4’-[1-[4-[1-[4-ヒドロキシフェニル]-1-メチルエチル]フェニル]エチリデン]ビスフェノール等の多核枝分かれ型化合物;1,1-ビス(4-ヒドロキシフェニル)シクロヘキサン等の縮合型フェノール化合物等が挙げられる。
これらの化合物は、単独又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。
【0098】
上記ナフトキノンジアジド基含有スルホン酸としては、ナフトキノン-1,2-ジアジド-5-スルホン酸、ナフトキノン-1,2-ジアジド-4-スルホン酸、オルトアントラキノンジアジドスルホン酸等が挙げられる。
【0099】
他のキノンジアジド基含有化合物、例えばオルトベンゾキノンジアジド、オルトナフトキノンジアジド、オルトアントラキノンジアジド、及びオルトナフトキノンジアジドスルホン酸エステル類等、並びにこれらの核置換誘導体が、他のキノンジアジド基含有化合物として挙げられる。
さらに、オルトキノンジアジドスルホニルクロリドと、水酸基、又はアミノ基を有する化合物との反応生成物等も用いることができる。これらは単独又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。
水酸基、又はアミノ基を有する化合物としては、例えばフェノール、p-メトキシフェノール、ジメチルフェノール、ヒドロキノン、ビスフェノールA、ナフトール、ピロカテコール、ピロガロール、ピロガロールモノメチルエテール、ピロガロール-1,3-ジメチルエーテル、没食子酸、水酸基を一部残してエステル化又はエ-テル化された没食子酸、アニリン、並びにp-アミノジフェニルアミン等が挙げられる。
【0100】
これらのキノンジアジド基含有化合物は、例えばトリスフェノール型化合物と、ナフトキノン-1,2-ジアジド-5-スルホニルクロリド又はナフトキノン-1,2-ジアジド-4-スルホニルクロリドとをジオキサン等の適当な溶剤中において、トリエタノールアミン、炭酸アルカリ、炭酸水素アルカリ等のアルカリの存在下で縮合させ、完全エステル化又は部分エステル化することにより製造することができる。
【0101】
また、第5の酸発生剤としては、非ベンゾフェノン系のキノンジアジド基含有化合物を用いることが好ましく、多核枝分かれ型化合物を用いることがより好ましい。
【0102】
このような第5の酸発生剤としては、特にナフトキノンジアジドスルホン酸エステル化物が好ましい。なかでも、4,4’-[(3,4-ジヒドロキシフェニル)メチレン]ビス(2-シクロヘキシル-5-メチルフェノール)、及び1-[1-(4-ヒドロキシフェニル)イソプロピル]-4-[1,1-ビス(4-ヒドロキシフェニル)エチル]ベンゼン等のナフトキノンジアジドスルホン酸エステル化物を好適に用いることができる。
【0103】
光酸発生剤(B1)は単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
硬化性樹脂組成物における光酸発生剤(B1)の含有量は、アルカリ可溶性樹脂(A)100質量部に対して、0.1質量部以上40質量部以下が好ましく、0.1質量部以上25質量部以下がより好ましい。
【0104】
〔熱酸発生剤(B2)〕
硬化性樹脂組成物は、さらに熱酸発生剤(B2)を含有することが好ましい。硬化性樹脂組成物が熱酸発生剤(B2)を含有する場合、硬化性樹脂組成物が加熱された際に、熱により発生する酸の作用によって、硬化性樹脂膜中の重合反応(特にアルカリ可溶性樹脂中のエポキシ基での重合)がさらに促進され、膜密度が向上すると考えられる。
【0105】
熱酸発生剤(B2)としては、公知のものから適宜選択して用いればよく、トリフルオロメタンスルホン酸塩、三フッ化ホウ素エーテル錯化合物、六フッ化リン酸塩、パーフルオロブタンスルホン酸、三フッ化ホウ素等のカチオン系又はプロトン酸触媒等を用いることができる。中でも、6フッ化リン酸塩、トリフルオロメタンスルホン酸、パーフルオロブタンスルホン酸が好ましく、トリフルオロメタンスルホン酸がより好ましい。
熱酸発生剤(B2)の具体例としては、トリフルオロメタンスルホン酸ジエチルアンモニウム、トリフルオロメタンスルホン酸トリエチルアンモニウム、トリフルオロメタンスルホン酸ジイソプロピルアンモニウム、トリフルオロメタンスルホン酸エチルジイソプロピルアンモニウム等が挙げられる。
また、光酸発生剤としても用いられる芳香族オニウム塩のうち、熱によりカチオン種を発生するものがある。熱によりカチオン種を発生する光酸発生剤も熱酸発生剤(B2)として用いることができる。
このような熱酸発生剤(B2)としては、例えば、サンエイドSI-45、サンエイドSI-47、サンエイドSI-60、サンエイドSI-60L、サンエイドSI-80、サンエイドSI-80L、サンエイドSI-100、サンエイドSI-100L、サンエイドSI-110L、サンエイドSI-145、サンエイドSI-150、サンエイドSI-160、サンエイドSI-180L、サンエイドSI-B3、及びサンエイドSI-B3A等(三新化学工業株式会社製);CI-2921、CI-2920、CI-2946、CI-3128、CI-2624、CI-2639、及びCI-2064(日本曹達株式会社製);CP-66、及びCP-77(株式会社ADEKA製);FC-520(3M社製);K-PURE TAG-2396、K-PURE TAG-2713S、K-PURE TAG-2713、K-PURE TAG-2172、K-PURE TAG-2179、K-PURE TAG-2168E、K-PURE TAG-2722、K-PURE TAG-2507、K-PURE TAG-2678、K-PURE TAG-2681、K-PURE TAG-2679、K-PURE TAG-2690、K-PURE TAG-2700、K-PURE TAG-2710、K-PURE TAG-2100、K-PURE CDX-3027、K-PURE CXC-1615、K-PURE CXC-1616、K-PURE CXC-1750、K-PURE CXC-1738、K-PURE CXC-1614、K-PURE CXC-1742、K-PURE CXC-1743、K-PURE CXC-1613、K-PURE CXC-1739、K-PURE CXC-1751、K-PURE CXC-1766、K-PURE CXC-1763、K-PURE CXC-1736、K-PURE CXC-1756、K-PURE CXC-1821、K-PURE CXC-1802-60(KING INDUSTRY社製)等が挙げられる。
上記のなかでも、熱酸発生剤(B2)としては、トリフルオロメタンスルホン酸塩、及び六フッ化リン酸塩が好ましく、トリフルオロメタンスルホン酸塩がより好ましい。
【0106】
熱酸発生剤(B2)の酸発生温度は、具体的には、110℃以上であることが好ましく、130℃以上であることがより好ましい。
【0107】
熱酸発生剤(B2)は、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
硬化性樹脂組成物中の熱酸発生剤(B2)の含有量は、アルカリ可溶性樹脂(A)100質量部に対して、0.1質量部以上1.0質量部以下が好ましく、0.1質量部以上0.5質量部以下がより好ましく、0.1質量部以上0.2質量部以下がさらに好ましい。
硬化性樹脂組成物中の熱酸発生剤(B2)の含有量は、硬化性樹脂組成物の全固形成分の質量に対して、0.1質量%以上1.5質量%以下が好ましく、0.1質量%以上0.8質量%以下がより好ましく、0.1質量%以上0.4質量%以下がさらに好ましい。
【0108】
<シランカップリング剤(C)>
硬化性樹脂組成物は、さらに、シランカップリング剤(C)を含んでいてもよい。硬化性樹脂組成物がシランカップリング剤(C)を含むことにより、硬化性樹脂組成物の硬化物の基板への密着性が良好な硬化物を形成できる。
【0109】
シランカップリング剤(C)の好適な例としては、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、n-プロピルトリメトキシシラン、n-プロピルトリエトキシシラン、n-ブチルトリメトキシシラン、n-ブチルトリエトキシシラン等のモノアルキルトリアルコキシシラン;ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン等のジアルキルジアルコキシシラン;フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン等のモノフェニルトリアルコキシシラン;ジフェニルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン等のジフェニルジアルコキシシラン;ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン等のモノビニルトリアルコキシシラン;3-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、3-メタクリロキシ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メチルジエトキシシラン等の(メタ)アクリロキシアルキルモノアルキルジアルコキシシラン;3-アクリロキシプロピルトリメトキシシラン等の(メタ)アクリロキシアルキルトリアルコキシシラン;3-アミノプロピルトリメトキシシラン、3-アミノプロピルトリエトキシシラン、3-トリエトキシシリル-N-(1,3-ジメチル-ブチリデン)プロピルアミン、N-フェニル-3-アミノプロピルトリメトキシシラン等のアミノ基含有トリアルコキシシラン;3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルトリエトキシシラン等の非脂環式エポキシ基含有アルキルトリアルコキシシラン;3-グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン等の非脂環式エポキシ基含有アルキルモノアルキルジアルコキシシラン;2-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、2-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリエトキシシラン等の脂環式エポキシ基含有アルキルトリアルコキシシラン;2-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルメチルジエトキシシラン等の脂環式エポキシ基含有アルキルモノアルキルジアルコキシシラン;〔(3-エチル-3-オキセタニル)メトキシ〕プロピルトリメトキシシラン、〔(3-エチル-3-オキセタニル)メトキシ〕プロピルトリエトキシシラン等のオキセタニル基含有アルキルトリアルコキシシラン;3-メルカプトプロピルトリメトキシシラン等のメルカプトアルキルトリアルコキシシラン;3-メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン等のメルカプトアルキルモノアルキルジアルコキシシラン;3-ウレイドプロピルトリエトキシシラン等のウレイドアルキルトリアルコキシシラン;3-イソシアネートプロピルトリエトキシシラン等のイソシアネートアルキルトリアルコキシシラン;3-トリメトキシシリルプロピルコハク酸無水物等の酸無水物基含有アルキルトリアルコキシシラン;N-t-ブチル-3-(3-トリメトキシシリルプロピル)コハク酸イミド等のイミド基含有アルキルトリアルコキシシラン;等が挙げられる。これらのシランカップリング剤は、単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
【0110】
硬化性樹脂組成物中のシランカップリング剤(C)の含有量は特に限定されない。シランカップリング剤(C)の含有量は、樹脂(A)の100質量部に対して、0.1質量部以上10質量部以下が好ましく、0.1質量部以上5質量部以下がより好ましく、0.1質量部以上1質量部以下がさらに好ましい。
【0111】
<架橋剤(D)>
硬化性樹脂組成物は、さらに、架橋剤(D)を含んでいてもよい。架橋剤(D)としては、オキセタン含有化合物、エポキシ基含有化合物及びブロックイソシアネート化合物からなる群から選択される少なくとも1種であることが好ましい。
【0112】
〔オキセタン含有化合物、エポキシ基含有化合物〕
オキセタン基又はエポキシ基を有する化合物としては、例えば、スチレンオキシド、フェニルグリシジルエーテル、o-フェニルフェノールグリシジルエーテル、p-フェニルフェノールグリシジルエーテル、グリシジルシンナメート、メチルグリシジルエーテル、ブチルグリシジルエーテル、2-エチルヘキシルグリシジルエーテル、デシルグリシジルエーテル、ステアリルグリシジルエーテル、アリルグリシジルエーテル、グリシドール、N-グリシジルフタルイミド、1,3-ジブロモフェニルグリシジルエーテル、セロキサイド2000(ダイセル化学工業株式会社製)、及びオキセタンアルコール等が挙げられる。
オキセタン含有化合物の具体例としては、アロンオキセタンOXT-121、OXT-221、OX-SQ、及びPNOX(以上、東亞合成株式会社製)が挙げられる。
エポキシ基含有化合物の具体例としては、エポキシ樹脂EXA4850-150、エポキシ樹脂EXA4850-1000(ともにDIC株式会社製)を用いることができる。
【0113】
〔ブロックイソシアネート化合物〕
ブロックイソシアネート化合物は、常温では不活性であり、加熱によって、オキシム類、ジケトン類、フェノール類、カプロラクタム類等のブロック剤が解離してイソシアネート基を再生する化合物である。
ブロックイソシアネート化合物は、イソシアネート化合物とブロック剤とを反応させることによって製造できる。
【0114】
イソシアネート化合物としては、公知の化合物を使用できる。イソシアネート化合物としては、例えば、ヘキサメチレンジイソシアネート、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、リジンジイソシアネート等の脂肪族ジイソシアネート;ジシクロへキシルメタンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、1、4-シクロヘキサンジイソシアネート、水添キシリレンジイソシアネート、水添トリレンジイソシアネート等の脂環式ジイソシアネート;トリレンジイソシアネート、4,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート、2,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート、ナフタレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、トリジンジイソシアネート、p-フェニレンジイソシアネート、ナフチレンジイソシアネート等の芳香族ジイソシアネート;ジシクロへキシルメタン-4,4’-ジイソシアネート、これらのビウレット体、イソシアヌレート体、トリメチロールプロパンのアダクト体等が挙げられる。これらの中でも、ヘキサメチレンジイソシアネート、リジンジイソシアネート等の脂肪族ジイソシアネート;ジシクロへキシルジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート等の脂環式ジイソシアネート;トリレンジイソシアネート、トリジンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、ナフチレンジイソシアネート等の芳香族ジイソシアネート;これらのビウレット体、イソシアヌレート体、トリメチロールプロパンのアダクト体等が好ましい。
これらの中でもアダクト体としては、脂肪族ジイソシアネートとトリメチロールプロパンとの付加体が好ましく、ビウレット体としては、ヘキサメチレンジイソシアネートと水又は三級アルコールとの反応物が好ましく、イソシアヌレート体としてはヘキサメチレンジイソシアネートの三量体が好ましい。
【0115】
ブロック剤とは、ポリイソシアネート基に付加し、常温では安定であるが解離温度以上に加熱すると遊離してイソシアネート基を生成する化合物である。
ブロック剤の具体例としては、例えば、γ-ブチロラクタム、ε-カプロラクタム、γ-バレロラクタム、プロピオラクタム等のラクタム化合物;メチルエチルケトオキシム、メチルイソアミルケトオキシム、メチルイソブチルケトオキシム、ホルムアミドオキシム、アセトアミドオキシム、アセトオキシム、ジアセチルモノオキシム、ベンゾフェノンオキシム、シクロヘキサノンオキシム等のオキシム化合物;フェノール、クレゾール、カテコール、ニトロフェノール等の単環フェノール化合物;1-ナフトール等の多環フェノール化合物;メチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコール、tert-ブチルアルコール、トリメチロールプロパン、2-エチルヘキシルアルコール等のアルコール化合物、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル等のエーテル化合物;マロン酸アルキルエステル、マロン酸ジアルキルエステル、アセト酢酸アルキルエステル、アセチルアセトン等の活性メチレン化合物等が挙げられる。
ブロック剤は、1種を単独で使用でき、又は2種以上を併用できる。
【0116】
イソシアネート化合物とブロック剤との反応は、例えば、活性水素を持たない溶剤中にて50℃以上100℃以下での加熱下、及び必要に応じてブロック化触媒の存在下で行われる。活性水素を持たない溶剤としては、例えば、1,4-ジオキサン、セロソルブアセテート等が挙げられる。
イソシアネート化合物とブロック剤との使用割合は、特に制限されないが、イソシアネート化合物中のイソシアネート基とブロック剤との当量比として、好ましくは0.95:1.0~1.1:1.0であり、さらに好ましくは1:1.05~1.15である。
ブロック化触媒としては、公知のものを使用でき、例えば、ナトリウムメチラート、ナトリウムエチラート、ナトリウムフェノラート、カリウムメチラート等の金属アルコラート;テトラメチルアンモニウム、テトラエチルアンモニウム、テトラブチルアンモニウム等のテトラアルキルアンモニウムのハイドロオキサイド;これらの酢酸塩、オクチル酸塩、ミリスチン酸塩、安息香酸塩等の有機弱酸塩、酢酸、カプロン酸、オクチル酸、ミリスチン酸等のアルキルカルボン酸のアルカリ金属塩等が挙げられる。
ブロック化触媒は、1種を単独で使用でき、又は2種以上を併用できる。
【0117】
ブロックイソシアネート化合物としては、市販品も使用できる。市販品の具体例としては、TPA-B80E(製品名、旭化成株式会社製、イソシアヌート型)、17B-60P(製品名、旭化成株式会社製、ビウレット型)、E402-B80B(製品名、旭化成株式会社製、アダクト型)等が挙げられる。
【0118】
ブロックイソシアネート化合物は、1種を単独で使用でき、又は2種以上を併用できる。
硬化性樹脂組成物中のブロックイソシアネート化合物の含有量は、硬化性樹脂組成物の全固形成分の質量に対して、1質量%以上60質量%以下が好ましく、5質量%以上50質量%以下がより好ましく、10質量%以上40質量%以下がさらに好ましい。
【0119】
架橋剤(D)としては、硬化性樹脂組成物からなる硬化物の機械特性を向上させる観点から、ブロックイソシアネート化合物が好ましい。
ブロックイソシアネート化合物の中では、アダクト型のブロックイソシアネート化合物が好ましい。
アダクト型のブロックイソシアネート化合物を用いる場合、硬化性樹脂組成物中のアダクト型のブロックイソシアネート化合物の含有量は、硬化性樹脂組成物の全固形成分の質量に対して、10質量%以上40質量%以下が好ましく、15質量%以上25質量%以下がより好ましい。
【0120】
<有機溶剤(S)>
硬化性樹脂組成物は、通常、有機溶剤(S)を含む。有機溶剤(S)の種類は、本発明の目的を阻害しない範囲で特に限定されず、従来より感光性組成物に使用されている有機溶剤から適宜選択して使用することができる。
【0121】
有機溶剤(S)の具体例としては、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、メチルイソアミルケトン、2-ヘプタノン等のケトン類;エチレングリコール、エチレングリコールモノアセテート、ジエチレングリコール、ジエチレングリコールモノアセテート、プロピレングリコール、プロピレングリコールモノアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコール、ジプロピレングリコールモノアセテートのモノメチルエーテル、モノエチルエーテル、モノプロピルエーテル、モノブチルエーテル、モノフェニルエーテル等の多価アルコール類及びその誘導体;ジオキサン等の環式エーテル類;蟻酸エチル、乳酸メチル、乳酸エチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、ピルビン酸メチル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、ピルビン酸エチル、エトキシ酢酸エチル、メトキシプロピオン酸メチル、エトキシプロピオン酸エチル、2-ヒドロキシプロピオン酸メチル、2-ヒドロキシプロピオン酸エチル、2-ヒドロキシ-2-メチルプロピオン酸エチル、2-ヒドロキシ-3-メチルブタン酸メチル、3-メトキシブチルアセテート、3-メチル-3-メトキシブチルアセテート等のエステル類;トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類;等を挙げることができる。これらは単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
【0122】
有機溶剤(S)の含有量は、本発明の目的を阻害しない範囲で特に限定されない。硬化性樹脂組成物の固形分濃度が30質量%以上70質量%以下となる範囲で、有機溶剤(S)を用いるのが好ましい。
【0123】
<添加剤(E)>
硬化性樹脂組成物は添加剤(E)として、以下の添加剤を含んでいてもよい。
硬化性樹脂組成物は、塗布性、消泡性、レベリング性等を向上させるため、さらに界面活性剤を含有していてもよい。
界面活性剤としては、例えば、フッ素系界面活性剤やシリコーン系界面活性剤が好ましく用いられる。
フッ素系界面活性剤の具体例としては、BM-1000、BM-1100(いずれもBMケミー社製)、メガファックF142D、メガファックF172、メガファックF173、メガファックF183(いずれも大日本インキ化学工業社製)、フロラードFC-135、フロラードFC-170C、フロラードFC-430、フロラードFC-431(いずれも住友スリーエム社製)、サーフロンS-112、サーフロンS-113、サーフロンS-131、サーフロンS-141、サーフロンS-145(いずれも旭硝子社製)、SH-28PA、SH-190、SH-193、SZ-6032、SF-8428(いずれも東レシリコーン社製)等の市販のフッ素系界面活性剤が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
シリコーン系界面活性剤としては、未変性シリコーン系界面活性剤、ポリエーテル変性シリコーン系界面活性剤、ポリエステル変性シリコーン系界面活性剤、アルキル変性シリコーン系界面活性剤、アラルキル変性シリコーン系界面活性剤、及び反応性シリコーン系界面活性剤等を好ましく用いることができる。
シリコーン系界面活性剤としては、市販のシリコーン系界面活性剤を用いることができる。市販のシリコーン系界面活性剤の具体例としては、ペインタッドM(東レ・ダウコーニング社製)、トピカK1000、トピカK2000、トピカK5000(いずれも高千穂産業社製)、XL-121(ポリエーテル変性シリコーン系界面活性剤、クラリアント社製)、BYK-310(ポリエステル変性シリコーン系界面活性剤、ビックケミー社製)等が挙げられる。
【0124】
硬化性樹脂組成物は、増感剤を含有していてもよい。増感剤としては、特に限定されず、従来公知のポジ型レジストにおいて増感剤として使用されている種々の化合物を使用できる。増感剤としては、例えば、分子量1000以下のフェノール性水酸基を有する化合物等が挙げられる。
【0125】
硬化性樹脂組成物は、消泡剤を含有していてもよい。消泡剤としては、特に限定されず、従来公知のものであってよく、シリコーン系化合物、フッ素系化合物が挙げられる。
【0126】
硬化性樹脂組成物は、酸化防止剤を含有していてもよい。酸化防止剤としては、特に限定されず、従来公知の酸化防止剤を用いることができ、例えば、ヒンダードフェノール系酸化防止剤、ヒンダードアミン系酸化防止剤、リン系酸化防止剤、イオウ系酸化防止剤等が挙げられる。
【0127】
硬化性樹脂組成物は、重合防止剤を含有していてもよい。重合防止剤としては、特に限定されず、従来公知の重合防止剤を用いることができ、例えば、メトキノン、ハイドロキノン、メチルハイドロキノン、p-メトキシフェノール、ピロガロール、tert-ブチルカテコール、フェノチアジン等が挙げられる。
【0128】
硬化性樹脂組成物は、金属電極や、金属電極を有する電気・電子デバイス用の基板上に形成された絶縁膜と、硬化性樹脂組成物を用いて形成される半硬化膜との密着性を向上させるために、密着性向上剤を含有していてもよい。密着性向上剤としては、特に限定されず、従来公知の密着性向上剤を用いることができ、例えば、ベンゾトリアゾール等が挙げられる。
【0129】
<硬化性樹脂組成物の調製方法>
硬化性樹脂組成物は、上記の各成分を通常の方法で混合、撹拌して調製される。上記の各成分を、混合、撹拌する際に使用できる装置としては、ディゾルバー、ホモジナイザー、3本ロールミル等が挙げられる。上記の各成分を均一に混合した後に、得られた混合物を、さらにメッシュ、メンブランフィルタ等を用いて濾過してもよい。
【0130】
≪半導体装置の製造方法≫
半導体装置の製造方法は、上記の硬化性樹脂組成物を用いて半導体基板を加工して半導体チップを製造する工程と、半導体チップと基板とを接合する工程と、を含む方法である。
より具体的には半導体装置の製造方法は、
半導体基板と、硬化性樹脂組成物からなる樹脂膜をベークして形成され、且つ半導体基板の一方の主面を被覆する半硬化膜と、半硬化膜中に位置し、一方の端面が半硬化膜の表面に露出し、且つ他方の端面が半導体基板に接触している第1金属電極と、を備える第1基板を形成することと、
第1基板を、第1基板の厚さ方向に切断して、複数のチップに分割するダイシングと、
基板と、基板の一方の主面を被覆する絶縁膜と、絶縁膜中に位置し、一方の端面が絶縁膜の表面に露出し、且つ他方の端面が基板に接触している第2金属電極と、を備える第2基板を準備することと、
チップと、第2基板とを、半硬化膜の表面と、絶縁膜の表面とが対向し、且つ第1金属電極と、第2金属電極とが接触した状態でベークすることにより、チップと第2基板とを接合して積層基板を得るボンディングと、
積層基板を焼成することと、を含み方法である。
ボンディングにおけるベーク温度は、100℃以上200℃以下が好ましい。
以下、第1基板を形成することについて「第1基板形成工程」とも記し、第1基板を、複数のチップに分割するダイシングについて「チップ形成工程」とも記し、第2基板を準備することについて「第2基板準備工程」とも記し、チップと第2基板とが接合された積層基板を得るボンディングと積層基板を焼成することについて、「積層基板形成工程」とも記す。
【0131】
<第1基板形成工程>
第1基板は、後述の非感光プロセス又は感光プロセスにより形成される。
【0132】
〔非感光プロセス〕
非感光プロセスの好適な一例としては、以下の1)~3)を含む方法が挙げられる。
1)半導体基板の、第1金属電極が接している主面上に、硬化性樹脂組成物からなる樹脂膜を形成すること、
2)樹脂膜をベークして、硬化性樹脂組成物に由来するエポキシ基の反応率が20%超80%未満である半硬化膜を形成すること、及び
3)第1金属電極が、半硬化膜表面から露出するように半硬化膜を研磨すること。
【0133】
上記の方法において、樹脂膜の形成する際に、第1金属電極を有する半導体基板上の少なくとも半硬化膜が形成される箇所に、硬化性樹脂組成物が塗布され塗布膜が形成される。
第1金属電極を構成する金属としては、銅、金、アルミニウムが好ましく、銅がより好ましい。第1金属電極のサイズ、及び形状は特に限定されない。第1金属電極のサイズ、及び形状は、半導体装置の種類や、半導体装置に要求される性能等に応じて適宜選択される。第1金属電極の形状は、特に限定されない。第1金属電極の形状の典型例としては、円柱状や、四角柱、六角中等の角柱状が挙げられる。
典型的には、第1金属電極の径は、1μm以上500μm以下が好ましく、4μm以上400μm以下がより好ましく、4μm以上200μm以下がさらに好ましい。
なお、第1金属電極の径は、半硬化膜表面から露出する第1金属電極の径である。第1金属電極の断面形状が円形でない場合、第1金属電極の断面の円相当径を、第1金属電極の径とする。
第1金属電極の表面には、めっき処理を行ってもよい。めっき処理としては、錫銀によるめっき処理が好ましい。
【0134】
硬化性樹脂組成物の塗布方法としては、スピンコート法、スリットコート法、ロールコート法、スクリーン印刷法、インクジェット法、アプリケーター法等の方法を採用することができる。スクリーン印刷法やインクジェット法等の印刷法を適用する場合、樹脂膜を形成する箇所のみに硬化性樹脂組成物を塗布することが可能である。
【0135】
塗布膜の厚さは特に限定されないが、0.5μm以上が好ましく、0.5μm以上300μm以下がより好ましく、1μm以上150μm以下が特に好ましく、1μm以上50μm以下が最も好ましい。
【0136】
次いで、必要に応じて、塗布膜に対して乾燥や、ベークが行われる。ベークは、ベークにより得られる半硬化膜における、硬化性樹脂組成物に由来するエポキシ基の反応率が20%超80%未満であるように行われる。ベークにより得られる半硬化膜における、硬化性樹脂組成物に由来するエポキシ基の反応率は、20%超80%未満が好ましく、40%以上70%以下がより好ましい。
ベーク温度は、前述のエポキシ基の反応率が所定の範囲内である限り特に限定されない。ベーク温度は、100℃以上200℃以下が好ましい。ベーク時間は、硬化性樹脂組成物中の各成分の種類、配合割合、塗布膜厚等によって異なるが、通常は2分以上120分以下程度である。
【0137】
半導体基板上に形成された半硬化膜を第1金属電極の一方の端面が半硬化膜から露出するまで研磨することにより、第1基板が形成される。
研磨方法は、特に限定されないが、切削研磨、及び化学機械研磨が好ましい。切削研磨、又は化学機械研磨のみにより研磨が行われてもよく、切削研磨と、化学機械研磨とを組み合わせて研磨が行われてもよい。
【0138】
〔感光プロセス〕
感光プロセスの好適な一例としては、以下の工程1)~4)を含む方法が挙げられる。
1)半導体基板上に、硬化性樹脂組成物を用いて、フォトリソグラフィー法により第1電極形成用の鋳型となるパターニングされた半硬化膜を形成し、且つ、
パターニングされた半硬化膜を形成する際に、硬化性樹脂組成物からなる樹脂膜をベークして、硬化性樹脂組成物に由来するエポキシ基の反応率を20%超80%未満とすること、
2)パターニングされた半硬化膜に対して金属をスパッタし、半硬化膜中の金属電極が形成される凹部の底部において露出している半導体基板の表面に、金属膜を形成すること、
3)金属膜を形成した後に、パターン化された半硬化膜の凹部中にめっきにより金属を充填し、第1金属電極を形成すること、及び
4)めっきが施された後のパターン化された半硬化膜を、半硬化膜と、第1金属電極の端面とが露出するまで研磨すること。
【0139】
第1電極形成用の鋳型としてのパターニングされた半硬化膜は、半導体基板上への硬化性樹脂組成物の塗布と、硬化性樹脂組成物からなる塗布膜への位置選択的な露光と、露光された塗布膜の現像と、現像された樹脂膜のベークとを経て形成される。樹脂膜のベークは、ベーク後の樹脂膜における、硬化性樹脂組成物に由来するエポキシ基の反応率が20%超80%未満であるように行われる。ベーク後の樹脂膜における、硬化性樹脂組成物に由来するエポキシ基の反応率は、20%超80%未満が好ましく、40%以上70%以下がより好ましい。
【0140】
硬化性樹脂組成物の塗布方法としては、スピンコート法、スリットコート法、ロールコート法、スクリーン印刷法、インクジェット法、アプリケーター法等の方法を採用することができる。
【0141】
塗布膜の厚さは特に限定されないが、0.5μm以上が好ましく、0.5μm以上300μm以下がより好ましく、1μm以上150μm以下が特に好ましく、1μm以上50μm以下が最も好ましい。
【0142】
形成された塗布膜に対して、所定のパターンのマスクを介して活性光線又は放射線を露光する等の方法により、位置選択的に露光(パターン露光)を行う。活性光線又は放射線、例えば波長が300nm以上500nm以下の紫外線又は可視光線を照射(露光)する。
【0143】
放射線の線源としては、低圧水銀灯、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、メタルハライドランプ、アルゴンガスレーザー等を用いることができる。また、放射線には、マイクロ波、赤外線、可視光線、紫外線、X線、γ線、電子線、陽子線、中性子線、イオン線等が含まれる。放射線照射量は、硬化性樹脂組成物の組成や塗布膜の膜厚等によっても異なるが、例えば超高圧水銀灯使用の場合、100mJ/cm以上10,000mJ/cm以下である。
【0144】
位置選択的な露光の場合は、露光された半硬化膜を、従来知られる方法に従って現像し、不要な部分を溶解、除去することにより、所定の形状の絶縁膜が形成される。この際、現像液としては、上記有機溶剤(S)や、アルカリ性水溶液が使用できる。アルカリ可溶性樹脂(A)は、カルボキシ基及び/又はフェノール性水酸基を有する。このため、露光された半硬化膜を、アルカリ性水溶液により現像可能である。
【0145】
現像液として用いるアルカリ性水溶液としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、ケイ酸ナトリウム、メタケイ酸ナトリウム、アンモニア水、エチルアミン、n-プロピルアミン、ジエチルアミン、ジ-n-プロピルアミン、トリエチルアミン、メチルジエチルアミン、ジメチルエタノールアミン、トリエタノールアミン、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(水酸化テトラメチルアンモニウム)、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド、ピロール、ピペリジン、1,8-ジアザビシクロ[5,4,0]-7-ウンデセン、1,5-ジアザビシクロ[4,3,0]-5-ノナン等のアルカリ類の水溶液を使用することができる。また、上記アルカリ類の水溶液にメタノール、エタノール等の水溶性有機溶媒や界面活性剤を適当量添加した水溶液を現像液として使用することもできる。
【0146】
現像時間は、硬化性樹脂組成物の組成や塗布膜の膜厚等によっても異なるが、通常1分以上30分以下の間である。現像方法は、液盛り法、ディッピング法、パドル法、スプレー現像法等のいずれでもよい。
【0147】
現像後は、例えば、流水洗浄を30秒以上90秒以下の間行い、エアーガンや、オーブン等を用いて乾燥させる。
【0148】
現像された樹脂膜のベーク条件は、非感光プロセスについて説明した樹脂膜のベーク条件と同様である。
【0149】
このようにして、第1電極形成用の鋳型としてのパターニングされた半硬化膜が形成される。
【0150】
次いで、パターニングされた半硬化膜に対して金属をスパッタし、半硬化膜中の金属電極が形成される凹部の底部において露出している半導体基板の表面に、金属膜を形成する。かかる金属膜は、めっきを行う際のシード層である。
【0151】
パターン化された半硬化膜中の金属電極が形成される凹部の底部に金属膜を形成した後、パターン化された半硬化膜の凹部中にめっきにより金属を充填し、第1金属電極を形成する。
第1金属電極を構成する金属としては、銅、金、アルミニウムが好ましく、銅がより好ましい。
【0152】
めっきが施された後のパターン化された半硬化膜を、半硬化膜と、第1金属電極の端面とが露出するまで研磨することで、第1金属電極の一方の端面が半硬化膜から露出する第1基板が形成される。
研磨方法は、特に限定されないが、化学機械研磨を採用するのが好ましい。
【0153】
<チップ形成工程>
第1基板をダイシングにより、所定の大きさに分割することによりチップを形成する。ダイシングは、ダイサー方式、レーザー方式及びスクライブ方式等の方法により行うことができる。
【0154】
<第2基板準備工程>
第2基板は、基板上に絶縁膜と、一方の端面が絶縁膜の表面から露出し、且つ他方の端面が基板に接触している第2金属電極とを有する基板であれば特に制限されない。
第2基板の形成方法は、前述の第1基板形成工程で説明した、一方の端面が半硬化膜の表面に露出し、且つ他方の端面が半導体基板に接触している第1金属電極と、を備える第1基板を形成する方法と同様である。また、第2基板の絶縁膜は、前述の硬化性樹脂組成物以外の材料を用いて形成してもよい。
【0155】
絶縁膜は、所望する絶縁性能を有するのであれば、有機物であっても無機物であってもよく、特に限定されない。具体的には、絶縁膜が有機物からなる場合は、ポリイミド樹脂等の絶縁性の樹脂を含む樹脂組成物からなる絶縁膜を用いることができる。絶縁膜が無機物からなる場合は、SiO等からなる絶縁膜を用いることができる。
【0156】
<積層基板形成工程>
積層基板形成工程について図面を参照して説明する。図1中、チップ100の半硬化膜12を備える主面と、第2基板200の絶縁膜22を備える主面とを対向させ、第1金属電極11と、第2金属電極21とが接触するように、チップ100と第2基板200を積層する。
【0157】
積層されたチップ100と第2基板200とを、ベークすることによりボンディングして積層基板が形成される。ベーク温度は、特に限定されないが、100℃以上200℃以下が好ましい。
積層基板形成工程におけるベーク条件は、半硬化膜12及び絶縁膜22中の各成分の種類、配合割合及び膜厚等によって異なるが、通常は、2分以上120分以下程度である。
【0158】
積層基板を焼成することで、積層基板においてチップ100と第2基板200とがボンディングされる。焼成温度は、積層基板においてチップ100と第2基板200とが強固にボンディングされる限り特に限定されない。好ましくは、積層基板を180℃以上230℃以下で焼成することで、チップ100と第2基板200とがより強固にボンディングされる。このようにして得られる積層基板は、そのまま半導体装置とされるか、種々の半導体装置に好適に組み込まれる。
【0159】
上記の通り、本発明者らにより、以下の(1)~(10)が提供される。
(1)半導体基板と、硬化性樹脂組成物からなる樹脂膜をベークして形成され、且つ半導体基板の一方の主面を被覆する半硬化膜と、半硬化膜中に位置し、一方の端面が半硬化膜の表面に露出し、且つ他方の端面が半導体基板に接触している第1金属電極と、を備える第1基板を形成することと、
第1基板を、第1基板の厚さ方向に切断して、複数のチップに分割するダイシングと、
基板と、基板の一方の主面を被覆する絶縁膜と、絶縁膜中に位置し、一方の端面が絶縁膜の表面に露出し、且つ他方の端面が基板に接触している第2金属電極と、を備える第2基板を準備することと、
チップと、第2基板とを、半硬化膜の表面と、絶縁膜の表面とが対向し、且つ第1金属電極と、第2金属電極とが接触した状態でベークすることにより、チップと第2基板とを接合して積層基板を得るボンディングと、
積層基板を焼成することと、を含み、
硬化性樹脂組成物がアルカリ可溶性樹脂(A)を含み、
アルカリ可溶性樹脂(A)は、アルカリ可溶性基として、カルボキシ基、及び/又はフェノール性水酸基を有し、
アルカリ可溶性樹脂(A)は、下記式(a-1):
【化18】
で表される構成単位(A1)とエポキシ基含有単位(A3)とを有する共重合体を含み、
式(a―1)中、Rは水素原子又はメチル基を表し、Ra01は水酸基を有する有機基を表し、
半硬化膜において、硬化性樹脂組成物に由来するエポキシ基の反応率が20%超80%未満であり、
焼成された積層基板における半硬化膜が硬化した硬化膜において、硬化性樹脂組成物に由来するエポキシ基の反応率が85%以上である、半導体装置製造方法。
(2)ボンディングにおけるベーク温度が、100℃以上200℃以下である、(1)に記載の半導体製造装置。
(3)第1基板が以下の工程1)~3):
1)半導体基板の、第1金属電極が接している主面上に硬化性樹脂組成物からなる樹脂膜を形成すること、
2)樹脂膜をベークして、硬化性樹脂組成物に由来するエポキシ基の反応率が20%超80%未満である半硬化膜を形成すること、及び
3)第1金属電極が、半硬化膜表面から露出するように半硬化膜を研磨すること、
によって形成される、(1)又は(2)に記載の半導体装置製造方法。
(4)第1基板が以下の工程1)~4):
1)半導体基板上に、硬化性樹脂組成物を用いて、フォトリソグラフィー法により第1金属電極形成用の鋳型となるパターニングされた半硬化膜を形成し、且つ、
パターニングされた半硬化膜を形成する際に、硬化性樹脂組成物からなる樹脂膜をベークして、硬化性樹脂組成物に由来するエポキシ基の反応率を20%超80%未満とすることと、
2)パターニングされた半硬化膜に対して金属をスパッタし、半硬化膜中の電極が形成される凹部の底部において露出している半導体基板の表面に、金属膜を形成することと、
3)金属膜を形成した後に、パターン化された半硬化膜の凹部中にめっきにより金属を充填し、第1金属電極を形成すること、及び
4)めっきが施された後のパターン化された半硬化膜を、半硬化膜と、第1金属電極の端面とが露出するまで研磨すること、
によって形成される、(1)又は(2)に記載の半導体装置製造方法。
(5)硬化性樹脂組成物が酸発生剤(B)を含む、(1)~(4)のいずれか1つに記載の半導体装置製造方法。
(6)硬化性樹脂組成物がシランカップリング剤(C)を含む、(1)~(5)のいずれか1つに記載の半導体装置製造方法。
(7)硬化性樹脂組成物が架橋剤(D)を含み、
架橋剤(D)は、ブロックイソシアネート化合物を含む、(1)~(6)のいずれか1つに記載の半導体装置製造方法。
(8)共重合体は、さらに、下記式(a-2):
【化19】
で表される構成単位(A2)を有し、
式(a―2)中、Rは水素原子又はメチル基を表し、Rは炭化水素基を表す、
(1)~(7)のいずれか1つに記載の半導体装置製造方法。
(9)絶縁膜が、硬化性樹脂組成物からなる樹脂膜をベークして形成され、且つ硬化性樹脂組成物に由来するエポキシ基の反応率が20%超80%未満である半硬化膜である、(1)~(8)のいずれか1つに記載の半導体装置製造方法。
(10)チップと、第2基板とからなり、チップと第2基板とが互いに接合された積層基板を含む半導体装置であって、
チップが、半導体基板と、半導体基板の一方の主面を被覆する硬化膜と、硬化膜中に位置し、一方の端面が硬化膜の表面に露出し、且つ他方の端面が半導体基板に接触している第1金属電極と、を備え、
第2基板が、基板と、基板の一方の主面を被覆する絶縁膜と、絶縁膜中に位置し、一方の端面が絶縁膜の表面に露出し、且つ他方の端面が基板に接触している第2金属電極と、を備え、
積層基板において、硬化膜と、絶縁膜とが接合されており、第1金属電極と第2金属電極とが接しており、
硬化膜が、アルカリ可溶性樹脂(A)を含む硬化性樹脂組成物の硬化物からなり、
アルカリ可溶性樹脂(A)は、アルカリ可溶性基として、カルボキシ基、及び/又はフェノール性水酸基を有し、
アルカリ可溶性樹脂(A)は、下記式(a-1):
【化20】
で表される構成単位(A1)とエポキシ基含有単位(A3)とを有する共重合体を含み、
式(a―1)中、Rは水素原子又はメチル基を表し、Ra01は水酸基を有する有機基を表す、半導体装置。
【実施例0160】
以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【0161】
<硬化性樹脂組成物の調製>
アルカリ可溶性樹脂(A)として、下記構成単位I~構成単位IIIからなる樹脂(A1)(質量平均分子量:17,000)を用いた。下記式において、括弧の右側の数値は、樹脂中における各構成単位のモル比率である。
【化21】
また、アルカリ可溶性樹脂(A)として、上記の構成単位I40モル%、上記の構成単位II40モル%、及び上記の構成単位III20モル%からなる樹脂(A2)(質量平均分子量:17,000)と、上記の構成単位I40モル%、上記の構成単位II40モル%、及び上記の構成単位III20モル%からなる樹脂(A3)(質量平均分子量:6
,800)とを用いた。
酸発生剤(B)として、光酸発生剤(B1)であるナフトキノンジアジド基含有化合物(下記化合物(B’)-1に対し、ナフトキノンジアジド-5-スルホン酸エステルを2モル反応させたもの))と、熱酸発生剤(B2)であるKING INDUSTRY社製 K-Pure(登録商標) TAG-2690(製品名)とを用いた。
【化22】
シランカップリング剤(C)として、ダウ・東レ株式会社OFS-6040Silane(製品名)、を用いた。
架橋剤(D)として、ブロックイソシアネート(旭化成ケミカルズ社製 E402-B80B(製品名))を用いた。
【0162】
〔調製例1〕
アルカリ可溶性樹脂(A)100質量部と、光酸発生剤(B1)20質量部と、シランカップリング剤(C)1質量部と、熱酸発生剤(B2)0.2質量部と、架橋剤(D)20質量部とを、硬化性樹脂組成物の固形分濃度が33質量%であるように、溶媒に分散、溶解させて、硬化性樹脂組成物(P1)を調製した。溶媒は、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)、及びプロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)の混合溶媒を用いた。溶媒の混合比(重量比)は、PGMEA:PGME=3:2である。
【0163】
〔調製例2〕
樹脂(A2)60質量部と、樹脂(A3)を15質量部と、光酸発生剤(B1)25質量部と、シランカップリング剤(C)1質量部と、界面活性剤(BYK-310(ビックケミー社製))0.1質量部とを、硬化性樹脂組成物の固形分濃度が33質量%であるように、溶媒に分散、溶解させて、硬化性樹脂組成物(P2)を調製した。溶媒は、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)及びプロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)の混合溶媒を用いた。溶媒の混合比(重量比)は、PGMEA:PGME=3:2である。
【0164】
<ポリイミド樹脂膜形成用組成物の調製>
特許第7136894号公報の製造例1の記載に従って樹脂を重合し、ポリイミド前駆体を得た。得られたポリイミド前駆体を、濃度30質量%となるようにγ-ブチロラクトンに溶解させた。得られた溶液に、ポリイミド前駆体の質量に対して5質量%のオキシムエステル系開始剤(Irgacure OXE02(BASFジャパン社製))と、ポリイミド前駆体の質量に対して0.05質量%の重合禁止剤(Irganox 1010(BASFジャパン社製))とポリイミド前駆体の質量に対して0.02質量%の界面活性剤(ポリフローNO.77(共栄社化学社製))と、ポリイミド前駆体の質量に対して3質量%のN-[3-(トリエトキシシリル)プロピル]フタル酸アミドを加えて、ポリイミド樹脂膜形成用組成物を得た。
【0165】
<第1基板の作製>
以下の方法により第1基板を調製した。硬化性樹脂組成物としては、前述の硬化性樹脂組成物(P1)、硬化性樹脂組成物(P2)、又はポリイミド樹脂膜形成用組成物を用いた。
【0166】
〔第1基板A1〕
(非感光プロセス)
一方の主面において直径20μm、高さ5μmの銅及び当該銅の先端に厚み2μmの錫銀めっきが施された円柱状の第1金属電極が形成されたシリコンウェハを基板として用いた。当該基板の第1金属電極を備える主面上に、硬化性樹脂組成物(P1)を膜厚10μmで塗布した。硬化性樹脂組成物(P1)が塗布された基板を、100℃300秒加熱し、その後、表1記載の条件でベークし半硬化膜を形成した。ベーク後、錫銀めっきが半硬化膜から露出するまで化学機械研磨を行い、第1基板を作製した。当該第1基板を第1基板A1とする。
【0167】
〔第1基板A2〕
(非感光プロセス)
一方の主面において直径20μm、高さ5μmの銅及び当該銅の先端に厚み2μmの錫銀めっきが施された円柱状の第1金属電極が形成されたシリコンウェハを基板として用いた。当該基板の第1金属電極を備える主面上に、硬化性樹脂組成物(P2)を膜厚10μmで塗布した。硬化性樹脂組成物(P2)が塗布された基板を、100℃300秒加熱し、その後、表1記載の条件でベークし半硬化膜を形成した。ベーク後、錫銀めっきが半硬化膜から露出するまで化学機械研磨を行い、第1基板を作製した。当該第1基板を第1基板A2とする。
【0168】
〔第1基板B1〕
(感光プロセス)
【0169】
シリコンウェハ上に硬化性樹脂組成物(P1)を膜厚7μmで塗布した。硬化性樹脂組成物(P1)が塗布された基板を100℃300秒加熱した。その後、20μm径のビアホールを形成するポジマスクを介して、樹脂膜を露光した。露光された樹脂膜を、2.38%テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドを用いて現像した。現像された樹脂膜を、表2記載の条件でベークしてパターニングされた半硬化膜を形成した。現像後、パターニングされた半硬化膜に対して銅スパッタを行い、パターニングされた半硬化膜の凹部の底部に銅膜を形成した。次いで、パターニングされた半硬化膜の凹部内に、シリコンウェハ表面からの高さが10μmとなるように銅をスパッタにより鍍金した。鍍金後、半硬化膜が露出するまで化学機械研磨を行い、第1基板を作製した。当該第1基板を第1基板B1とする。
【0170】
〔第1基板B2〕
(感光プロセス)
【0171】
シリコンウェハ上に硬化性樹脂組成物(P2)を膜厚7μmで塗布した。硬化性樹脂組成物(P2)が塗布された基板を100℃300秒加熱した。その後、20μm径のビアホールを形成するポジマスクを介して、樹脂膜を露光した。露光された樹脂膜を、2.38%テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドを用いて現像した。現像された樹脂膜を、表2記載の条件でベークしてパターニングされた半硬化膜を形成した。現像後、パターニングされた半硬化膜に対して銅スパッタを行い、パターニングされた半硬化膜の凹部の底部に銅膜を形成した。次いで、パターニングされた半硬化膜の凹部内に、シリコンウェハ表面からの高さが10μmとなるように銅をスパッタにより鍍金した。鍍金後、半硬化膜が露出するまで化学機械研磨を行い、第1基板を作製した。当該第1基板を第1基板B2とする。
【0172】
<チップの作製>
DISCO製 DAD3360を用い、公知の方法でブレードダイシングを行い以下のチップを作製した。
【0173】
〔チップA1〕
第1基板A1を5mm角のチップとなるようダイシングして、チップA1を得た。
【0174】
〔チップA2〕
第1基板A2を5mm角のチップとなるようダイシングして、チップA2を得た。
【0175】
〔チップB1〕
第1基板B1を5mm角のチップとなるようダイシングして、チップB1を得た。
【0176】
〔チップB2〕
第1基板B2を5mm角のチップとなるようダイシングして、チップB2を得た。
【0177】
<第2基板の作製>
〔第2基板Ai〕
第2基板Aiは、ベーク温度が160℃である以外は上述の第1基板A1の作製方法と同様の方法により作成した。
【0178】
〔第2基板Aii〕
第2基板Aiiは、ベーク温度が160℃である以外は上述の第1基板A2の作製方法と同様の方法により作成した。
【0179】
〔第2基板Bi〕
第2基板Biは、上述の第1基板B1の作製方法と同様の方法により作成した。
【0180】
〔基板2Bii〕
第2基板Biiは、上述の第1基板B2の作製方法と同様の方法により作成した。
【0181】
〔第2基板C〕
(非感光プロセス)
一方の主面において直径20μm、高さ5μmの銅及び当該銅の先端に厚み2μmの錫銀めっきが施された円柱状の第1金属電極が形成されたシリコンウェハを基板として用いた。当該基板の第1金属電極を備える主面上に、ポリイミド樹脂膜形成用組成物を膜厚10μmで塗布した。ポリイミド樹脂膜形成用組成物が塗布された基板を、150℃300秒加熱し、その後、350℃30分ベークし絶縁膜を形成した。ベーク後、錫銀めっきが絶縁膜から露出するまで化学機械研磨を行い、第2基板を作製した。当該第2基板を第2基板Cとする。
【0182】
〔第2基板D〕
(感光プロセス)
シリコンウェハ上にポリイミド樹脂膜形成用組成物を膜厚7μmで塗布した。ポリイミド樹脂膜形成用組成物が塗布された基板を150℃300秒加熱した。その後、20μm径のビアホールを形成するポジマスクを介して、樹脂膜を露光した。露光された樹脂膜を、シクロペンタノンを用いて現像した。現像された樹脂膜を、表2記載の条件でベークしてパターニングされた半硬化膜を形成した。現像後、パターニングされた半硬化膜に対して銅スパッタを行い、パターニングされた半硬化膜の凹部の底部に銅膜を形成した。次いで、パターニングされた半硬化膜の凹部内に、シリコンウェハ表面からの高さが10μmとなるように銅をスパッタにより鍍金した。鍍金後、半硬化膜が露出するまで化学機械研磨を行い、第2基板を作製した。当該第2基板を第2基板Dとする。
【0183】
〔第2基板E〕
表面に直径20μmの銅電極を有するシリコン酸化膜を表面に備える基板を用いた。
【0184】
<半導体装置に用いられる積層基板の作製>
前述の積層基板形成工程で説明した方法に従い、表1及び表2に示したベーク条件で作製したチップ及び第2基板を160℃、1.4MPa-5秒の条件で貼り付け、表1及び表2に示した積層後の焼成条件で積層基板を作製した。
【0185】
【表1】
【0186】
【表2】
【0187】
<評価>
得られた実施例1~16及び比較例1~9の積層基板を用いて、以下の方法に従って、エポキシ反応率と、外観と、接合強度(シェアテスト)と、ボイドの発生とを評価した。これらの評価結果を表3及び表4に記す。
【0188】
[エポキシ反応率]
シリコンウェハ上に硬化性樹脂組成物を7μm塗布後100℃300秒加熱し、表1及び表2に記載の条件でベークし、半硬化膜を形成した。当該半硬化膜を用いてベーク後エポキシ基反応率を、下記計算式で算出した。
また、当該半硬化膜を表1及び表2に記載の条件で焼成し硬化膜を形成した。当該硬化膜を用いて焼成後エポキシ反応率を、下記計算式で算出した。
なお、シリコンウェハ上に硬化性樹脂組成物を7μm塗布後100℃300秒加熱し、ベークと焼成をしていない樹脂膜のIR測定結果を反応率0の標品とした。
測定機器:FT/IR 4000(日本分光製)
測定法:透過法
エポキシ反応率=(1-(Area1/Area2)/(Area3/Area4))×100
Area1:エポキシ基ピーク面積=900-930cm-1の面積値
Area2:ベンゼンピーク面積=1480-1530cm-1の面積値
Area3:標品エポキシピーク面積=標品の900-930cm-1の面積値
Area4:標品ベンゼンピーク面積=標品の1480-1530cm-1の面積値
【0189】
[外観]
積層基板のチップ周縁部を目視で観察した。
硬化膜がチップ周縁部にはみ出していない場合を〇、はみ出している場合を×とした。
【0190】
[接合強度(シェアテスト)]
室温(23℃)の条件下、ボンドテスター(XYZTEC社、Condor Sigma)を用いて、作成した積層基板を固定した。作成した積層基板のチップにせん断力をかけ、チップを剥がすために必要な力を、接合強度として測定した。
チップが剥離したせん断力が15MPa以上であった場合を○、チップが剥離したせん断力が15MPa未満であった場合を×として、接合強度を評価した。
【0191】
[ボイドの発生]
下記の超音波測定装置を用い、作成した積層基板に対して下記の条件で超音波検査を行い、ボイドの発生の有無を確認した。
測定装置:Sonoscan社製 Gen6
測定モード:C-Scan
周波数:100Mz
ボイドが確認されない場合を○、ボイドが確認された場合を×として、ボイドの発生を評価した。
【0192】
【表3】
【0193】
【表4】
【0194】
表3及び表4によれば、前述の所定の要件を満たす硬化性樹脂組成物を用い、ベークされた半硬化膜における、硬化性樹脂組成物に由来するエポキシ基の反応率が20%超80%未満であり、半硬化膜が焼成された硬化膜における、硬化性樹脂組成物に由来するエポキシ基の反応率が85%以上である方法により形成された、実施例1~16に記載の積層基板は、良好な外観を示し、接合強度が強く、ボイドを有さない硬化膜を備えることが分かる。
他方、ベークされた半硬化膜における、硬化性樹脂組成物に由来するエポキシ基の反応率が20%以下、又は80%以上である方法により形成された、比較例1~4、及び比較例6~8の積層基板は、良好な外観を示さず、接合強度が弱く、ボイドを有する硬化膜を備えることが分かる。
また、ベークされた半硬化膜における、硬化性樹脂組成物に由来するエポキシ基の反応率が20%超80%未満であるが、半硬化膜が焼成された硬化膜における、硬化性樹脂組成物に由来するエポキシ基の反応率が85%未満である方法により形成された、比較例5、及び比較例9の積層基板は、接合強度が弱いことが分かる。
【符号の説明】
【0195】
100 チップ
10 基板
11 第1金属電極
12 半硬化膜
200 第2基板
20 基板
21 第2金属電極
22 絶縁膜
図1