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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-11-08
(54)【発明の名称】誘電体膜形成組成物
(51)【国際特許分類】
   C08L 79/04 20060101AFI20231031BHJP
   G03F 7/027 20060101ALI20231031BHJP
   G03F 7/037 20060101ALI20231031BHJP
   G03F 7/004 20060101ALI20231031BHJP
   C08K 5/315 20060101ALI20231031BHJP
   C08L 25/18 20060101ALI20231031BHJP
   H01L 21/768 20060101ALI20231031BHJP
【FI】
C08L79/04
G03F7/027 514
G03F7/037 501
G03F7/004 501
C08K5/315
C08L25/18
H01L21/90 S
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023524954
(86)(22)【出願日】2021-10-12
(85)【翻訳文提出日】2023-06-26
(86)【国際出願番号】 US2021054471
(87)【国際公開番号】W WO2022086752
(87)【国際公開日】2022-04-28
(31)【優先権主張番号】63/094,960
(32)【優先日】2020-10-22
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】514251329
【氏名又は名称】フジフイルム エレクトロニック マテリアルズ ユー.エス.エー., インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】110001519
【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】デ、ビノッド ビー.
(72)【発明者】
【氏名】サカムリ、ラジ
(72)【発明者】
【氏名】マリク、サンジェイ
(72)【発明者】
【氏名】ディロッカー、ステファニー
(72)【発明者】
【氏名】ライナート、ウィリアム エー.
【テーマコード(参考)】
2H225
4J002
5F033
【Fターム(参考)】
2H225AC23
2H225AC32
2H225AC35
2H225AC64
2H225AC66
2H225AD06
2H225AE08P
2H225AM66P
2H225AM73P
2H225AM75P
2H225AM77P
2H225AM79P
2H225AM99P
2H225AN02P
2H225AN08P
2H225AN22P
2H225AN33P
2H225AN41P
2H225AN87P
2H225BA01P
2H225BA05P
2H225BA09P
2H225BA32P
2H225CA11
2H225CB06
2H225CD05
4J002BC102
4J002CM021
4J002CM041
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4J002GQ01
5F033GG03
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5F033HH33
5F033HH34
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5F033MM08
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5F033PP28
5F033QQ08
5F033QQ09
5F033QQ19
5F033QQ31
5F033QQ54
5F033QQ74
5F033RR21
5F033RR22
5F033XX04
(57)【要約】
本開示は、(a)少なくとも2つのシアネート基を含有する少なくとも1種のシアネートエステル化合物と、(b)ポリベンゾオキサゾール前駆体ポリマー、ポリイミド前駆体ポリマー、又は完全イミド化ポリイミドポリマーを含む少なくとも1種の誘電体ポリマーとを含む誘電体膜形成組成物に関する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
a)少なくとも2つのシアネート基を含む少なくとも1種のシアネートエステル化合物と、
b)ポリベンゾオキサゾール前駆体ポリマー、ポリイミド前駆体ポリマー、又は完全イミド化ポリイミドポリマーを含む少なくとも1種の誘電体ポリマーと
を含む誘電体膜形成組成物。
【請求項2】
前記少なくとも1種のシアネートエステル化合物は、構造(I):
A-(O-C≡N) (I)
(式中、mは2以上の整数であり、Aは置換又は非置換の芳香族基を含む二価の有機基である)を有する、請求項1に記載の組成物。
【請求項3】
前記少なくとも1種のシアネートエステル化合物は、構造(II)を有する、請求項1に記載の組成物:
【化1】

(式中、Rは、水素原子、C~Cアルキル基、完全に若しくは部分的にハロゲン置換されたC~Cアルキル基、又はハロゲン原子であり、Xは、単結合、-O-、-S-、-(C=O)-、-(C=O)-O-、-O-(C=O)-、-(S=O)-、-(SO)-、-CHCH-O-、置換若しくは非置換のC~C10アルキレン、完全に若しくは部分的にフルオロ置換されたC~Cアルキレン、置換若しくは非置換のC~C10シクロアルキレン、又は以下の基:
【化2】

のうちの1つである)。
【請求項4】
前記シアネートエステル化合物は、構造(III)を有する、請求項1に記載の組成物:
【化3】

(式中、nは2以上の整数であり、n及びnは独立して0、又は1~100の整数であり、Rは酸感受性置換アルキル、シリル、アリール又はアリールアルキル基であり、Rは置換若しくは非置換のC~C10アルキル、置換若しくは非置換のC~C10シクロアルキル、置換若しくは非置換のアリール基、又は-(C=O)-OR基であり、Rは非酸感受性置換アルキル又はアリールアルキル基であり、Rは、置換若しくは非置換のC~C10アルキル又はフルオロ置換C~Cアルキルである)。
【請求項5】
前記少なくとも1種のシアネートエステル化合物は、2-ビス(4-シアナトフェニル)プロパン、ヘキサフルオロビスフェノールAジシアネート、ビス(4-シアネート-3,5-ジメチルフェニル)メタン、1,3-ビス(4-シアネートフェニル-1-(メチルエチリデン))ベンゼン、ビス(4-シアネートフェニル)チオエーテル、ビス(4-シアネートフェニル)エーテル、及びフェノールノボラック、クレゾールノボラック、又はジシクロペンタジエン含有フェノール樹脂から調製された多官能性シアネート樹脂からなる群から選択される、請求項1に記載の組成物。
【請求項6】
少なくとも2種のシアネートエステル化合物を含む、請求項1に記載の組成物。
【請求項7】
前記少なくとも1種のシアネートエステル化合物は、前記組成物の約2重量%~約55重量%の量である、請求項1に記載の組成物。
【請求項8】
前記少なくとも1種の誘電体ポリマーは、前記組成物の約2重量%~約55重量%の量である、請求項1に記載の組成物。
【請求項9】
少なくとも1種の溶媒をさらに含む、請求項1に記載の組成物。
【請求項10】
前記少なくとも1種の溶媒は、前記組成物の約20重量%~約98重量%の量である、請求項9に記載の組成物。
【請求項11】
少なくとも2つの官能基を有する少なくとも1種の反応性官能化合物をさらに含む、請求項1に記載の組成物。
【請求項12】
前記少なくとも1種の反応性化合物は、前記組成物の約1重量%~約25重量%の量である、請求項11に記載の組成物。
【請求項13】
少なくとも1種の触媒をさらに含む、請求項1に記載の組成物。
【請求項14】
前記少なくとも1種の触媒は、前記組成物の約0.2重量%~約3重量%の量である、請求項13に記載の組成物。
【請求項15】
キャリア基板と、
前記キャリア基板によって支持され、請求項1に記載の組成物から作製される誘電体膜と
を含む乾燥膜。
【請求項16】
a)請求項1に記載の組成物を基板上に付与(deposit)して誘電体膜を形成することと、
b)前記誘電体膜を放射線若しくは熱、又は放射線若しくは熱の組み合わせに曝露することと、
c)前記誘電体膜をパターニングして、開口部を有するパターニングされた誘電体膜を形成することと、
d)任意に(optionally)、前記パターニングされた誘電体膜上にシード層を付与(deposit)させることと、
e)前記パターニングされた誘電体膜の少なくとも1つの開口部に金属層を堆積させることと
を含む、金属層を堆積させるためのプロセス。
【請求項17】
基板上に誘電体膜を形成するためのプロセスであって、
a)前記基板上にライン及びインターコネクトのネットワークを形成する銅導電性金属ワイヤ構造を含有する基板を準備することと、
b)前記基板上に請求項1に記載の組成物を付与(deposit)して誘電体膜を形成することと、
c)前記誘電体膜を放射線若しくは熱、又は放射線と熱の組み合わせに曝露することと
を含む、プロセス。
【請求項18】
請求項16に記載の方法によって作製される三次元物体。
【請求項19】
前記誘電体膜を少なくとも2つ又は3つの積み重ね(stack)で含む、請求項18に記載の物体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願の相互参照
本出願は、2020年10月22日に出願された米国仮出願第63/094,960号の優先権を主張し、その内容全体は参照により本開示に組み込まれる。
【背景技術】
【0002】
半導体パッケージング用途の誘電体材料についての要件は、絶えず進化している。電子パッケージングのトレンドは、高いレベルの信頼性を維持しながら、処理速度の高速化、複雑さの増加、及び充填密度の向上に向かっている。現在及び将来のパッケージングアーキテクチャは、高い充填密度をサポートするために最大10の再配線層及び超小型フィーチャサイズを含む。絶縁誘電体材料の厚さは、薄型でフォームファクタが小さい複数の再配線層を収容するように大幅に低減される。熱収縮率が小さく、硬化温度が低い有機誘電体材料は、そのような用途に適している。例えば、ポリイミド及びポリベンゾオキサゾール前駆体は、適切な触媒の存在下で比較的低い硬化温度(200~300℃)で硬化することができる。しかしながら、これらの材料は、前記硬化工程中にかなりの収縮を被る。さらに、得られた前記硬化膜のガラス転移温度は200~230℃の範囲内であり、はんだペーストのリフロー温度である260℃よりも大幅に低い。これは、層間剥離につながる前記誘電体膜の過剰な流れをもたらし、またパターニングされた構造の限界寸法の変化をもたらす。
【発明の概要】
【0003】
本開示は、特定の誘電体膜形成組成物が、比較的低い膜収縮率、比較的低い誘電率及び/又は損失係数、並びに比較的高いガラス転移温度(Tg)(例えば、はんだペーストのリフロー温度(例えば、260℃)よりも高いTgを有する)を有する誘電体膜を形成することができるという予想外の発見に基づいている。
【0004】
一態様では、本開示は、a)少なくとも2つのシアネート基を含有する少なくとも1つのシアネートエステル化合物と、b)ポリベンゾオキサゾール前駆体ポリマー、ポリイミド前駆体ポリマー、又は完全イミド化ポリイミドポリマーを含む少なくとも1つの誘電体ポリマーとを含む誘電体膜形成組成物を特徴とする。
【0005】
別の態様では、本開示は、キャリア基板と、前記キャリア基板に支持された誘電体膜とを含む乾燥膜とを特徴とし、前記誘電体膜は、本開示に記載の誘電体膜形成組成物から作製される。
【0006】
別の態様では、本開示は、金属層を堆積させるためのプロセスを特徴とする。前記プロセスは、a)本開示に記載の誘電体膜形成組成物を基板上に付与(deposit)させて誘電体膜を形成することと、b)前記誘電体膜を放射線若しくは熱、又は放射線若しくは熱の組み合わせに曝露することと、c)前記誘電体膜をパターニングして、開口部を有するパターニングされた誘電体膜を形成することと、d)任意に(optionally)、前記パターニングされた誘電体膜上にシード層を付与(deposit)させることと、e)前記パターニングされた誘電体膜の少なくとも1つの開口部に金属層を堆積させることとを含む。
【0007】
別の態様では、本開示は、基板上に誘電体膜を形成するためのプロセスを特徴とする。前記プロセスは、a)前記基板上にライン及びインターコネクトのネットワークを形成する銅導電性金属ワイヤ構造を含有する基板を準備することと、b)本開示に記載の誘電体膜形成組成物を前記基板上に付与(deposit)して誘電体膜を形成することと、c)前記誘電体膜を放射線若しくは熱、又は放射線と熱との組み合わせに曝露することとを含む。
【0008】
さらに別の態様では、本開示は、本開示に記載のプロセスによって調製された三次元物体を特徴とする。いくつかの実施形態では、前記物体は、前記誘電体膜を少なくとも2つ又は3つの積み重ね(stack)で含む。
【発明を実施するための形態】
【0009】
いくつかの実施形態では、本開示は、
a)少なくとも2つのシアネート基を有する(すなわち、1つの分子内に有する)少なくとも1種のシアネートエステル化合物と、
b)ポリベンゾオキサゾール前駆体ポリマー、ポリイミド前駆体ポリマー、又は完全イミド化ポリイミドポリマーを含有する少なくとも1種の誘電体ポリマーと
を含む誘電体膜形成組成物(例えば、感光性又は非感光性誘電体膜形成組成物)に関する。
【0010】
本開示に記載の誘電体膜形成組成物は、感光性又は非感光性のいずれかであり得る。いくつかの実施形態では、前記誘電体膜形成組成物が感光性である場合、前記組成物は、高エネルギー放射線(電子線、紫外線、X線など)への曝露時に現像剤中で溶解度変化を生じさせることができる膜を形成することができる。例えば、前記組成物は、前記曝露領域で架橋され得るネガ型感光性膜を形成してもよく、これは現像剤中での溶解性が低下している。そのような実施形態では、前記誘電体膜形成組成物は、上述のシアネートエステル化合物及び誘電体ポリマーに加えて、少なくとも1種の架橋剤及び/又は前記架橋剤の架橋反応を誘発するための少なくとも1種の触媒(例えば、フリーラジカル開始剤)を含んでもよい。
【0011】
いくつかの実施形態では、前記誘電体膜形成組成物が非感光性である場合、前記組成物は、高エネルギー放射線への曝露時に現像剤中での溶解度変化を有さない。そのような実施形態では、前記組成物は、架橋剤及び/又は触媒を含まなくてもよい。いくつかの実施形態では、そのような組成物は、前記シアネートエステル化合物が相互侵入ネットワークを形成するのを促進するための少なくとも1種のシアネート硬化触媒(例えば、金属塩)を含んでもよく、これは架橋剤の架橋反応を誘発するための触媒とは異なってもよい。
【0012】
いくつかの実施形態では、本開示に記載の誘電体膜形成組成物は、少なくとも1種の(例えば、2種、3種、又は4種の)シアネートエステル化合物を含んでもよい。理論に束縛されることを望むものではないが、前記シアネートエステル化合物は、(例えば、触媒を用いて、又は用いずに)熱的に環化及び/又は架橋して、前記誘電体ポリマーと相互侵入ネットワークを形成することができると考えられる。さらに、理論に束縛されることを望むものではないが、本開示に記載の誘電体膜形成組成物にシアネートエステル化合物を含めることにより、前記組成物から形成される前記膜の誘電率(K)及び/又は損失係数(DF)を低下させることができると考えられる。
【0013】
いくつかの実施形態では、前記シアネートエステル化合物は、構造(I):
A-(O-C≡N) (I)
(式中、mは2以上の整数(すなわち、m≧2)であり、Aは置換又は非置換の芳香族基を含有する2価の有機基(例えば、前記シアネートエステル基-O-C≡Nは、前記置換又は非置換の芳香族基に直接結合している)である)を有する。いくつかの実施形態では、前記芳香族有機基は、アリール及びヘテロアリール基を含んでもよい。本開示で使用される「アリール」という用語は、1又は複数の芳香環を有する炭化水素部分を指す。アリール部分の例としては、フェニル(Ph)、フェニレン、ナフチル、ナフチレン、ピレニル、アントリル及びフェナントリルが挙げられる。本開示で使用される「ヘテロアリール」という用語は、少なくとも1つのヘテロ原子(例えば、N、O、又はS)を含有する1又は複数の芳香環を有する部分を指す。ヘテロアリール部分の例としては、フリル、フリレン、フルオレニル、ピロリル、チエニル、オキサゾリル、イミダゾリル、チアゾリル、ピリジニル、ピリミジニル、キナゾリニル、キノリル、イソキノリル及びインドリルが挙げられる。
【0014】
本開示で使用される場合、置換基(例えば、置換アルキル、アルケニル、アルキレン、シクロアルキル、シクロアルキレン、アリール、アリールアルキル又はヘテロアリール基)又は置換化合物上の可能な置換基としては、C~C10アルキル、C~C10アルケニル、C~C10アルキニル、C~C20シクロアルキル、C~C20シクロアルケニル、C~C20シクロアルキル、C~C20ヘテロシクロアルケニル、C~C10アルコキシ、アリール、アリールオキシ、ヘテロアリール、ヘテロアリールオキシ、アミノ、C~C10アルキルアミノ、C~C20ジアルキルアミノ、アリールアミノ、ジアリールアミノ、ヒドロキシル、ハロゲン、チオ、C~C10アルキルチオ、アリールチオ、C~C10アルキルスルホニル、アリールスルホニル、アシルアミノ、アミノアシル、アミノチオアシル、アミジノ、グアニジン、ウレイド、シアノ、ニトロ、アシル、チオアシル、アシルオキシエステル、カルボキシル及びカルボキシルエステルが挙げられる。
【0015】
いくつかの実施形態では、Aは、前記シアネートエステル基が前記芳香族有機基に直接結合している、置換又は非置換の単量体又はオリゴマーの多環式芳香族又は複素環式芳香族有機基である。
【0016】
いくつかの実施形態では、構造(I)の前記シアネートエステル化合物は、構造(II)のものであってもよい:
【化1】

(式中、Rは、水素原子、C~Cアルキル基、完全に若しくは部分的にハロゲン(例えば、F、Cl、Br又はI)で置換されたC~Cアルキル基(例えば、1、2又は3個のハロゲンで置換されている)、又はハロゲン原子であり、Xは、単結合、-O-、-S-、-(C=O)-、-(C=O)-O-、-O-(C=O)-、-(S=O)-、-(SO)-、-CHCH-O-、置換若しくは非置換のC~C10アルキレン、(部分的若しくは完全に)フルオロ置換されたC~Cアルキレン(例えば、1、2又は3個のフルオロで置換されている)、置換若しくは非置換のC~C10シクロアルキレン、又は以下の基:
【化2】

のうちの1つである)。
いくつかの実施形態では、前記シアネートエステル化合物は、構造(III)を有してもよい:

【化3】

(式中、nは2以上の整数(すなわち、n≧2)であり、n及びnは独立して0、又は1~100の整数であり、Rは酸感受性置換アルキル、シリル、アリール又はアリールアルキル基(例えば、tert-ブチル、メトキシメチル又はジメチルフェニル)であり、Rは置換若しくは非置換のC~C10アルキル、置換若しくは非置換のC~C10シクロアルキル、置換若しくは非置換のアリール基、又は-(C=O)-OR基であり、Rは非酸感受性置換アルキル又はアリールアルキル基であり、Rは、置換若しくは非置換のC~C10アルキル、又は(例えば、部分的又は完全に)フルオロ置換されたC~Cアルキルである)。
【0017】
好適なシアネートエステル化合物の具体例としては、2-ビス(4-シアナトフェニル)プロパン、ヘキサフルオロビスフェノールAジシアネート、ビス(4-シアネート-3,5-ジメチルフェニル)メタン、1,3-ビス(4-シアネートフェニル-1-(メチルエチリデン))ベンゼン、ビス(4-シアネートフェニル)チオエーテル、及びビス(4-シアネートフェニル)エーテル;フェノールノボラック、クレゾールノボラック、又はジシクロペンタジエン構造含有フェノール樹脂に由来する多官能シアネートエステルなどが挙げられる。シアネートエステル化合物の他の例は、例えば、米国特許第3,595,900号、4,894,414号、及び4,785,034号に記載されており、その内容は参照により本開示に組み込まれる。いくつかの実施形態では、2種以上のシアネートエステル化合物を本開示に記載の誘電体膜形成組成物に使用してもよい。
【0018】
いくつかの実施形態では、本開示に記載の誘電体膜形成組成物は、2種以上のシアネートエステル化合物を含むことが好ましい。
【0019】
一般に、前記シアネートエステル樹脂の重量平均分子量は特に限定されない。いくつかの実施形態では、前記シアネートエステル化合物は、約500ダルトン以上(例えば、約600ダルトン以上又は約1,000ダルトン以上)から約4,500以下(例えば、約4,000ダルトン以下、又は約3,000ダルトン以下)の範囲の重量平均分子量を有してもよい。
【0020】
いくつかの実施形態では、前記少なくとも1種のシアネートエステル化合物の量は、本開示に記載の誘電体膜形成組成物の総重量の約2重量%以上(例えば、約5重量%以上、約10重量%以上、約15重量%以上、若しくは20重量%以上)及び/又は約55重量%以下(例えば、約50重量%以下、約45重量%以下、約40重量%以下、約35重量%以下、約30重量%以下、若しくは約25重量%以下)である。
【0021】
いくつかの実施形態では、本開示に記載の誘電体膜形成組成物は、ポリベンゾオキサゾール前駆体ポリマー、ポリイミド前駆体ポリマー、及び完全イミド化ポリイミドポリマーからなる群から選択される少なくとも1種の(例えば、2種、3種、又は4種の)誘電体ポリマーを含んでもよい。いくつかの実施形態では、前記誘電体ポリマーは、完全イミド化ポリイミドポリマーである。本開示で言及される完全イミド化ポリイミドポリマーは、約90%以上(例えば、約95%以上、約98%以上、約99%以上、又は約100%)イミド化されている。好ましい完全イミド化ポリイミドポリマーは、前記ポリマーに結合した重合部分を有さないものである。理論に束縛されることを望むものではないが、本開示に記載の誘電体膜形成組成物中に上記ポリマーを含めることにより、ガラス転移温度を上昇させ、熱収縮率を低下させ、前記組成物によって形成された前記膜の機械的特性を改善することができると考えられる。
【0022】
いくつかの実施形態では、前記誘電体ポリマーは、前記誘電体ポリマーが単独で又は架橋剤(本開示に記載の反応性官能化合物など)を用いて架橋され得るように、1又は複数の(例えば、2つ、3つ、又は4つの)架橋性基を含んでもよい。架橋性基の例としては、二重結合若しくは三重結合を含有する末端基、又は二重結合若しくは三重結合を含有するポリマーの主鎖に結合した側基が挙げられる。
【0023】
いくつかの実施形態では、前記誘電体ポリマーの重量平均分子量は、約20,000ダルトン以上(例えば、約25,000ダルトン以上、約30,000ダルトン以上、約35,000ダルトン以上、約40,000ダルトン以上、約45,000ダルトン以上、約50,000ダルトン以上、若しくは約55,000ダルトン以上)及び/又は約100,000ダルトン以下(例えば、約95,000ダルトン以下、約90,000ダルトン以下、約85,000ダルトン以下、約80,000ダルトン以下、約75,000ダルトン以下、約70,000ダルトン以下、約65,000ダルトン以下、若しくは約60,000ダルトン以下)である。
【0024】
ポリベンゾオキサゾール前駆体ポリマーを合成する方法は、当業者に公知である。そのような方法の例は、例えば、米国特許第6,143,467号、米国特許第7,195,849号、米国特許第7,129,011号、及び米国特許第9,519,216号に開示され、その内容は参照により本開示に組み込まれる。
【0025】
ポリイミド前駆体ポリマー(例えばポリアミド酸エステルポリマー)を合成する方法も当業者に公知である。そのような方法の例は、例えば、米国特許第4,040,831号、米国特許第4,548,891号、米国特許第5,834,581号、及び米国特許第6,511,789号に開示され、その内容は参照により本開示に組み込まれる。
【0026】
ポリイミドポリマー(例えば、完全イミド化ポリイミドポリマー)を合成する方法は、当業者に公知である。そのような方法の例は、例えば、米国特許第9,617,386号、並びに米国特許出願公開第20040265731号、同第20040235992号、及び同第2007083016号に開示され、その内容は参照により本開示に組み込まれる。
【0027】
いくつかの実施形態では、前記誘電体ポリマーの量は、前記誘電体膜形成組成物の総重量の約2重量%以上(例えば、約5重量%以上、約10重量%以上、約15重量%以上、若しくは約20重量%以上)及び/又は55重量%以下若しくは約55重量%(例えば、約50重量%以下、約45重量%以下、約40重量%以下、約35重量%以下、約30重量%以下、若しくは約25重量%以下)である。
【0028】
いくつかの実施形態では、本開示に記載の誘電体膜形成組成物は、少なくとも1種の(例えば、2種、3種、又は4種の)溶媒(例えば、有機溶媒)をさらに含んでもよい。
【0029】
有機溶媒の例としては、これらに限定されないが、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート及びグリセリンカーボネートなどのアルキレンカーボネート;ガンマ-ブチロラクトン、ε-カプロラクトン、γ-カプロラクトン及びδ-バレロラクトンなどのラクトン類;シクロペンタノン及びシクロヘキサノンなどのシクロケトン類;メチルエチルケトン(MEK)及びメチルイソブチルケトン(MIBK)などの直鎖ケトン類;n-ブチルアセテートなどのエステル;乳酸エチルなどのエステルアルコール;テトラヒドロフルフリルアルコールなどのエーテルアルコール類;プロピレングリコールメチルエーテルアセテートなどのグリコールエステル類;プロピレングリコールメチルエーテル(PGME)などのグリコールエーテル類;テトラヒドロフラン(THF)などの環状エーテル類;並びにN-メチル-2-ピロリドンなどのピロリドン類が挙げられる。
【0030】
好ましい実施形態では、前記誘電体膜形成組成物の前記溶媒は、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、グリセリンカーボネートなどのアルキレンカーボネート類又はこれらの組み合わせを含有する。いくつかの実施形態では、溶媒混合物中のアルキレンカーボネートの量は、前記誘電体膜形成組成物の約20%以上(例えば、約30%以上、約40%以上、約50%以上、約60%以上、約70%以上、80%以上、又は約90%以上)である。理論に束縛されることを望むものではないが、カーボネート溶媒(例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート又はグリセリンカーボネート)は、表面が平坦化された誘電体膜(例えば、前記誘電体膜の上面上の最高点と最低点との差が約2ミクロン未満)の形成を促進することができると考えられる。
【0031】
いくつかの実施形態では、前記溶媒の量は、前記誘電体膜形成組成物の総重量の約20重量%以上(例えば、約25重量%以上、約30重量%以上、約35重量%以上、約40重量%以上、約45重量%以上、約50重量%以上、約55重量%以上、約60重量%以上、若しくは約65重量%以上)及び/又は約98重量%以下(例えば、約95重量%以下、約90重量%以下、約85重量%以下、約80重量%以下、約75重量%以下、約70重量%以下、若しくは約60重量%以下)である。
【0032】
いくつかの実施形態では、本開示の誘電体膜形成組成物は、任意に(optionally)、少なくとも1種の(例えば、2種、3種、又は4種の)触媒(例えば、開始剤)を含んでもよい。いくつかの実施形態では、使用される前記触媒の種類に応じて、前記触媒は、シアネートエステルを環化及び/若しくは架橋することができ、又は熱(例えば、熱開始剤)及び/若しくは放射線源(例えば、フリーラジカル光開始剤などの光開始剤)に曝露されたときに架橋若しくは重合反応を誘発することができる。
【0033】
いくつかの実施形態では、本開示に記載の誘電体膜形成組成物は、任意に(optionally)、前記シアネートエステル化合物の前記硬化(例えば、相互侵入ネットワークを形成するため)を促進し、及び/又は誘電体膜の硬化温度を低下させるために、少なくとも1種の(例えば、2種、3種、又は4種の)シアネート硬化触媒を含んでもよい。前記シアネート硬化触媒は、感光性誘電体膜形成組成物又は非感光性誘電体膜形成組成物のいずれかに存在してもよい。
【0034】
いくつかの実施形態では、前記シアネート硬化触媒は、金属カルボキシレート塩及び金属アセチルアセトネート塩からなる群から選択されてもよい。前記金属カルボキシレート塩及び前記金属アセチルアセトネート塩中の金属は、亜鉛、銅、マンガン、コバルト、鉄、ニッケル、アルミニウム、チタン、ジルコニウム、及びそれらの混合物からなる群から選択されてもよい。シアネート硬化触媒の例としては、例えば、ジルコニルジメタクリレート、オクタン酸亜鉛、ナフテン酸亜鉛、ナフテン酸コバルト、ナフテン酸銅及びアセチルアセトン鉄などの金属塩;オクチルフェノール及びノニルフェノールなどのフェノール化合物;1-ブタノール及び2-エチルヘキサノールなどのアルコール類;2-メチルイミダゾール、2-エチル-4-メチルイミダゾール、2-フェニルイミダゾール、1-シアノエチル-2-フェニルイミダゾール、1-シアノエチル-2-エチル-4-メチルイミダゾール、2-フェニル-4,5-ジヒドロキシメチルイミダゾール及び2-フェニル-4-メチル-5-ヒドロキシメチルイミダゾールなどのイミダゾール化合物;ジシアンジアミド、ベンジルジメチルアミン及び4-メチル-N,N-ジメチルベンジルアミンなどのアミン化合物;ホスフィン化合物及びホスホニウム化合物などのリン化合物;エポキシイミダゾール付加化合物;並びにベンゾイルペルオキシド、p-クロロベンゾイルペルオキシド、ジ-t-ブチルペルオキシド、ジイソプロピルペルオキシカーボネート、及びジ-2-エチルヘキシルペルオキシカーボネートなどの過酸化物が挙げられる。これらの触媒は市販されている。前記市販の触媒の例としては、Amicure PN-23(商標、Ajinomoto Fine-Techno Co., Inc.製)、Novacure HX-3721(商標、Asahi Kasei Corporation製)、Fujicure FX-1000(商標、Fuji Kasei Kogyo Co., Ltd.製)が挙げられる。これらの触媒の1種、又は2種以上の組み合わせを、本開示に記載の組成物に使用してもよい。そのような触媒の他の例は、例えば、米国特許出願第2018/0105488号及び米国特許第9,822,226号に記載されており、その内容は参照により本開示に組み込まれる。
【0035】
いくつかの実施形態(例えば、感光性組成物)では、本開示に記載の誘電体膜形成組成物は、任意に(optionally)、架橋剤(例えば、本開示に記載の反応性官能化合物)の架橋反応、又は架橋剤と前記誘電体ポリマーとの間の架橋反応(例えば、前記誘電体ポリマーが架橋性基を含む場合)を促進するために、少なくとも1種の(例えば、2種、3種、又は4種の)光開始剤を含んでもよい。光開始剤の具体例としては、これらに限定されないが、1,8-オクタンジオン、1,8-ビス[9-(2-エチルヘキシル)-6-ニトロ-9H-カルバゾール-3-イル]-1、8-ビス(O-アセチルオキシム)、2-ヒドロキシ-2-メチル-1-フェニルプロパン-1-オン、1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン(BASF製のIrgacure 184)、1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトンとベンゾフェノンとのブレンド(BASF製のIrgacure 500)、2,4,4-トリメチルペンチルホスフィンオキシド(BASF製のIrgacure 1800、1850、及び1700)、2,2-ジメトキシル-2-アセトフェノン(BASF製のIrgacure 651)、ビス(2,4,6-トリメチルベンゾイル)フェニルホスフィンオキシド(BASF製のIrgacure 819)、2-メチル-1-[4-(メチルチオ)フェニル]-2-モルホリノプロパン-1-オン(BASF製のIrgacure 907)、(2,4,6-トリメチルベンゾイル)ジフェニルホスフィンオキシド(BASF製のLucerin TPO)、2-(ベンゾイルオキシイミノ)-1-[4-(フェニルチオ)フェニル]-1-オクタノン(BASF製のIrgacure OXE-01)、1-[9-エチル-6-(2-メチルベンゾイル)-9H-カルバゾール-3-イル]エタノン、1-(O-アセチルオキシム)(BASF製のIrgacure OXE-2)、エトキシ(2,4,6-トリメチルベンゾイル)フェニルホスフィンオキシド(BASF製のLucerin TPO-L)、ホスフィンオキシドとヒドロキシケトンとベンゾフェノン誘導体とのブレンド(Arkema製のESACURE KTO 46)、2-ヒドロキシ-2-メチル-1-フェニルプロパン-1-オン(Merck製のDarocur 1173)、NCI-831(ADEKA Corp.)、NCI-930(ADEKA Corp.)、N-1919(ADEKA Corp.)、ベンゾフェノン、2-クロロチオキサントン、2-メチルチオキサントン、2-イソプロピルチオキサントン、ベンゾジメチルケタール、1,1,1-トリクロロアセトフェノン、ジエトキシアセトフェノン、m-クロロアセトフェノン、プロピオフェノン、アントラキノン、ジベンゾスベロンなどが挙げられる。
【0036】
いくつかの実施形態では、前記誘電体膜形成組成物において光増感剤を使用してもよく、前記光増感剤は、193~405nmの波長範囲の光を吸収することができる。光増感剤の例としては、これらに限定されないが、9-メチルアントラセン、アントラセンメタノール、アセナフチレン、チオキサントン、メチル-2-ナフチルケトン、4-アセチルビフェニル、及び1,2-ベンゾフルオレンが挙げられる。
【0037】
熱開始剤の具体例としては、これらに限定されないが、ベンゾイルペルオキシド、シクロヘキサノンペルオキシド、ラウロイルペルオキシド、tert-アミルペルオキシベンゾエート、tert-ブチルヒドロペルオキシド、ジ(tert-ブチル)ペルオキシド、ジクミルペルオキシド、クメンヒドロペルオキシド、コハク酸ペルオキシド、ジ(n-プロピル)ペルオキシジカーボネート、2,2-アゾビス(イソブチロニトリル)、2,2-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)、ジメチル-2,2-アゾビスイソブチレート、4,4-アゾビス(4-シアノペンタン酸)、アゾビスシクロヘキサンカルボニトリル、2,2-アゾビス(2-メチルブチロニトリル)などが挙げられる。
【0038】
いくつかの実施形態では、前記触媒の量は、前記誘電体膜形成組成物の総重量の約0.2重量%以上(例えば、約0.5重量%以上、約0.8重量%以上、約1.0重量%以上、若しくは約1.5重量%以上)及び/又は約3.0重量%以下(例えば、約2.8重量%以下、約2.6重量%以下、約2.3重量%以下、若しくは約2.0重量%以下)である。
【0039】
いくつかの実施形態では、本開示に記載の誘電体膜形成組成物は、任意に(optionally)、少なくとも1種の(例えば、2種、3種、又は4種の)反応性官能化合物を含んでもよい。いくつかの実施形態では、前記反応性官能化合物は、少なくとも2つの官能基(例えば、(メタ)アクリレート、アルケニル、又はアルキニル基)を含んでもよい。いくつかの実施形態では、前記反応性官能化合物の前記官能基は、前記反応性官能化合物の別の分子と、又は前記誘電体ポリマー(例えば、架橋性基を含む場合)と反応することができる。理論に束縛されることを望むものではないが、前記反応性官能化合物は、ネガ型感光性膜を形成するために感光性組成物中の架橋剤として使用することができると考えられる。
【0040】
いくつかの実施形態では、前記反応性官能化合物は、少なくとも2つの(メタ)アクリレート基を含有する化合物である。本開示で使用される場合、「(メタ)アクリレート」という用語は、アクリレート及びメタクリレートの両方を含む。そのような化合物の例としては、これらに限定されないが、1,3-ブチレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,4-ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,5-ペンタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,6-ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、1,9-ノナンジオールジ(メタ)アクリレート、1,10-デカンジオールジ(メタ)アクリレート、1,12-ドデカンジオールジ(メタ)アクリレート、テトラエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、シクロヘキサンジメタノールジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジウレタンジ(メタ)アクリレート、1,4-フェニレンジ(メタ)アクリレート、2,2-ビス[4-(2-ヒドロキシ-3-メタクリロキシプロポキシ)フェニル]プロパン、ビス(2-ヒドロキシエチル)-イソシアヌレートジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、トリシクロデカンジメタノールジ(メタ)アクリレート、プロポキシ化(3)グリセロールトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ-/ヘキサ-(メタ)アクリレート、イソシアヌレートトリ(メタ)アクリレート、エトキシ化グリセリントリ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、エトキシ化ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、テトラメチロールメタンテトラ(メタ)アクリレート、1,2,4-ブタントリオールトリ(メタ)アクリレート、ジグリセロールトリ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンエトキシレートトリ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンポリエトキシレートトリ(メタ)アクリレート、テトラメチロールメタンテトラ(メタ)アクリレート及びトリス(2-ヒドロキシエチル)イソシアヌレートトリアクリレートが挙げられる。好ましい反応性官能化合物は、非置換/置換の直鎖、分岐又は環状C~C10アルキル又は非置換/置換芳香族基のジ(メタ)アクリレートである。前記反応性官能化合物は、本開示に記載の誘電体膜形成組成物において、単独で、又は2種以上を組み合わせて使用されてもよい。
【0041】
いくつかの実施形態では、前記少なくとも1種の反応性官能化合物の量は、前記誘電体膜形成組成物の総重量の約1重量%以上(例えば、約2重量%以上、約3重量%以上、約4重量%以上、若しくは5重量%以上)及び/又は約25重量%以下(例えば、約20重量%以下、約15重量%以下、約10重量%以下、若しくは約8重量%以下))である。
【0042】
いくつかの実施形態では、前記誘電体膜形成組成物は、任意に(optionally)、少なくとも1種のモノ(メタ)アクリレート含有化合物を含有してもよい。いくつかの実施形態では、前記少なくとも1種のモノ(メタ)アクリレート含有化合物は、ボルニルアクリレート、イソボルニルアクリレート、ジシクロペンテニルオキシエチルアクリレート、ジシクロペンテニルアクリレート、ジシクロペンテニルオキシエチルメタクリレート、ジシクロペンテニルメタクリレート、ビシクロ[2.2.2]オクタ-5-エン-2-イルアクリレート、2-[(ビシクロ[2.2.2]オクタ-5-エン-2-イル)オキシ]エチルアクリレート、3a,4,5,6,7,7a-ヘキサヒドロ-1H-4,7-エタノインデン-6-イルアクリレート、2-[(3a,4,5,6,7,7a-ヘキサヒドロ-1H-4,7-エタノインデン-6-イル)オキシ]エチルアクリレート、トリシクロ[5,2,1,02,6]デシルアクリレート及びテトラシクロ[4,4,0,12.5,17,10]ドデカニルアクリレートからなる群から選択される。理論に束縛されることを望むものではないが、少なくとも1種のモノ(メタ)アクリレート含有化合物を含めることにより、本開示に記載の誘電体膜形成組成物によって形成される前記膜の機械的特性を強化することができると考えられる(例えば、ポリマーを形成することによって、及び/又は前記反応性官能化合物と反応(又は架橋)することによって)。
【0043】
いくつかの実施形態では、前記誘電体膜形成組成物は、任意に(optionally)、1種又は複数種の(例えば、2種、3種、又は4種の)無機充填剤を含む。いくつかの実施形態では、前記無機充填剤は、シリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア、酸化ハフニウム、CdSe、CdS、CdTe、CuO、酸化亜鉛、酸化ランタン、酸化ニオブ、酸化タングステン、酸化ストロンチウム、酸化カルシウムチタン、チタン酸ナトリウム、硫酸バリウム、チタン酸バリウム、ジルコン酸バリウム、及びニオブ酸カリウムからなる群から選択される。好ましくは、前記無機充填剤は、約0.05~2.0ミクロンの平均サイズを有する粒状形態である。いくつかの実施形態では、前記充填剤は、強磁性材料を含有する無機粒子である。適切な強磁性材料としては、元素金属(鉄、ニッケル、コバルトなど)又はそれらの酸化物、硫化物及びオキシ水酸化物、並びにアワルワ鉱(Awaruite)(NiFe)、ワイラウ鉱(Wairaruite)(CoFe)、Co17Sm、及びNdFe14Bなどの金属間化合物が挙げられる。
【0044】
いくつかの実施形態では、前記無機充填剤(例えば、シリカ充填剤)の量は、前記誘電体膜形成組成物の総重量の約1重量%以上(例えば、約2重量%以上、約5重量%以上、約8重量%以上、若しくは約10重量%以上)及び/又は約30重量%以下(例えば、約25重量%以下、約20重量%以下、若しくは約15重量%以下)である。
【0045】
いくつかの実施形態では、本開示の誘電体膜形成組成物は、任意に(optionally)、1種又は複数種の(例えば、2種、3種、又は4種の)の接着促進剤をさらに含む。適切な接着促進剤は、“Silane Coupling Agent” Edwin P. Plueddemann, 1982 Plenum Press, New Yorkに記載されており、その内容は参照により本開示に組み込まれる。
【0046】
いくつかの実施形態では、前記任意使用の(optional)接着促進剤の量は、前記誘電体膜形成組成物の総重量の約0.5重量%以上(例えば、約0.8重量%以上、約1重量%以上、若しくは約1.5重量%以上)及び/又は約4重量%以下(例えば、約3.5重量%以下、約3重量%以下、約2.5重量%以下、若しくは約2重量%以下)である。
【0047】
本開示の誘電体膜形成組成物はまた、任意に(optionally)、1種又は複数種の(例えば、2種、3種、又は4種の)界面活性剤(例えば、イオン性又は非イオン性界面活性剤)を含有してもよい。市販の界面活性剤は、OMNOVA Solutionsから入手可能なPolyFox 6320である。好適な界面活性剤の他の例としては、これらに限定されないが、その内容が参照により本開示に組み込まれる特開昭62-36663号、特開昭61-226746号、特開昭61-226745号、特開昭62-170950号、特開昭63-34540号、特開平7-230165号、特開平8-62834号、特開平9-54432号、及び特開平9-5988号に記載されている界面活性剤が挙げられる。
【0048】
いくつかの実施形態では、前記界面活性剤の量は、前記誘電体膜形成組成物の総重量の約0.005重量%以上(例えば、約0.01重量%以上若しくは約0.1重量%以上)及び/又は約1重量%以下(例えば、約0.5重量%以下若しくは約0.2重量%以下)である。
【0049】
本開示の誘電体膜形成組成物は、任意に(optionally)、1種又は複数種の(例えば、2種、3種、又は4種の)銅不動態化試薬を含有してもよい。適切な銅不動態化試薬の例としては、トリアゾール化合物、イミダゾール化合物及びテトラゾール化合物が挙げられる。トリアゾール化合物は、トリアゾール、ベンゾトリアゾール、置換トリアゾール、及び置換ベンゾトリアゾールを含んでもよい。トリアゾール化合物の例としては、これらに限定されないが、1,2,4-トリアゾール、1,2,3-トリアゾール、又はC~Cアルキル(例えば、5-メチルトリアゾール)、アミノ、チオール、メルカプト、イミノ、カルボキシ及びニトロ基などの置換基で置換されたトリアゾールが挙げられる。具体例としては、ベンゾトリアゾール、トリルトリアゾール、5-メチル-1,2,4-トリアゾール、5-フェニル-ベンゾトリアゾール、5-ニトロ-ベンゾトリアゾール、3-アミノ-5-メルカプト-1,2,4-トリアゾール、1-アミノ-1,2,4-トリアゾール、ヒドロキシベンゾトリアゾール、2-(5-アミノ-ペンチル)-ベンゾトリアゾール、1-アミノ-1,2,3-トリアゾール、1-アミノ-5-メチル-1,2,3-トリアゾール、3-アミノ-1,2,4-トリアゾール、3-メルカプト-1,2,4-トリアゾール、3-イソプロピル-1,2,4-トリアゾール、5-フェニルチオール-ベンゾトリアゾール、2-[3-2H-ベンゾトリアゾール-2-イル)-4-ヒドロキシフェニル]エチルメタクリレート(BTZ-AC)ハロ-ベンゾトリアゾール(ハロ=F、Cl、Br又はI)、ナフトトリアゾールなどが挙げられる。イミダゾールの例としては、これらに限定されないが、2-アルキル-4-メチルイミダゾール、2-フェニル-4-アルキルイミダゾール、2-メチル-4(5)-ニトロイミダゾール、5-メチル-4-ニトロイミダゾール、4-イミダゾールメタノール塩酸塩及び2-メルカプト-1-メチルイミダゾールが挙げられる。テトラゾールの例としては、1-H-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-フェニル-5-メルカプト-1H-テトラゾール、5,5’-ビス-1H-テトラゾール、1-メチル-5-エチルテトラゾール、1-メチル-5-メルカプトテトラゾール、1-カルボキシメチル-5-メルカプトテトラゾールなどが挙げられる。前記任意使用の(optional)銅不動態化剤の量は、採用される場合、本開示の誘電体膜形成組成物の全重量の約0.1重量%以上(例えば、約0.2重量%以上若しくは約0.5重量%以上)及び/又は約3.0重量%以下(例えば、約2.0重量%以下若しくは約1.0重量%以下)である。
【0050】
いくつかの実施形態では、本開示の誘電体膜形成組成物は、任意に(optionally)、1種又は複数種の(例えば、2種、3種、又は4種の)可塑剤、酸化防止剤、染料及び/又は着色剤を含有してもよい。
【0051】
いくつかの実施形態では、誘電体膜は、本開示の誘電体膜形成組成物から、(a)本開示に記載の誘電体膜形成組成物を基板(例えば、半導体基板)上にコーティングして誘電体膜を形成する工程と、(b)任意に(optionally)、前記膜を高温(例えば、約50℃~約150℃)で一定期間(例えば、約20秒~約600秒)ベーキングする工程とを含有するプロセスによって調製されてもよい。
【0052】
前記誘電体膜を調製するためのコーティング方法としては、これらに限定されないが、(1)スピンコーティング法、(2)スプレーコーティング法、(3)ロールコーティング法、(4)ロッドコーティング法、(5)回転コーティング法、(6)スリットコーティング法、(7)圧縮コーティング法、(8)カーテンコーティング法、(9)ダイコーティング法、(10)ワイヤーバーコーティング法、(11)ナイフコーティング法、(12)乾燥膜のラミネート法が挙げられる。コーティング方法(1)~(11)の場合、前記誘電体膜形成組成物は、典型的には溶液の形態で提供される。当業者は、前記コーティングタイプに基づいて適切な溶媒タイプ及び溶媒濃度を選択するであろう。
【0053】
基板(substrate)は、様々な寸法のウエハ又はパネルなどの円形、正方形又は長方形の形状を有してもよい。適切な基板の例は、エポキシ成形化合物(EMC)、シリコン、ガラス、銅、ステンレス鋼、銅クラッド積層体(CCL)、アルミニウム、酸化ケイ素及び窒化ケイ素である。基板は、ポリイミド、PEEK、ポリカーボネート、及びポリエステル膜などの可撓性であってもよい。基板は、表面実装又は埋め込みチップ、ダイ、又はパッケージを有してもよい。基板は、シード層とパッシベーション層との組み合わせがスパッタリング又はプレコーティングされてもよい。いくつかの実施形態では、本開示で言及される基板は半導体基板であってもよい。本開示で使用される場合、半導体基板は、最終的な電子デバイスの一部となる基板(例えば、シリコン又は銅の基板又はウエハ)である。
【0054】
本開示の誘電体膜の厚さは、特に限定されない。いくつかの実施形態では、前記誘電体膜は、約1ミクロン以上(例えば、約2ミクロン以上、約3ミクロン以上、約4ミクロン以上、約5ミクロン以上、約6ミクロン以上、約8ミクロン以上、約10ミクロン以上、約15ミクロン以上、約20ミクロン以上、若しくは約25ミクロン以上)及び/又は約100ミクロン以下(例えば、約90ミクロン以下、約80ミクロン以下、約70ミクロン以下、約60ミクロン以下、約50ミクロン以下、約40ミクロン以下、若しくは約30ミクロン以下)の膜厚を有する。いくつかの実施形態では、前記誘電体膜の厚さは、約5ミクロン未満(例えば、約4.5ミクロン未満、約4.0ミクロン未満、約3.5ミクロン未満、約3.0ミクロン未満、約2.5ミクロン未満、又は約2.0ミクロン未満)である。
【0055】
いくつかの実施形態では、前記誘電体組成物が感光性である場合、パターニングされた感光性誘電体膜を調製する前記プロセスは、リソグラフィプロセスによって、前記感光性誘電体膜をパターニングされた誘電体膜に変換することを含む。そのような場合、前記変換は、パターニングされたマスクを使用して、前記感光性誘電体膜を高エネルギー放射線(電子線、紫外線、X線など)に曝露することを含んでもよい。
【0056】
前記曝露後、前記誘電体膜は、約50℃以上(例えば、約55℃以上、約60℃以上、又は約65℃以上)から約100℃以下(例えば、約95℃以下、又は約90℃以下、約85℃以下、約80℃以下、約75℃以下、又は約70℃以下)まで、約60秒以上(例えば、約65秒以上、又は約70秒以上)から約240秒以下(例えば、約180秒以下、約120秒以下又は約90秒以下)にわたって熱処理されてもよい。前記熱処理は、通常、ホットプレート又はオーブンを用いて達成される。
【0057】
前記曝露及び熱処理後、現像液の使用によって前記誘電体膜を現像して未曝露部分を除去し、前記基板上に開口部やレリーフ像を形成してもよい。現像は、例えば浸漬法やスプレー法により実施されてもよい。現像後、前記積層基板上の前記誘電体膜にマイクロホールや細線が発生する場合がある。
【0058】
いくつかの実施形態では、前記誘電体膜は、有機現像剤の使用によって現像されてもよい。そのような現像剤の例としては、これらに限定されないが、ガンマ-ブチロラクトン(GBL)、ジメチルスルホキシド(DMSO)、N,N-ジエチルアセトアミド、メチルエチルケトン(MEK)、メチルイソブチルケトン(MIBK)、2-ヘプタノン、シクロペンタノン(CP)、シクロヘキサノン、酢酸n-ブチル(nBA)、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート(PGMEA)、プロピレングリコールメチルエーテル(PGME)、乳酸エチル(EL)、乳酸プロピル、3-メチル-3-メトキシブタノール、テトラリン、イソホロン、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジ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メチルエチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、メチル3-メトキシプロピオネート、エチル3-エトキシプロピオネート、ジエチルマロネート、エチレングリコール、1,4:3,6-ジアンヒドロソルビトール、イソソルビドジメチルエーテル、1,4:3,6-ジアンヒドロソルビトール2,5-ジエチルエーテル(2,5-ジエチルイソソルビド)及びそれらの混合物が挙げられる。好ましい現像剤は、ガンマ-ブチロラクトン(GBL)、シクロペンタノン(CP)、シクロヘキサノン、乳酸エチル(EL)、酢酸n-ブチル(nBA)及びジメチルスルホキシド(DMSO)である。より好ましい現像剤は、ガンマ-ブチロラクトン(GBL)、シクロペンタノン(CP)及びシクロヘキサノンである。これらの現像剤は、個々に、又は2種以上の組み合わせで使用して、特定の組成物及びリソグラフィプロセスの画質を最適化することができる。
【0059】
いくつかの実施形態では、前記誘電体膜は、水性現像剤の使用によって現像されてもよい。前記現像剤が水溶液である場合、前記現像剤は好ましくは1種又は複数種の水性塩基を含有する。適切な塩基の例としては、これらに限定されないが、無機アルカリ(例えば、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム)、第一級アミン(例えば、エチルアミン、n-プロピルアミン)、第二級アミン(例えば、ジエチルアミン、ジ-n-プロピルアミン)、第三級アミン(例えば、トリエチルアミン)、アルコールアミン(例えば、トリエタノールアミン)、第四級アンモニウム水酸化物(例えば、水酸化テトラメチルアンモニウム又は水酸化テトラエチルアンモニウム)、及びそれらの混合物が挙げられる。採用される前記塩基の濃度は、例えば、採用される前記ポリマーの塩基溶解度に応じて変化する。最も好ましい水性現像剤は、水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)を含有するものである。TMAHの適切な濃度は、約1%~約5%の範囲である。
【0060】
いくつかの実施形態では、有機現像剤による前記現像後、残留物を除去するために有機リンス溶媒を用いた、任意使用の(optional)リンス処理を実施してもよい。有機リンス溶媒の適切な例としては、これらに限定されないが、イソプロピルアルコール、メチルイソブチルカルビノール(MIBC)、プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)、及びアミルアルコールなどのアルコール;酢酸n-ブチル(nBA)、乳酸エチル(EL)及び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)などのエステル類;メチルエチルケトンなどのケトン類、並びにそれらの混合物が挙げられる。
【0061】
いくつかの実施形態では、前記現像工程又は前記任意使用の(optional)リンス処理工程の後、任意使用の(optionally)ベーキング工程(例えば、現像後ベーキング)を、約120℃以上(例えば、約130℃以上、約140℃以上、約150℃以上、約160℃以上、約170℃以上、又は約180℃以上)から約250℃以下(例えば、約240℃以下、約230℃以下、約220℃以下、約210℃以下、約200℃以下又は約190℃以下)の範囲の温度で実施してもよい。ベーキング時間は、約5分以上(例えば、約10分以上、約20分以上、約30分以上、約40分以上、約50分以上、若しくは約60分以上)及び/又は約5時間以下(例えば、約4時間以下、約3時間以下、約2時間以下、若しくは約1.5時間以下)である。このベーキング工程により、前記残存する誘電体膜から残留溶剤を除去し、前記残存する誘電体膜をさらに架橋させることができる。現像後ベーキングは、空気中、又は好ましくは窒素のブランケット下で行ってもよく、任意の適切な加熱手段によって実施されてもよい。
【0062】
いくつかの実施形態では、前記パターニングされた誘電体膜は、約10ミクロン以下(例えば、約9ミクロン以下、約8ミクロン以下、約7ミクロン以下、約6ミクロン以下、約5ミクロン以下、約4ミクロン以下、約3ミクロン以下、約2ミクロン以下、又は約1ミクロン以下)のフィーチャサイズを有する少なくとも1つの要素を含む。本開示の1つの重要な態様は、本開示に記載の誘電体膜形成組成物から調製された前記誘電体膜が、レーザアブレーションプロセスによって、約3ミクロン以下(例えば、2ミクロン以下又は1ミクロン以下)のフィーチャサイズを有するパターニングされた膜を製造することができることである。
【0063】
いくつかの実施形態では、本開示の前記パターニングされた誘電体膜のフィーチャ(例えば、最小フィーチャ)のアスペクト比(高さ対幅の比)は、約1/3以上(例えば、約1/2以上、約1/1以上、約2/1以上、約3/1以上、約4/1以上、又は約5/1以上)である。
【0064】
いくつかの実施形態(例えば、前記誘電体膜形成組成物が非感光性である場合)では、パターニングされた誘電体膜を調製するプロセスは、レーザアブレーション技術によって前記誘電体膜をパターニングされた誘電体膜に変換することを含む。エキシマレーザ光を用いた直接レーザアブレーションプロセスは、一般に、前記誘電体膜に開口部(又はパターン)を形成するための乾式一段階材料除去である。いくつかの実施形態では、レーザの波長は351nm以下(例えば、351nm、308nm、248nm又は193nm)である。適切なレーザアブレーションプロセスの例としては、これらに限定されないが、その内容が参照により本開示に組み込まれる米国特許第7,598,167号、同第6,667,551号、及び同第6,114,240号に記載されているプロセスが挙げられる。
【0065】
前記誘電体膜形成組成物が非感光性である実施形態では、前記組成物を使用して二重層フォトレジスト内における下層を形成してもよい。そのような実施形態では、前記二重層フォトレジストの上部層は感光層であってもよく、高エネルギー放射線への曝露時にパターニングされてもよい。前記上部層の前記パターンは、前記下層である誘電体層に転写されてもよい(例えば、エッチングによる)。次いで、前記上部層を除去して(例えば、湿式化学エッチング法に使用による)、パターニングされた誘電体膜を形成してもよい。
【0066】
いくつかの実施形態では、本開示は、(a)開口部を有するパターンニングされた誘電体膜を形成する工程と、d)前記パターニングされた誘電体膜の少なくとも1つの開口部に金属層(例えば、導電性金属層)を堆積させる工程とを含む、(例えば、埋め込み銅トレース構造を作成するために)金属層を堆積させるためのプロセスを特徴とする。例えば、前記プロセスは、(a)本開示の誘電体膜形成組成物を基板(例えば、半導体基板)上に付与(deposit)して誘電体膜を形成する工程と、(b)前記誘電体膜を放射線若しくは熱、又はそれらの組み合わせの供給源に(例えば、マスクを介して)曝露する工程と、(c)前記誘電体膜をパターニングして、開口部を有するパターニングされた誘電体膜を形成する工程と、(d)前記パターニングされた誘電体膜の少なくとも1つの開口部に金属層(例えば、導電性金属層)を堆積させる工程とを含んでもよい。いくつかの実施形態では、工程(a)~(d)を、1又は複数の回数(例えば、2回、3回、又は4回)繰り返してもよい。
【0067】
いくつかの実施形態では、本開示は、半導体基板上に金属層(例えば、埋め込み銅トレース構造を作成するための導電性銅層)を堆積させるプロセスを特徴とする。いくつかの実施形態では、これを達成するために、前記パターニングされた誘電体膜にコンフォーマルなシード層が、前記パターニングされた誘電体膜上(例えば、前記膜の前記開口部の外側)に最初に付与(deposit)される。シード層は、バリア層及び金属シード層(例えば、銅シード層)を含有してもよい。いくつかの実施形態では、前記バリア層は、前記誘電体層を介した導電性金属(例えば、銅)の拡散を防止することができる材料を使用することによって作製される。前記バリア層に使用することができる適切な材料としては、これらに限定されないが、タンタル(Ta)、チタン(Ti)、窒化タンタル(TiN)、窒化タングステン(WN)、及びTa/TaNが挙げられる。前記バリア層の適切な形成方法は、スパッタリング(例えば、PVD又は物理蒸着)である。スパッタリング堆積は、多くの導電性材料を高い堆積速度で、良好な均一性及び低い所有コストで堆積させるために使用することができるので、金属堆積技術としていくつかの利点を有する。従来のスパッタリング充填は、より深く、より狭い(高アスペクト比)フィーチャに関して、比較的悪い結果をもたらす。スパッタリングによる充填係数は、スパッタリングされる流束を平行化することで改善されている。典型的には、これは、六角形のセルのアレイを有するコリメータプレートをターゲットと基板との間に挿入することによって達成される。
【0068】
前記プロセスの次の工程は、金属シード付与(deposit)である。後続の工程で形成される前記金属層(例えば、銅層)の堆積を改善するために、薄い金属(例えば、銅などの導電性金属)シード層を前記バリア層の上に形成してもよい。
【0069】
前記プロセスの次の工程は、前記パターニングされた誘電体膜の前記開口部内の前記金属シード層の上に導電性金属層(例えば、銅層)を堆積させることであり、前記金属層は、前記パターニングされた誘電体膜の前記開口部を充填するのに十分な厚さである。前記パターニングされた誘電体膜の前記開口部を充填するための前記金属層は、めっき(無電解めっき、電解めっきなど)、スパッタリング、プラズマ蒸着(PVD)、化学蒸着(CVD)により堆積されてもよい。電気化学堆積は、他の堆積方法よりも経済的であり、前記インターコネクトフィーチャに銅を欠陥なく充填することができるので、一般に銅を適用する好ましい方法である。銅堆積方法は、一般に、半導体産業の厳しい要件を満たさなければならない。例えば、銅堆積物は均一で、例えば100nm以下の開口部を有するデバイスの小さなインターコネクトフィーチャを欠陥なく充填することができなければならない。この技術は、例えば、米国特許第5,891,804号明細書(Havemann et al.)、米国特許第6,399,486号明細書(Tsai et al.)、及び米国特許第7,303,992号明細書(Paneccasio et al.)に記載されており、その内容は参照により本開示に組み込まれる。
【0070】
いくつかの実施形態では、導電性金属層を堆積させる前記プロセスは、前記導電性金属の過剰付与部(overburden)を除去すること、又は前記シード層(例えば、前記バリア層及び前記金属シード層)を除去することをさらに含む。いくつかの実施形態では、前記導電性金属層(例えば、銅層)の過剰付与部(overburden)は、約3ミクロン以下(例えば、約2.8ミクロン以下、約2.6ミクロン以下、約2.4ミクロン以下、約2.2ミクロン以下、約2.0ミクロン以下、又は約1.8ミクロン以下)及び約0.4ミクロン以上(例えば、約0.6ミクロン以上、約0.8ミクロン以上、約1.0ミクロン以上、約1.2ミクロン以上、約1.4ミクロン以上、又は約1.6ミクロン以上)である。銅の過剰付与部(overburden)を除去するための銅エッチング剤の例としては、塩化第二銅及び塩酸を含有する水溶液、又は硝酸第二鉄及び塩酸の水性混合物が挙げられる。他の適切な銅エッチング剤の例としては、これらに限定されないが、その内容が参照により本開示に組み込まれる米国特許第4,784,785号、同第3,361,674号、同第3,816,306号、同第5,524,780号、同第5,650,249号、同第5,431,776号、及び同第5,248,398号、並びに米国特許出願公開第2017175274号に記載されている銅エッチング剤が挙げられる。
【0071】
いくつかの実施形態は、ライン及びインターコネクトのネットワークを形成する導電性金属(例えば、銅)ワイヤ構造を含有する金属構造基板を本開示の誘電体膜によって取り囲むプロセスを記載する。前記プロセスは、
a)前記基板上にライン及びインターコネクトのネットワークを形成する導電性金属ワイヤ構造を含有する基板を準備する工程と、
b)前記基板上に本開示の誘電体膜形成組成物を付与(deposit)して、誘電体膜を形成する(例えば、導電性金属ライン及びインターコネクトを取り囲む誘電体膜を形成する)工程と、
c)前記誘電体膜を放射線若しくは熱、又は放射線と熱との組み合わせの供給源に(マスクを用いて、又は用いずに)曝露する工程と
を含んでもよい。
【0072】
複雑な多層の三次元物体を形成するために、上記の工程を複数回(例えば、2回、3回、又は4回)繰り返してもよい。
【0073】
いくつかの実施形態では、本開示は、乾燥膜構造体を調製する方法を特徴とする。前記方法は、
a)キャリア基板(例えば、少なくとも1つのポリマー又はプラスチック膜を含む基板)を、本開示に記載の誘電体膜形成組成物でコーティングすることと、
b)前記コーティングされた誘電体膜形成組成物を乾燥して乾燥膜を形成することと、
c)任意に(optionally)、前記乾燥膜に保護層を付与(apply)することと
を含んでもよい。
【0074】
いくつかの実施形態では、前記キャリア基板は、1種又は複数種のポリマー(例えば、ポリエチレンテレフタレート)を含んでもよい単層又は多層のポリマー又はプラスチック膜である。いくつかの実施形態では、前記キャリア基板は優れた光透過性を有し、前記ポリマー層にレリーフパターンを形成するために使用される化学線照射に対して実質的に透明である。前記キャリア基板の厚さは、好ましくは、約10μm以上(例えば、約15μm以上、約20μm以上、約30μm以上、約40μm以上、約50μm以上又は約60μm以上)から約150μm以下(例えば、約140μm以下、約120μm以下、約100μm以下、約90μm以下、約80μm以下又は約70μm以下)の範囲内である。
【0075】
いくつかの実施形態では、前記保護層は、1種又は複数種のポリマー(例えば、ポリエチレン又はポリプロピレン)を含んでもよい単層又は多層膜である。キャリア基板及び保護層の例は、例えば、米国特許出願公開第2016/0313642号に記載されており、その内容は参照により本開示に組み込まれる。
【0076】
いくつかの実施形態では、前記乾燥膜の前記誘電体膜は、自立型誘電体膜としてキャリア層から剥離(delaminate)されてもよい。自立型誘電体膜は、キャリア層などの支持層を使用することなく、その物理的完全性を維持することができる膜である。いくつかの実施形態では、前記自立型誘電体膜は架橋も硬化もせず、前記溶媒を除いて上記の誘電体膜形成組成物の成分を含んでもよい。
【0077】
いくつかの実施形態では、10GHz、15GHz、及び/又は35GHzで測定した、本開示の誘電体膜形成組成物から調製された前記膜の誘電正接又は損失係数は、約0.001以上(例えば、約0.002以上、約0.003以上、約0.004以上、約0.005以上、約0.01以上、又は約0.05以上)から約0.1以下(例えば、約0.08以下、約0.06以下、約0.05以下、約0.04以下、約0.02以下、約0.01以下、約0.008以下、約0.006以下又は約0.005以下)の範囲内である。
【0078】
いくつかの実施形態では、前記乾燥膜構造体の前記誘電体膜は、平面圧縮法又は熱ロール圧縮法を用いて前記乾燥膜構造体の前記誘電体膜を予備ラミネートした後、約50℃~約140℃で真空ラミネーターを使用して基板(例えば、ウエハなどの半導体基板)にラミネートされてもよい。前記熱ロールラミネーションを採用する場合、前記乾燥膜構造体を熱ロールラミネーターに入れ、前記任意使用の(optional)保護層を前記誘電体膜/キャリア基板から剥離し、熱及び圧力と共にローラーを使用して前記誘電体膜を基板に接触させ及びラミネートし、前記基板、前記誘電体膜及び前記キャリア基板を含有する物品を形成することができる。次いで、前記誘電体膜を放射線源又は熱源に曝露(例えば、キャリア基板を介して)して、架橋感光性誘電体膜を形成してもよい。いくつかの実施形態では、前記誘電体膜を放射線源又は熱源に曝露する前に、前記キャリア基板は除去されてもよい。
【0079】
本開示のいくつかの実施形態は、銅パターンを有する基板上に平坦化誘電体膜を生成するプロセスを説明する。いくつかの実施形態では、前記プロセスは、銅パターンを有する基板上に誘電体膜形成組成物を付与(deposit)して、誘電体膜を形成することを含む。いくつかの実施形態では、前記プロセスは、
a.本開示の誘電体膜形成組成物を準備する工程と、
b.銅パターンを有する基板上に前記誘電体膜形成組成物を付与(deposit)して、誘電体膜を形成する工程と
を含み、前記誘電体膜の上面の最高点と最低点との差は約2ミクロン未満(例えば、1.5ミクロン未満、1ミクロン未満又は0.5ミクロン未満)である。
【0080】
いくつかの実施形態では、本開示は、本開示に記載のプロセスによって形成された少なくとも1つのパターンニングされた誘電体膜を含有する物品を特徴とする。そのような物品の例としては、半導体基板、電子機器用の可撓性膜、ワイヤアイソレーション、ワイヤコーティング、ワイヤエナメル、又はインク付き基板が挙げられる。いくつかの実施形態では、本開示は、これらの物品のうちの1又は複数を含む半導体デバイスを特徴とする。このような物品から作製され得る半導体デバイスの例としては、集積回路、発光ダイオード、太陽電池、及びトランジスタが挙げられる。
【0081】
本開示で引用されるすべての刊行物(例えば、特許、特許出願公開、及び論文)の内容は、その全体が参照により本開示に組み込まれる。
【0082】
本開示は、以下の実施例を参照してより詳細に説明されるが、これらは例示を目的とするものであり、本開示の範囲を限定するものと解釈されるべきではない。
【実施例
【0083】
組成物実施例1(CE-1)
感光性誘電体膜形成組成物(CE-1)を、100部の下記に示す重量平均分子量54,000ダルトンのポリイミドポリマー(P-1)の29.19%シクロペンタノン溶液、2.76部のシクロペンタノン、41.5部のプロピレンカーボネート、1.75部のPolyFox 6320(OMNOVA Solutionsから入手可能な界面活性剤)の0.5重量%プロピレンカーボネート溶液、1.46部のメタクリロキシプロピルトリメトキシシラン(接着促進剤)、0.88部の2-(O-ベンゾイルオキシム)-1-[4-(フェニルチオ)フェニル]-1,2-オクタンジオン(BASFから入手可能なIrgacure OXE-1、光開始剤)、0.06部のモノメチルエーテルヒドロキノン(酸化防止剤)、10.95部のテトラエチレングリコールジアクリレート(反応性官能化合物)、3.65部のペンタエリスリトールトリアクリレート(反応性官能化合物)、2.92部の2,2-ビス(4-シアナトフェニル)プロパン(シアネートエステル)、及び0.15部の5-メチルベンゾトリアゾール(銅防錆剤)を使用することによって調製した。24時間機械的に撹拌した後、この溶液を0.2ミクロンフィルタ(Meissner Corporation製のUltradyne、カタログ番号CLTM0.2-552)を使用することによって濾過した。
【0084】
この組成物により形成された誘電体膜のTgは267℃であり、後述する比較組成物1により形成された誘電体膜のTg(248℃)よりも高かった。
【0085】
【化4】
【0086】
リソグラフィプロセス実施例1
感光性組成物CE-1をシリコンウエハ上にスピンコーティングし、ホットプレートを使用して95℃で6分間ベーキングして、厚さ7.95ミクロンのコーティングを形成した。前記感光性ポリイミド膜を、Cannon製4000 IE i線ステッパーを使用して様々なレベルの露光エネルギーで露光した。
【0087】
シクロペンタノンを現像剤として使用することによって(1×40秒の動的現像(dynamic development))、未露光部分を除去し、続いて前記現像膜をPGMEAで15秒間すすいでパターンを形成した。100mJ/cmのフォトスピードで4ミクロンの解像度が達成された。膜厚損失は17.9%であった。
【0088】
組成物実施例2(CE-2)
感光性誘電体膜形成組成物CE-2を、100部の重量平均分子量54,000ダルトンのポリイミドポリマー(P-1)の29.19%シクロペンタノン溶液、2.76部のシクロペンタノン、41.5部のプロピレンカーボネート、1.75部のPolyFox 6320の0.5重量%プロピレンカーボネート溶液、1.46部のメタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、0.88部のIrgacure OXE-1、0.06部のモノメチルエーテルヒドロキノン、10.95部のテトラエチレングリコールジアクリレート、3.65部のペンタエリスリトールトリアクリレート、5.84部の2,2-ビス(4-シアナトフェニル)プロパン、及び0.15部の5-メチルベンゾトリアゾールを使用することによって調製した。24時間機械的に撹拌した後、この溶液を0.2ミクロンフィルタ(Meissner Corporation製のUltradyne、カタログ番号CLTM0.2-552)を使用することによって濾過した。
【0089】
この組成物により形成された誘電体膜のTgは273℃であり、後述する比較組成物1により形成された誘電体膜のTg(248℃)よりも高かった。
【0090】
組成物実施例3(CE-3)
感光性誘電体膜形成組成物(CE-3)を、100部の重量平均分子量54,000ダルトンのポリイミドポリマー(P-1)の29.19%シクロペンタノン溶液、2.76部のシクロペンタノン、41.5部のプロピレンカーボネート、1.75部のPolyFox 6320の0.5重量%プロピレンカーボネート溶液、1.46部のメタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、0.88部のIrgacure OXE-1、0.06部のモノメチルエーテルヒドロキノン、10.95部のテトラエチレングリコールジアクリレート、3.65部のペンタエリスリトールトリアクリレート、4.3部の2,2-ビス(4-シアナトフェニル)プロパン、及び0.15部の5-メチルベンゾトリアゾールを使用することによって調製した。24時間機械的に撹拌した後、この溶液を0.2ミクロンフィルタ(Meissner Corporation製のUltradyne、カタログ番号CLTM0.2-552)を使用することによって濾過した。
【0091】
この組成物により形成された誘電体膜のTgは270℃であり、後述する比較組成物1により形成された誘電体膜のTg(248℃)よりも高かった。
【0092】
組成物実施例4(CE-4)
感光性誘電体膜形成組成物(CE-4)を、100部の重量平均分子量54,000ダルトンのポリイミドポリマー(P-1)の29.19%シクロペンタノン溶液、2.76部のシクロペンタノン、41.5部のプロピレンカーボネート、1.75部のPolyFox 6320の0.5重量%プロピレンカーボネート溶液、1.17部のメタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、0.29部のガンマグリシドキシプロピルトリメトキシシラン(Silquest A-187)、0.88部のIrgacure OXE-1、0.06部のモノメチルエーテルヒドロキノン、10.95部のテトラエチレングリコールジアクリレート、3.65部のペンタエリスリトールトリアクリレート、2.92部の2,2-ビス(4-シアナトフェニル)プロパン、及び0.15部の5-メチルベンゾトリアゾールを使用することによって調製した。24時間機械的に撹拌した後、この溶液を0.2ミクロンフィルタ(Meissner Corporation製のUltradyne、カタログ番号CLTM0.2-552)を使用することによって濾過した。
【0093】
組成物実施例5(CE-5)
感光性誘電体膜形成組成物(CE-5)を、100部の重量平均分子量54,000ダルトンのポリイミドポリマー(P-1)の29.19%シクロペンタノン溶液、2.76部のシクロペンタノン、41.5部のプロピレンカーボネート、1.75部のPolyFox 6320の0.5重量%プロピレンカーボネート溶液、1.46部のガンマグリシドキシプロピルトリメトキシシラン、0.88部のIrgacure OXE-1、0.06部のモノメチルエーテルヒドロキノン、10.95部のテトラエチレングリコールジアクリレート、3.65部のペンタエリスリトールトリアクリレート、2.92部の2,2-ビス(4-シアナトフェニル)プロパン、及び0.15部の5-メチルベンゾトリアゾールを使用することによって調製した。24時間機械的に撹拌した後、この溶液を0.2ミクロンフィルタ(Meissner Corporation製のUltradyne、カタログ番号CLTM0.2-552)を使用することによって濾過した。
【0094】
比較組成物実施例1(CCE-1)
感光性誘電体膜形成組成物(CCE-1)を、100部の重量平均分子量54,000のポリイミドポリマー(P-1)の29.19%シクロペンタノン溶液、2.76部のシクロペンタノン、41.5部のプロピレンカーボネート、1.75部のPolyFox 6320の0.5重量%プロピレンカーボネート溶液、1.46部のメタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、0.88部のIrgacure OXE-1、0.06部のモノメチルエーテルヒドロキノン、10.95部のテトラエチレングリコールジアクリレート、3.65部のペンタエリスリトールトリアクリレート、及び0.15部の5-メチルベンゾトリアゾールを使用することによって調製した。換言すれば、組成物CCE-1は、シアネートエステル化合物を含まなかった。24時間機械的に撹拌した後、上記溶液を0.2ミクロンフィルタ(Meissner Corporation製のUltradyne、カタログ番号CLTM0.2-552)を使用することによって濾過した。この組成物によって形成した誘電体膜のTgは248℃であった。
【0095】
組成物実施例6(CE-6)
感光性誘電体膜形成組成物(CE-6)を、100部の、以下に示す構造を有する重量平均分子量24,500ダルトンのポリイミドポリマー(P-2)の31.21%GBL溶液、10.1部のGBL、44.45部のプロピレンカーボネート、1.75部のPolyFox 6320の0.5重量%プロピレンカーボネート溶液、1.25部のメタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、0.31部のガンマグリシドキシプロピルトリメトキシシラン(Silquest A-187)、0.94部のIrgacure OXE-1、0.06部のモノメチルエーテルヒドロキノン、11.70部のテトラエチレングリコールジアクリレート、3.90部のペンタエリスリトールトリアクリレート、3.12部の2,2-ビス(4-シアナトフェニル)プロパン、及び0.16部の5-メチルベンゾトリアゾールを使用することによって調製した。24時間機械的に撹拌した後、この溶液を0.2ミクロンフィルタ(Meissner Corporation製のUltradyne、カタログ番号CLTM0.2-552)を使用することによって濾過した。
【0096】
【化5】
【0097】
組成物実施例7(CE-7)
感光性誘電体膜形成組成物CE-7を、100部の重量平均分子量54,000ダルトンのポリイミドポリマー(P-1)の29.19%シクロペンタノン溶液、2.76部のシクロペンタノン、41.5部のプロピレンカーボネート、1.75部のPolyFox 6320の0.5重量%プロピレンカーボネート溶液、1.46部のトリエトキシシリルプロピルエチルカルバメート、0.88部の1-[9-エチル-6-(2-メチルベンゾイル)-9H-カルバゾール-3-イル]エタノン1-(O-アセチルオキシム)(BASF製Irgacure OXE-2)、0.06部のモノメチルエーテルヒドロキノン、10.95部の1,6-ヘキサンジオールジメタクリレート、3.65部の1,3-ブタンジオールトリ(メタ)アクリレート、及び2.92部のDCPノボラック(製品名Primaset(登録商標)DT-4000)(シアネートエステル化合物)、及び0.15部の5-メチルベンゾトリアゾールを使用することによって調製する。24時間機械的に撹拌した後、この溶液を0.2ミクロンフィルタ(Meissner Corporation製のUltradyne、カタログ番号CLTM0.2-552)を使用することによって濾過する。
【0098】
組成物実施例8(CE-8)
感光性誘電体膜形成組成物(CE-8)を、30部の、米国特許第6,929,891号の合成例3に記載のポリベンゾオキサゾール前駆体ポリマー(ポリマーP-3)、2.76部のシクロペンタノン、41.5部のプロピレンカーボネート、1.75部のPolyFox 6320(OMNOVA Solutionsから入手可能)の0.5重量%プロピレンカーボネート溶液、1.46部の3-(トリエトキシシリル)プロピルコハク酸無水物、0.88部の1,8-ビス[9-(2-エチルヘキシル)-6-ニトロ-9H-カルバゾール-3-イル]-1,8-ビス(O-アセチルオキシム)、0.06部のモノメチルエーテルヒドロキノン、10.95部のテトラエチレングリコールジメタクリレート、3.65部の1,4-ブタンジオールトリアクリレート、1.46部の2,2-ビス(4-シアナトフェニル)プロパン、1.46部のDCPノボラック(製品名Primaset(登録商標)DT-4000)及び0.15部の5-メチルベンゾトリアゾールを使用することによって調製する。24時間機械的に撹拌した後、この溶液を0.2ミクロンフィルタ(Meissner Corporation製のUltradyne、カタログ番号CLTM0.2-552)を使用することによって濾過する。
【0099】
【化6】
【0100】
組成物実施例9(CE-9)
感光性誘電体膜形成組成物(CE-9)を、30部の、4,4’-オキシフタル酸無水物(ODPA)、4,4’-ジアミノフェニルエーテル(ODA)(ポリマーP-4)及び2-ヒドロキシエチルメタクリレートから生成されたポリアミド酸エステルの29.19%溶液、2.76部のシクロペンタノン、41.5部のプロピレンカーボネート、1.75部のPolyFox 6320の0.5重量%プロピレンカーボネート溶液、1.17部の3-(トリエトキシシリル)プロピルコハク酸無水物、0.29部のガンマグリシドキシプロピルトリメトキシシラン(Silquest A-187)、0.88部の1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン(BASF製Irgacure 184)、0.06部のモノメチルエーテルヒドロキノン、10.95部の1,12-ドデカンジオールジメタクリレート、3.65部のジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、2.92部のノボラック(製品名Primaset(登録商標)PT-30)(シアネートエステル化合物)、及び0.15部の5-メチルベンゾトリアゾールを使用することによって調製する。24時間機械的に撹拌した後、この溶液を0.2ミクロンフィルタ(Meissner Corporation製のUltradyne、カタログ番号CLTM0.2-552)を使用することによって濾過する。
【0101】
組成物実施例10(CE-10)
感光性誘電体膜形成組成物(CE-10)を、100部の重量平均分子量54,000のポリイミドポリマー(P-1)の29.19%シクロペンタノン溶液、2.76部のシクロペンタノン、41.5部のプロピレンカーボネート、1.75部のPolyFox 6320の0.5重量%プロピレンカーボネート溶液、1.17部の2-シアノエチルトリエトキシシラン、0.29部のガンマグリシドキシプロピルトリメトキシシラン(Silquest A-187)、0.88部のNCI-831(ADEKA Corp.)、0.06部のモノメチルエーテルヒドロキノン、10.95部の1,3-ブチレングリコールジメタクリレート、3.65部のジペンタエリスリトールペンタメタクリレート、2.92部のBP-M(HunstmanからAroCy(登録商標)XU 366として入手可能)(シアネートエステル化合物)、及び0.15部の5-メチルベンゾトリアゾールを使用することによって調製する。24時間機械的に撹拌した後、この溶液を0.2ミクロンフィルタ(Meissner Corporation製のUltradyne、カタログ番号CLTM0.2-552)を使用することによって濾過する。
【0102】
組成物実施例11(CE-11)
感光性誘電体膜形成組成物(CE-11)を、100部の重量平均分子量54,000のポリイミドポリマー(P-1)の29.19%シクロペンタノン溶液、2.76部のシクロペンタノン、41.5部のエチレンカーボネート、1.75部のPolyFox 6320の0.5重量%エチレンカーボネート溶液、1.17部の(N,N-ジエチルアミノプロピル)トリメトキシシラン、0.29部のガンマグリシドキシプロピルトリメトキシシラン(Silquest A-187)、0.88部のNCI-930(ADEKA Corp.)、0.06部のモノメチルエーテルヒドロキノン、10.95部のポリエチレングリコールジメタクリレート、3.65部のプロポキシ化(3)グリセロールトリ(メタ)アクリレート、2.92部のDCPノボラック(製品名Primaset(登録商標)DT-4000)、2.92部のシリカ(12.0g、Superior Silicaから供給されたシリカナノ粒子SUPSIL(商標)PREMIUM、単分散、電荷安定化)及び0.15部の1Hテトラゾールを使用することによって調製する。24時間機械的に撹拌した後、この溶液を0.2ミクロンフィルタ(Meissner Corporation製のUltradyne、カタログ番号CLTM0.2-552)を使用することによって濾過する。
【0103】
組成物実施例12(CE-12)
感光性誘電体膜形成組成物CE-12を、100部の重量平均分子量54,000のポリイミドポリマー(P-1)の29.19%シクロペンタノン溶液、2.76部のシクロペンタノン、41.5部のブチレンカーボネート、1.75部のPolyFox 6320の0.5重量%ブチレンカーボネート溶液、1.17部の3-トリメトキシシリルプロピルチオール、0.29部のガンマグリシドキシプロピルトリメトキシシラン(Silquest A-187)、0.88部のIrgacure OXE-1、0.06部のモノメチルエーテルヒドロキノン、10.95部のシクロヘキサンジメタノールジアクリレート、3.65部のジトリメチロールプロパンテトラメタクリレート、2.92部のDCPノボラック(製品名Primaset(登録商標)DT-4000)、2.92部のシリカ(12.0g、Superior Silicaから供給されたシリカナノ粒子SUPSIL(商標)PREMIUM、単分散、電荷安定化)、0.15部の2-[3-2H-ベンゾトリアゾール-2-イル)-4-ヒドロキシフェニル]エチルメタクリレート(BTZ-AC)、及び0.15部の5-メチルベンゾトリアゾールを使用することによって調製する。24時間機械的に撹拌した後、この溶液を0.2ミクロンフィルタ(Meissner Corporation製のUltradyne、カタログ番号CLTM0.2-552)を使用することによって濾過する。
【0104】
組成物実施例13(CE-13)
感光性誘電体膜形成組成物CE-13を、100部の、以下に示す構造を有する重量平均分子量74,500ダルトンのポリイミドポリマー(P-4)の31.21%シクロペンタノン溶液、10.1部のシクロペンタノン、44.45部のプロピレンカーボネート、1.75部のPolyFox 6320の0.5重量%プロピレンカーボネート溶液、1.25部のメタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、0.31部のガンマグリシドキシプロピルトリメトキシシラン(Silquest A-187)、0.94部のIrgacure OXE-1、0.06部のモノメチルエーテルヒドロキノン、11.70部の1,4-ブタンジオールジメタクリレート、3.90部のペンタエリスリトールテトラアクリレート、3.12部の2,2-ビス(4-シアナトフェニル)プロパン、及び0.16部の5-メチルベンゾトリアゾールを使用することによって調製する。24時間機械的に撹拌した後、この溶液を0.2ミクロンフィルタ(Meissner Corporation製のUltradyne、カタログ番号CLTM0.2-552)を使用することによって濾過する。
【0105】
【化7】
【0106】
乾燥膜実施例1
感光性誘電体膜形成組成物を、1345.24gの重量平均分子量58200のポリイミドポリマー(P-1)の31.69%シクロペンタノン溶液、1021.91gのプロピレンカーボネート、102.31gのPolyFox 6320の0.5重量%プロピレンカーボネート溶液、21.31gのメタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、34.11gのXU-378(Huntsmanから入手可能なビスフェノールMシアネートエステル)の50%シクロペンタノン溶液、12.79gのIrgacure OXE-1、0.43gのモノメチルエーテルヒドロキノン、138.55gのテトラエチレングリコールジアクリレート、53.39gのペンタエリスリトールトリアクリレート、21.32gのエチレングリコールジシクロペンテニルエーテルアクリレート、4.26gのジクミルペルオキシド、0.426gの5-メチルベンゾトリアゾールを使用することによって調製した。24時間機械的に撹拌した後、この溶液を0.2ミクロンフィルタを使用することによって濾過した。
【0107】
この感光性誘電体膜形成組成物を、Fujifilm USA(サウスカロライナ州グリーンウッド)製のスロットダイコーターを使用して、ライン速度2フィート/分(61cm/分)、60ミクロンのクリアランスで、キャリア基板として使用される幅16.2インチ、厚さ36ミクロンのポリエチレンテレフタレート(PET)膜(DuPont Teijin Films USA製TCH21)上に塗布し、194°Fで乾燥させて、厚さおよそ12.0ミクロンの感光性ポリマー層を取得した。このポリマー層上に、幅16インチ、厚さ30ミクロン(テキサス州ヒューストンのImpex Global製のBOPP)の二軸配向ポリプロピレン膜をロール圧縮によってラミネートして保護層として働くようにした。前記キャリア基板、前記感光性ポリマー層及び前記保護層は一緒になって乾燥膜(すなわち、DF-1)を形成した。
【0108】
膜の機械的特性測定の一般手順
濾過したポリマー溶液をスピンコーティングによって酸化ケイ素ウエハ上に塗布して、およそ21.0ミクロン~23.0ミクロンの厚さを有する膜を取得した。前記コーティングを90℃のホットプレートオーブンで10分間乾燥させた。次いで、前記膜を500mJ/cmで露光した。最後に、前記膜を、YESオーブンを使用して、真空下において170℃で2時間ベーキングした。2%フッ化水素酸溶液を使用することによって酸化ケイ素層から前記膜を剥離(delaminate)し、空気中50℃で8時間乾燥させた。室温に冷却した後、Tg測定のために、前記膜をDMAによって特性評価した。
【0109】
組成物実施例1-3(CE-1~CE-3)及び比較組成物実施例1(CCE-1)を使用して、上述の誘電体膜を調製した。それらのTg測定値を表1に要約する。
【0110】
【表1】
【0111】
三次元物体実施例1
8/8/6ミクロン~15/15/6ミクロンの範囲の銅めっきされたライン/スペース/高さパターンを有する酸化ケイ素ウエハ上に感光性組成物実施例4(CE-4)を1200rpmでスピンコーティングする。前記コーティングされた誘電体膜を、ホットプレートを使用して95℃で5分間ベーキングし、約13ミクロンの膜厚さとする。次いで、前記感光性誘電体膜を、LED i線露光ツールを使用することによって、500mJ/cmでブランケット露光する。前記誘電体膜を、YESオーブン内で170℃で2時間硬化させ、個々の銅構造が誘電体膜によって取り囲まれた三次元物体が形成される。
【0112】
銅堆積実施例1
感光性組成物実施例1(CE-1)をPVD-銅ウエハ上に1200rpmでスピンコーティングする。次いで、この膜をホットプレートを使用して95℃で6分間ベーキングし、厚さ8μmの膜を生成する。前記感光層を、Canon製i線ステッパー(NA 0.45、SIGMA 0.7)を用いて、トレンチテストパターンのレチクルを通して500mJ/cmの固定線量及び-1μmの固定焦点で露光する。次いで、シクロペンタノン/PGMEAを溶媒として40秒間の動的現像を使用することによって、前記露光層を現像し、光学顕微鏡によって観察され(断面走査型電子顕微鏡(SEM)によって確認される)超微細4μmトレンチパターンを含む50μm以下の寸法のトレンチを解像(resolve)する。このようにして形成された誘電体層をYESオーブン内で170℃で2時間硬化させる。
【0113】
次いで、前記ウエハを電気めっきし、SEMによって観察したとき、3.0μmの高さの銅線がすべてのトレンチ内に生成される。銅の電着は、銅イオン(30g/L)、硫酸(50g/L)、塩化物イオン(40ppm)、ポリ(プロピレングリコール)(500ppm)、3,3-ジチオビス(1-プロパンスルホネート)二ナトリウム(200ppm)、及びビス(スルホプロピル)ジスルフィド(100ppm)を含有する電解質組成物を使用して達成される。ビーカー中で撹拌しながら、陽極:銅、めっき温度:25℃、電流密度:10mA/cm、時間:2分の条件で電解めっきを行う。めっき後、前記微細トレンチを切断し、光学顕微鏡及び走査型電子顕微鏡を使用して銅充填条件を検査して、銅が空隙なく完全に充填されていることを確認する。堆積時間は、過剰付与(overburden)を避けるために制御される。
【0114】
組成物実施例14(CE-14)
誘電体膜形成組成物CE-14を、100部のBA-200(すなわち、Lonzaから入手可能な(2,2-ビス(4-シアナトフェニル)プロパン)の50%GBL溶液、17.65部の重量平均分子量54,000のポリイミドポリマー(P-1)の28.2%GBL溶液、7.06部のPolyFox 6320(OMNOVA Solutionsから入手可能)の0.5重量%GBL溶液、0.5部のジルコニルジメタクリレート(シアネート硬化触媒)、0.09部のジクミルペルオキシド、4.71部の2-ヒドロキシ-5-アクリロイルオキシフェニル-2H-ベンゾトリアゾールを使用することによって調製した。24時間機械的に撹拌した後、この溶液を0.2ミクロンフィルタ(Meissner Corporation製のUltradyne、カタログ番号CLTM0.2-552)を使用することによって濾過した。
【0115】
組成物実施例15(CE-15)
誘電体膜形成組成物CE-15を、100部のXU-378(Huntsmanから入手可能なビスフェノールMシアネートエステル)の50%GBL溶液、17.65部の重量平均分子量54,000のポリイミドポリマー(P-1)の28.2%GBL溶液、7.06部のPolyFox 6320(OMNOVA Solutionsから入手可能)の0.5重量%GBL溶液、0.5部のジルコニルジメタクリレート、0.09部のジクミルペルオキシド、4.71部の2-ヒドロキシ-5-アクリロイルオキシフェニル-2H-ベンゾトリアゾールを使用することによって調製した。24時間機械的に撹拌した後、この溶液を0.2ミクロンフィルタ(Meissner Corporation製のUltradyne、カタログ番号CLTM0.2-552)を使用することによって濾過した。
【0116】
組成物実施例16(CE-16)
誘電体膜形成組成物CE-16を、100部のBA-200(すなわち、Lonzaから入手可能な2,2-ビス(4-シアナトフェニル)プロパン)の50%GBL溶液、17.65部のDurimide 200ポリイミドポリマー(Huntsmanから入手可能)の25%GBL溶液、7.06部のPolyFox 6320(OMNOVA Solutionsから入手可能)の0.5重量%GBL溶液、0.5部のジルコニルジメタクリレート、0.09部のジクミルペルオキシド、4.71部の2-ヒドロキシ-5-アクリロイルオキシフェニル-2H-ベンゾトリアゾールを使用することによって調製した。24時間機械的に撹拌した後、この溶液を0.2ミクロンフィルタ(Meissner Corporation製のUltradyne、カタログ番号CLTM0.2-552)を使用することによって濾過した。
【0117】
組成物実施例17(CE-17)
誘電体膜形成組成物CE-17を、50部のBA-200(すなわち、Lonzaから入手可能な2,2-ビス(4-シアナトフェニル)プロパン)の50%GBL溶液、50部のXU-378(Huntsmanから入手可能)の50%GBL溶液、17.65部の重量平均分子量74,500ダルトンのポリイミドポリマー(P-4)の31.21%GBL溶液、重量平均分子量54,000のポリイミドポリマー(P-1)の28.2%GBL溶液、7.06部のPolyFox 6320(OMNOVA Solutionsから入手可能)の0.5重量%GBL溶液、0.5部のジルコニルジメタクリレート、0.09部のジクミルペルオキシド、4.71部の2-ヒドロキシ-5-アクリロイルオキシフェニル-2H-ベンゾトリアゾールを使用することによって調製した。24時間機械的に撹拌した後、この溶液を0.2ミクロンフィルタ(Meissner Corporation製のUltradyne、カタログ番号CLTM0.2-552)を使用することによって濾過した。
【0118】
表2は、組成物CE-14~CE-16の誘電率(K)及び損失係数(DF)を要約する。
【0119】
【表2】
【0120】
表2に示すように、CE-14~CE-16は、誘電率及び損失係数が非常に低い誘電体膜を形成することができた。
【国際調査報告】