TWI428697B - 氧化矽系正型感光性樹脂組成物 - Google Patents
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Description
本發明係關於,例如,適合用作為形成電子零件之保護膜、絕緣膜等用之材料、特別是,形成液晶等之平面顯示元件等中之層間絕緣膜用的材料之正型感光性樹脂組成物,以及使用其之圖型狀絕緣膜的形成方法、具有使用該正型感光性樹脂組成物之絕緣膜的半導體裝置,或具備主動式矩陣(active matrix)基板之平面顯示裝置及電子裝置(device)。
半導體裝置(device)或液晶顯示裝置之製作中,係使用層間絕緣膜。一般,層間絕緣膜係藉由塗佈或是藉由氣相堆積後透過光阻進行蝕刻而形成圖型。微細圖型的情況下,蝕刻係使用氣相蝕刻。但是,氣相蝕刻係有裝置成本高、處理速度慢等問題,因而開始進行以降低製程成本為目的之感光性層間絕緣膜材料的開發。
特別是,在液晶顯示裝置中,因像素電極與閘極/汲極配線間必須絕緣,及必須於裝置(device)平坦化用之透明層間絕緣膜上形成接觸孔之故,而要求具有正型之感光特性的感光性層間絕緣膜材料。此外,使經圖型化之被膜作為層間絕緣膜而使其殘留使用時,希望為介電率小的被膜。
因應該等要項,在特開2000-181069號公報中,係已揭示有包含形成含有聚矽氮烷與光酸產生劑之感光性聚矽氮烷組成物之塗膜的步驟、於前述塗膜上照射光為圖型狀之步驟、將前述塗膜經照射之部分溶解去除之步驟等而成之經圖型化聚矽氮烷膜的形成方法,以及包含使該經圖型化之聚矽氮烷膜藉由水解及燒成而轉化成氧化矽系陶瓷被膜之步驟等而成之經圖型化之絕緣膜的形成方法。
又,正型之感光性層間絕緣膜材料方面,在特開2004-107562號公報中係記載著由透明之丙烯酸樹脂與感光劑重氮萘醌(Diazonaphthoquinone,DNQ)所構成之組成物。
在使層間絕緣膜材料的透明性向上提升之手法方面,已知有例如,WO2007/094784A1公報中記載的,採用半導體之微細加工用感光材料(光阻)的方法。
[特許文獻1]特開2000-181069號公報
[特許文獻2]特開2004-107562號公報
[特許文獻3]WO2007/094784A1公報
特開2000-181069號公報中記載的使用聚矽氮烷之方法,係於以曝光‧顯像所成之圖型化的步驟後進行水解反應,且必須使其自聚矽氮烷構造轉化為聚矽氧烷構造。水解反應步驟中,若膜中的水分不足,則有反應無法充分進行之問題。又,聚矽氮烷化合物的水解反應中,會產生揮發性高的氨,且有有害性或腐蝕製造裝置的問題。
又,特開2004-107562公報中記載之使用由丙烯酸樹脂與感光劑重氮萘醌(DNQ)所成組成物之方法中,關於本來即已著色之感光劑DNQ,已知若於顯像後進行全面曝光而使DNQ完全分解,則可使絕緣膜透明。但是,丙烯酸樹脂的耐熱性約230℃,並不充分,且圖型化後的諸步驟中會發生基底樹脂的劣化反應而導致著色、變質等問題。
WO2007/094784A1公報中記載之使用化學增幅系材料的方法中,若僅此材料則耐熱性不足,在圖型化後的諸步驟中,會導致變形等的變質問題。
因此,本發明的第1課題在於提供感光特性充分,且絕緣特性、低介電性、耐熱性、厚膜化優異之正型感光性樹脂組成物。
本發明的其他課題在於提供感光特性充分,且絕緣特性、低介電性、耐熱性、厚膜化優異、視情況可易於製造透明性優異之氧化矽系被膜的氧化矽系被膜形成用組成物。
本發明之再一課題在於提供,高品質且信賴性優異之平面顯示器、或電子零件。
為了解決以上之課題,係如本發明中之代表性的構成。意即,一種氧化矽系正型感光性樹脂組成物,其係至少含有(a)成分:含R1
OCOASiX3
(式中,R1
、A表示有機基、X表示水解性基)之鹼水溶液可溶性的矽氧烷樹脂、(b)成分:阻溶化合物,其具有可藉由酸的作用而分解之官能基,可藉由酸的作用而對鹼顯像液的溶解性增大、(c)成分:酸產生劑,其係藉由光或電子射線的照射而產生酸之化合物、(d)成分:可溶解(a)成分之溶劑,且對組成物中之(a)成分的搭配比例為5~50重量%。
本發明中之各成分,詳述如下。
本發明之正型感光性樹脂組成物,係由(a)成分之鹼水溶液可溶性矽氧烷樹脂所成,該矽氧烷樹脂係使R1
OCOASiX3
(式中,R1
、A表示有機基、X表示水解性基)、與
R2
SiX3
(式中,R2
表示芳香族或脂環式烴基或碳數1~20之有機基、X表示水解性基)之化合物進行水解縮合而得。
又,本發明之氧化矽系正型感光性樹脂組成物,係混合(a)成分之鹼水溶液可溶性矽氧烷樹脂、與水解縮合以
R3 n
SiX4-n
(式中,R3
表示H原子、或F原子、或是含有B原子、N原子、Al原子、P原子、Si原子、Ge原子或Ti原子之基、或碳數1~20之有機基;X表示水解性基;n表示0~2之整數,當n為2時,各R3
可相同或相異,n為0~2之整數)所表示之化合物而得之樹脂所成。
本發明中,係具有可藉由酸的作用而分解之官能基,且可藉由酸的作用而對鹼顯像液之溶解性增大之阻溶化合物。
(b)成分之阻溶化合物中可藉由酸的作用而分解之官能基,係以下述一般式(8)所示之保護化羧基。
或者,本發明之氧化矽系正型感光性樹脂組成物,其特徵為,(b)成分之阻溶化合物中可藉由酸的作用而分解之官能基,係以下述一般式(41)所表示之保護化羧基。
再者,(b)成分之阻溶化合物中可藉由酸的作用而分解之官能基,係鍵結於下述一般式(43)。
(b)成分之阻溶化合物中可藉由酸的作用而分解之官能基,係以下述一般式(7)所表示之保護化苯酚基。
再者,本發明之氧化矽系正型感光性樹脂組成物,其特徵為,(b)成分之阻溶化合物係具有金剛烷基之分子量200~2000之化合物。
本發明係關於一種藉由光或電子射線的照射而產生酸之化合物,其至少含有1種酸產生劑。
又,本發明之氧化矽系正型感光性樹脂組成物,其特徵為,(c)成分之酸產生劑係藉由光的照射而產生鹵化氫酸或磺酸之酸產生劑。
本發明之氧化矽系正型感光性樹脂組成物,其係含有可溶解之溶劑為自醚乙酸酯系溶劑、醚系溶劑、乙酸酯系溶劑、醇系溶劑、及酮系溶劑所成之群中選出之1種以上之溶劑。
又,本發明之其他面上,係關於一種氧化矽系絕緣被膜形成方法,其係於基板上形成氧化矽系絕緣被膜之方法,其係關於,於基板上進行塗佈形成塗佈膜,且去除含於該塗佈膜之有機溶劑後,在前述被膜上透過圖型光罩進行曝光.顯像,去除曝光部位之被膜,其後,加熱處理殘存被膜而得之氧化矽系絕緣被膜的形成方法。再者,本發明係關於,前述去除曝光部位的被膜後,再進行曝光,之後,加熱處理殘存被膜而得。
本發明又於其他面上,係使用上述之透明性優異、且介電率小、通孔形成之製程單純的絕緣膜,作為平面顯示裝置或電子零件之平坦化膜或有機鈍化保護膜、或層間絕緣膜。
根據本發明之氧化矽系正型感光性樹脂組成物,係可獲得感光特性、絕緣特性、低介電性、耐熱性、厚膜化、透明性優異之氧化矽系被膜,可用為半導體裝置、平面顯示裝置及電子裝置(device)用構件。特別是藉由用於平面顯示裝置,而可實現明亮、且無色移之高畫質之平面顯示裝置。
以下就本發明之實施形態詳細說明之。
本發明中之(a)成分--鹼水溶液可溶性之矽氧烷樹脂,係含有以下述一般式(1)所示之具有醯氧基的化合物為必須成分。
R1
OCOASiX3
………(1)
在此,式中,R1
、A表示有機基、X表示水解性基。
藉由矽氧烷樹脂中含有醯氧基,而可得感光特性與絕緣被膜特性優異之被膜。醯氧基因易溶解於鹼水溶液之故,對於曝光後之顯像時所使用之鹼水溶液而言,其溶解性增加,未曝光部位與曝光部位之對比變大而解像性變佳。又,因係柔軟的成分之故,加熱處理後的被膜中不易有裂隙,而厚膜化容易達成。
R1
之有機基的較佳例子方面,係可舉出碳數1~20之直鏈狀、分枝狀或環狀的烴基等。碳數1~20之直鏈狀烴基方面,係可舉出甲基、乙基、n-丙基、n-丁基、n-戊基等之烴基。分枝狀烴基方面,係可舉出iso-丙基、iso-丁基等之烴基。
又,環狀烴基方面,係可舉出環戊基、環己基、環庚烯基等之環狀烴基、具有如降冰片烷骨架或金剛烷骨架之交聯環式烴基。此等有機基之中,係以甲基、乙基、丙基等之碳數1~5之直鏈狀烴基為佳,由原料取得之觀點又以甲基特別佳。
A所示之有機基,係可舉出碳數1~20之直鏈狀、分枝狀或環狀之烴等。較佳的烴基方面,例如,碳數1~20之直鏈狀烴基方面,可舉出伸甲基、伸乙基、伸丙基、伸丁基、伸戊基等之烴基。分枝狀烴基方面,可舉出伸異丙基、伸異丁基等之烴基。
環狀烴基方面,可舉出環伸戊基、環伸己基、環庚烯基等之環狀烴基、具有如降冰片烷骨架之交聯環式烴基。此等烴基之中,係以伸甲基、伸乙基、伸丙基之類的碳數1~7之直鏈烴基、環伸戊基、環伸己基之類的環狀烴基、降冰片烷之類的交聯環狀烴基特別佳。
水解性基X方面,可舉例如烷氧基、鹵素原子、乙醯氧基、異氰酸酯基、羥基等。此等之中,從組成物本身之液狀安定性或塗佈特性等之觀點來看,係以烷氧基為佳。
再者,藉由使用上述一般式(1)之化合物的同時單獨使用下述一般式(2)所示之化合物的1種或組合2種以上使用,而可得耐熱性優異之被膜。
R2
SiX3
………(2)
在此,式中,R2
表示芳香族或脂環式烴基或碳數1~20之有機基、X表示水解性基。以R2
所示之芳香族烴基方面,可舉出苯基、萘基、蒽基、菲基、芘基等之芳香族烴基等。
又,脂環式烴基方面,可舉出環戊基、環己基、降冰片烯基、金剛烷基等。
從熱的安定性及原料取得之觀點來看,係以苯基、萘基、降冰片烯基、金剛烷基較佳。
又,碳數1~20之有機基方面,係可舉出甲基、乙基、n-丙基、n-丁基、n-戊基等之直鏈狀烴基、iso-丙基、iso-丁基等之分枝狀烴基。從熱的安定性及原料取得之觀點來看,係以甲基、乙基、丙基等烴基為佳。
例如,由一般式(1)及(2)之化合物所成之鹼水溶液可溶性矽氧烷樹脂的構造,係如下述一般式(31)所示。
使一般式(1)及(2)所表示之化合物水解縮合時所用的水量,每一般式(1)所表示之化合物1莫耳,係以0.01~1000莫耳為佳、更佳為0.05~100莫耳。此水量若低於0.01莫耳,則水解縮合反應無法充分進行,而當水量超過1000莫耳,則於水解中或縮合中會產生膠體化物。
又,一般式(1)及(2)所表示之化合物的水解縮合中,使用觸媒亦佳。如此之觸媒種類方面,可舉例如酸觸媒、鹼觸媒、金屬螯合物等。醯氧基因對鹼性條件為弱,特別是以酸性條件下進行為佳。
酸觸媒方面,可舉例如有機酸及無機酸等。有機酸方面,可舉例如甲酸、馬來酸、富馬酸、苯二酸、丙二酸、琥珀酸、酒石酸、蘋果酸、乳酸、檸檬酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸、庚酸、辛酸、壬酸、癸酸、草酸、己二酸、癸二酸、酪酸、油酸、硬脂酸、亞油酸、亞麻酸、水楊酸、苯磺酸、安息香酸、p-胺基安息香酸、p-甲苯磺酸、甲磺酸、三氟甲磺酸、三氟乙磺酸等。無機酸方面,可舉例如鹽酸、磷酸、硝酸、硼酸、硫酸、氫氟酸等。此等係可單獨使用1種或組合2種以上使用之。
此等水解縮合中,雖以使用該觸媒進行水解為佳,但因組成物的安定性惡化的情況下或含有觸媒,則可能對其他材料有腐蝕等影響之疑慮。在該情況下,例如,於水解後藉由自組成物去除上述觸媒、或使其與其他化合物反應,而使其失去作為觸媒機能之活性。去除方法或使其反應之方法上並無特別限制,亦可使用蒸餾或離子層析管柱等去除。又,由一般式(1)及(2)所表示之化合物所得之水解物,亦可藉由再沈澱等而自組成物中去除。
此觸媒之使用量,相對於化合物1莫耳而言係以0.0001~1莫耳之範圍為佳。此使用量若低於0.0001莫耳則實質上反應並不進行,若大於1莫耳則水解縮合時會促進膠體化。再者,因此水解而副生的醇,因係質子性溶劑之故,較佳係使用蒸發器等予以去除。
如此所得之矽氧烷樹脂,從對溶劑之溶解、成形性等之觀點來看,其重量平均分子量係以500~1000000為佳、500~500000更佳、500~100000又更佳、500~50000則特別佳。此重量平均分子量若低於500,則氧化矽系被膜之成膜性不佳,若此重量平均分子量超過1000000,則與溶劑之相溶性會降低。
此外,本說明書中,重量平均分子量係藉由膠體滲透層析法(以下稱為「GPC」)所測定,且使用標準聚苯乙烯的檢量線所換算而得。
重量平均分子量(Mw),例如可藉由下述條件之GPC進行測定。
樣品:氧化矽系被膜形成用組成物10μL
標準聚苯乙烯:東曹股份公司製標準聚苯乙烯(分子量;190000、17900、9100、2980、578、474、370、266)
檢出器:股份公司日立製作所社製RI-顯示器、商品名「L-3000」
積算器:股份公司日立製作所社製GPC積算器-、商品名「D-2200」
幫浦:股份公司日立製作所社製、商品名「L-6000」
脫氣裝置:昭和電工股份公司製、商品名「Shodex DEGAS」
管柱:日立化成工業股份公司製、依序將商品名「GL-R440」、「GL-R430」、「GL-R420」連結使用
溶離液:四氫呋喃(THF)
測定溫度:23℃
流速:1.75mL/分
測定時間:45分
又,組成物中之(a)成分之搭配比例,從對溶劑之溶解性、膜厚、成形性、溶液之安定性等之觀點來看,係以5重量%~50重量%為佳、7重量%~40重量%更佳、10重量%~40重量%又更佳、而15重量%~35重量%特別佳。此搭配比例低於5重量%則氧化矽系被膜之成膜性不佳,若超過50重量%則溶液安定性會降低。
再者,藉由混合(a)成分之鹼水溶液可溶性矽氧烷樹脂與使以下述一般式(3)所表示之化合物水解縮合所得之樹脂,係可提高被膜的強度。
R3 n
SiX4-n
(3)
在此,式中,R3
表示H原子、或F原子、或是含有B原子、N原子、Al原子、P原子、Si原子、Ge原子或Ti原子之基、或、碳數1~20之有機基、X表示水解性基、n表示0~2之整數,當n為2時,各R1
可相同或相異,n為0~2時,各X係可相同或相異。
水解性基X方面,可舉例如烷氧基、鹵素原子、乙醯氧基、異氰酸酯基、羥基等。此等之中,從組成物本身的液狀安定性或塗佈特性等之觀點來看,係以烷氧基為佳。水解性基X為烷氧基之一般式(3)之化合物(烷氧基矽烷)方面,可舉例如四烷氧基矽烷、三烷氧基矽烷、二有機基二烷氧基矽烷等。
四烷氧基矽烷方面,可舉例如四甲氧基矽烷、四乙氧基矽烷、四-n-丙氧基矽烷、四-iso-丙氧基矽烷、四-n-丁氧基矽烷、四-sec-丁氧基矽烷、四-tert-丁氧基矽烷、四苯氧基矽烷等。
三烷氧基矽烷方面,可舉例如、三甲氧基矽烷、三乙氧基矽烷、三丙氧基矽烷、氟三甲氧基矽烷、氟三乙氧基矽烷、甲基三甲氧基矽烷、甲基三乙氧基矽烷、甲基三-n-丙氧基矽烷、甲基三-iso-丙氧基矽烷、甲基三-n-丁氧基矽烷、甲基三-iso-丁氧基矽烷、甲基三-tert-丁氧基矽烷、甲基三苯氧基矽烷、乙基三甲氧基矽烷、乙基三乙氧基矽烷、乙基三-n-丙氧基矽烷、乙基三-iso-丙氧基矽烷、乙基三-n-丁氧基矽烷、乙基三-iso-丁氧基矽烷、乙基三-tert-丁氧基矽烷、乙基三苯氧基矽烷、n-丙基三甲氧基矽烷、n-丙基三乙氧基矽烷、n-丙基三-n-丙氧基矽烷、n-丙基三-iso-丙氧基矽烷、n-丙基三-n-丁氧基矽烷、n-丙基三-iso-丁氧基矽烷、n-丙基三-tert-丁氧基矽烷、n-丙基三苯氧基矽烷、iso-丙基三甲氧基矽烷、iso-丙基三矽烷、iso-丙基三-n-丙氧基矽烷、iso-丙基三-iso-丙氧基矽烷、iso-丙基三-n-丁氧基矽烷、iso-丙基三-iso-丁氧基矽烷、iso-丙基三-tert-丁氧基矽烷、iso-丙基三苯氧基矽烷、n-丁基三甲氧基矽烷、n-丁基三乙氧基矽烷、n-丁基三-n-丙氧基矽烷、n-丁基三-iso-丙氧基矽烷、n-丁基三-n-丁氧基矽烷、n-丁基三-iso-丁氧基矽烷、n-丁基三-tert-丁氧基矽烷、n-丁基三苯氧基矽烷、sec-丁基三甲氧基矽烷、sec-丁基三乙氧基矽烷、sec-丁基三-n-丙氧基矽烷、sec-丁基三-iso-丙氧基矽烷、sec-丁基三-n-丁氧基矽烷、sec-丁基三-iso-丁氧基矽烷、sec-丁基三-tert-丁氧基矽烷、sec-丁基三苯氧基矽烷、t-丁基三甲氧基矽烷、t-丁基三乙氧基矽烷、t-丁基三-n-丙氧基矽烷、t-丁基三-iso-丙氧基矽烷、t-丁基三-n-丁氧基矽烷、t-丁基三-iso-丁氧基矽烷、t-丁基三-tert-丁氧基矽烷、t-丁基三苯氧基矽烷、苯基三甲氧基矽烷、苯基三乙氧基矽烷、苯基三-n-丙氧基矽烷、苯基三-iso-丙氧基矽烷、苯基三-n-丁氧基矽烷、苯基三-iso-丁氧基矽烷、苯基三-tert-丁氧基矽烷、苯基三苯氧基矽烷、三氟甲基三甲氧基矽烷、五氟乙基三甲氧基矽烷、3,3,3-三氟丙基三甲氧基矽烷、3,3,3-三氟丙基三乙氧基矽烷等。
二有機基二烷氧基矽烷方面,可舉例如、二甲基二甲氧基矽烷、二甲基二乙氧基矽烷、二甲基二-n-丙氧基矽烷、二甲基二-iso-丙氧基矽烷、二甲基二-n-丁氧基矽烷、二甲基二-sec-丁氧基矽烷、二甲基二-tert-丁氧基矽烷、二甲基二苯氧基矽烷、二乙基二甲氧基矽烷、二乙基二乙氧基矽烷、二乙基二-n-丙氧基矽烷、二乙基二-iso-丙氧基矽烷、二乙基二-n-丁氧基矽烷、二乙基二-sec-丁氧基矽烷、二乙基二-tert-丁氧基矽烷、二乙基二苯氧基矽烷、二-n-丙基二甲氧基矽烷、二-n-丙基二乙氧基矽烷、二-n-丙基二-n-丙氧基矽烷、二-n-丙基二-iso-丙氧基矽烷、二-n-丙基二-n-丁氧基矽烷、二-n-丙基二-sec-丁氧基矽烷、二-n-丙基二-tert-丁氧基矽烷、二-n-丙基二苯氧基矽烷、二-iso-丙基二甲氧基矽烷、二-iso-丙基二乙氧基矽烷、二-iso-丙基二-n-丙氧基矽烷、二-iso-丙基二-iso-丙氧基矽烷、二-iso-丙基二-n-丁氧基矽烷、二-iso-丙基二-sec-丁氧基矽烷、二-iso-丙基二-tert-丁氧基矽烷、二-iso-丙基二苯氧基矽烷、二-n-丁基二甲氧基矽烷、二-n-丁基二乙氧基矽烷、二-n-丁基二-n-丙氧基矽烷、二-n-丁基二-iso-丙氧基矽烷、二-n-丁基二-n-丁氧基矽烷、二-n-丁基二-sec-丁氧基矽烷、二-n-丁基二-tert-丁氧基矽烷、二-n-丁基二苯氧基矽烷、二-sec-丁基二甲氧基矽烷、二-sec-丁基二乙氧基矽烷、二-sec-丁基二-n-丙氧基矽烷、二-sec-丁基二-iso-丙氧基矽烷、二-sec-丁基二-n-丁氧基矽烷、二-sec-丁基二-sec-丁氧基矽烷、二-sec-丁基二-tert-丁氧基矽烷、二-sec-丁基二苯氧基矽烷、二-tert-丁基二甲氧基矽烷、二-tert-丁基二乙氧基矽烷、二-tert-丁基二-n-丙氧基矽烷、二-tert-丁基二-iso-丙氧基矽烷、二-tert-丁基二-n-丁氧基矽烷、二-tert-丁其二-sec-丁氧基矽烷、二-tert-丁基二-tert-丁氧基矽烷、二-tert-丁其二苯氧基矽烷、二苯基二甲氧基矽烷、二苯基二乙氧基矽烷、二苯基二-n-丙氧基矽烷、二苯基二-iso-丙氧基矽烷、二苯基二-n-丁氧基矽烷、二苯基二-sec-丁氧基矽烷、二苯基二-tert-丁氧基矽烷、二苯基二苯氧基矽烷、雙(3,3,3-三氟丙基)二甲氧基矽烷、甲基(3,3,3-三氟丙基)二甲氧基矽烷等。
又,R3
為碳數1~20之有機基的一般式(3)之化合物,上述以外之化合物方面,可舉例如雙(三甲氧基甲矽烷基)甲烷、雙(三乙氧基甲矽烷基)甲烷、雙(三-n-丙氧基甲矽烷基)甲烷、雙(三-iso-丙氧基甲矽烷基)甲烷、雙(三甲氧基甲矽烷基)乙烷、雙(三乙氧基甲矽烷基)乙烷、雙(三-n-丙氧基甲矽烷基)乙烷、雙(三-iso-丙氧基甲矽烷基)乙烷、雙(三甲氧基甲矽烷基)丙烷、雙(二乙氧基甲矽烷基)丙烷、雙(三-n-丙氧基甲矽烷基)丙烷、雙(三-iso-丙氧基甲矽烷基)丙烷、雙(三甲氧基甲矽烷基)苯、雙(三乙氧基甲矽烷基)苯、雙(三-n-丙氧基甲矽烷基)苯、雙(三-iso-丙氧基甲矽烷基)苯等之雙甲矽烷基烴、雙甲矽烷基苯等。
又,R3
為含有Si原子之基的一般式(3)之化合物方面,可舉例如六甲氧基二矽烷、六乙氧基二矽烷、六-n-丙氧基二矽烷、六-iso-丙氧基二矽烷等之六烷氧基二矽烷類、1,2-二甲基四甲氧基二矽烷、1,2-二甲基四乙氧基二矽烷、1,2-二甲基四丙氧基二矽烷等之二烷基四烷氧基二矽烷類等。
此等一般式(3)所表示之化合物係可單獨使用1種或組合2種以上使用之。使一般式(3)所表示之化合物水解縮合時用的水量,係以一般式(3)所表示之化合物每1莫耳為0.1~1000莫耳者較佳,更佳為0.5~100莫耳。此水量若低於0.1莫耳則水解縮合反應會有進行不充分之傾向,水量若超過1000莫耳則水解中或縮合中會產生膠體化物。
又,一般式(3)所表示之化合物的水解縮合中,係以使用觸媒為佳。如此之觸媒種類方面,可舉例如酸觸媒、鹼觸媒、金屬螯合物等,特別是從溶液安定性的觀點來看,係以酸觸媒為佳。
酸觸媒方面,可舉例如有機酸及無機酸等。有機酸方面,可舉例如甲酸、馬來酸、富馬酸、苯二酸、丙二酸、琥珀酸、酒石酸、蘋果酸、乳酸、檸檬酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸、庚酸、辛酸、壬酸、癸酸、草酸、己二酸、癸二酸、酪酸、油酸、硬脂酸、亞油酸、亞麻酸、水楊酸、苯磺酸、安息香酸、p-胺基安息香酸、p-甲苯磺酸、甲磺酸、三氟甲磺酸、三氟乙磺酸等。無機酸方面,可舉例如鹽酸、磷酸、硝酸、硼酸、硫酸、氫氟酸等。此等係可單獨使用1種或組合2種以上使用之。
此觸媒之使用量,係相對於一般式(3)所表示之化合物1莫耳而言,以0.0001~1莫耳之範圍者為佳。此使用量若低於0.0001莫耳則實質上不反應,若超過1.莫耳則水解縮合時會促進膠體化。
如此所得之樹脂,從對溶劑之溶解性、機械特性、成形性等之觀點來看,重量平均分子量係以500~1000000者為佳,500~500000者更佳,500~100000者又更佳,500~10000者特別佳,500~5000者極佳。此重量平均分子量若低於500則氧化矽系被膜之成膜性不佳,此重量平均分子量若超過1000000,則與溶劑之相溶性會降低。
本發明中之(b)成分,係具有可藉由酸的作用而分解之官能基,且可藉由酸的作用而對鹼顯像液之溶解性增大的阻溶化合物,其中,具有對鹼顯像液之溶解促進性的官能基,係藉由阻止對鹼顯像液溶解之官能基(阻溶基)而受保護之構造的化合物,且為了賦予正型感光性而含有其作為必須成分。
構成阻溶化合物中藉由酸作用而可分解之官能基,對鹼顯像液具有溶解促進性之官能基方面,係可舉出苯酚性羥基,或羧基。此等之中,更因羧基係使曝光部位與未曝光部位之溶解速度的對比容易變大而較佳。
又,該對鹼顯像液具有溶解促進性之官能基方面,以顯示弱酸性之官能基較為理想,更具體而言,定量性地表示酸強度用之指標之以下述一般式(6)所定義之酸解離常數之負的常用對數pKa,係以2~13程度為佳,再者,3~11更佳,上述苯酚性羥基,及羧基即相當於此條件。
【化3】pKa=-log[[H+
][D_
]/[HD]] (6)在此各自顯示:Ka為酸解離常數,HD係酸,H+
係酸HD解離而生成之質子,D-
係酸HD解離而生成之陰離子。
進一步詳細敘述(b)成分。(b)成分方面,係可使用具有以下之(b-1),及(b-2)之官能基的化合物。
(b-1)係以阻溶基所保護之具有苯酚性羥基(一般式(7))的化合物。
在此,Ra係阻溶基,甲氧基甲基,苯醯基氧基甲基,甲氧基乙氧基甲基,2-(三甲基甲矽烷基)乙氧基甲基,甲基硫代甲基,四氫吡喃基,1-乙氧基乙基,苯醯甲基,環丙基甲基,異丙基,環己基,t-丁基,三甲基甲矽烷基,t-丁基二甲基甲矽烷基,t-丁基二苯基甲矽烷基,三異丙基甲矽烷基,甲基碳酸酯基,1-金剛烷基碳酸酯基,t-丁基碳酸酯基(t-BOC基),烯丙基乙烯基碳酸酯基,之中所選出之官能基。
苯酚性羥基因其pKa值約10,具有弱酸性之故,對鹼顯像液係顯示出溶解性。在以阻溶基所保護之狀態下,對鹼顯像液之溶解性,與不受保護之狀態比較下相對地變小,藉由使用可因上述酸而分解之阻溶基,方可形成正型的像。
(b-2)係以阻溶基所保護之具有羧基(一般式(8))的化合物。
在此,Rb係阻溶基,四氫吡喃基,四氫呋喃基,甲氧基乙氧基甲基,苯醯基氧基甲基,t-丁基,二環丙基甲基,2,4-二甲基3-戊基,環戊基,環己基,p-甲氧基苄基,三甲基甲矽烷基,三乙基甲矽烷基,t-丁基二甲基甲矽烷基,t-丁基二苯基甲矽烷基,三異丙基甲矽烷基,甲基碳酸酯基,1-金剛烷基碳酸酯基,t-丁基碳酸酯基(t-BOC基),烯丙基乙烯基碳酸酯基,之中所選出之官能基。
羧基之pKa值約3~5,因具有弱酸性之故,會對鹼顯像液顯示出溶解性。在以阻溶基所保護之狀態下,對鹼顯像液之溶解性,與不受保護之狀態比較下相對地變小,藉由使用可因上述酸而分解之阻溶基,方可形成正型的像。
又,羧基的酸性度因較苯酚的酸性度更強,故羧基亦較苯酚的溶解促進效果大,因此,容易使對顯像液之溶解對比變大。再者,相對於苯酚因酸化等之化學反應易生成苯醌等之著色生成物,羧基係因電子構造性而不易生成著色生成物,因此塗佈膜之透明性容易提高。
成分(b-2)方面,可藉由酸的作用而分解之官能基若為下述一般式(41)所表示之化合物也很適合。
再者,(b)成分之阻溶化合物中可藉由酸的作用而分解之官能基,係以與下述一般式(43)鍵結為佳。
一般式(41)所表示之可藉由酸的作用而分解之官能基,因使羧基與醚基之間具有伸甲基所連結之構造,立體障害小且與酸之反應性非常高之故,而有分光感度高且解像特性優異之優點。
又,上述鍵結於醚基之RA
基,若為一般式(42)所示之構造時,因具有金剛烷基,對顯像液而言,有優異的阻溶性之故,特別有感光特性優異之優點。再者,金剛烷基在耐熱性、透明性上皆優異。
再者,可藉由酸的作用而分解之官能基所鍵結之基,若為一般式(43)所示之構造時,則因一般式(44)之碳骨架的作用,在阻溶性、感光特性、透明性及耐熱性上皆有利。
本發明中所用之(b)成分的具體例子方面,係可舉出以下之圖所示的化合物。
酸產生劑((c)成分)方面,若為藉由光或電子射線的照射而產生酸之化合物,任一種皆可使用。
如此之酸產生劑方面,至今可舉出有,碘鎓鹽或硫鎓鹽等之鎓鹽系酸產生劑、肟磺酸酯系酸產生劑、雙烷基或雙芳基磺醯基重氮甲烷類、聚(雙磺醯基)重氮甲烷類等之重氮甲烷系酸產生劑、硝基苄基磺酸酯系酸產生劑、亞胺基磺酸酯系酸產生劑、二碸系酸產生劑等多種。
鎓鹽系酸產生劑方面,可舉例如下述一般式(c-0)所表示之酸產生劑。
一般式(c-0)中,R51
表示直鏈、分枝鏈或者環狀之烷基、或直鏈、分枝鏈或者環狀之氟化烷基。前述直鏈或者分枝鏈狀之烷基方面,係以碳數1~10者為佳,碳數1~8者更佳,碳數1~4者最佳。
前述環狀之烷基方面,係以碳數4~12者為佳,碳數5~10者更佳,碳數6~10者最佳。
前述氟化烷基方面,係以碳數1~10者為佳,碳數1~8者更佳,碳數1~4者最佳。又,該氟化烷基之氟化率(對烷基中全氫原子之個數而言,經取代之氟原子之個數的比例)較佳為10~100%、更佳為50~100%、特別是氫原子全部經氟原子取代者,因酸強度變強而較佳。
R51
方面,係以直鏈狀之烷基或氟化烷基者最佳。
R52
係氫原子、羥基、鹵素原子、直鏈或者分枝鏈狀之烷基、直鏈或者分枝鏈狀之鹵化烷基、或直鏈或者分枝鏈狀之烷氧基。
R52
中,鹵素原子方面,可舉出有氟原子、溴原子、氯原子、碘原子等,其中以氟原子為佳。
R52
中,烷基係直鏈或分枝鏈狀,其碳數較佳為1~5、特別佳為1~4、又以1~3更理想。
R52
中,鹵化烷基係烷基中之氫原子的一部分或全部以鹵素原子所取代之基。在此之烷基係可舉出與前述R52
中之「烷基」同樣者。取代之鹵素原子方面,係可舉出與上述「鹵素原子」中之說明同樣者。鹵化烷基中,係以氫原子之全部個數的50~100%以鹵素原子所取代者為佳,全部經取代者更佳。
R52
中,烷氧基方面,係直鏈狀或分枝鏈狀,其碳數較佳為1~5、特別佳為1~4、其中1~3更為理想。R52
方面,此等之中亦以氫原子為佳。
R53
係可具有取代基之芳基,且去除取代基之基本環(母體環)的構造方面,可舉出萘基、苯基、蒽基等,從本發明之效果或ArF準分子雷射等之曝光時光吸收的觀點來看,係以苯基為佳。
取代基方面,係可舉出羥基、低級烷基(直鏈或分枝鏈狀,較佳之碳數為5以下、特別以甲基為佳)等。
R53
之芳基方面,以不具有取代基者較佳。u”係1~3之整數,較佳為2或3,特別是3更為理想。
一般式(c-0)所表示之酸產生劑,較佳可舉出如以下者。
又,一般式(c-0)所表示之酸產生劑的其他之鎓鹽系酸產生劑方面,可舉例如下述一般式(c-1)或(c-2)所表示之化合物。
式(c-1)中,R1”
~R3”
各自獨立地表示芳基或烷基。R1”
~R3”
之中至少1個為芳基。R1”
~R3”
之中,以2以上為芳基者較佳,R1”
~R3”
之全部為芳基者最佳。
R1”
~R3”
之芳基方面,並無特別限制,例如碳數6~20之芳基,該芳基,其氫原子的一部分或全部可以烷基、烷氧基、鹵素原子等取代。芳基方面,因可便宜地合成而以碳數6~10之芳基為佳。具體而言,係可舉例如苯基、萘基。
前述芳基的氫原子亦可被取代之烷基方面,係以碳數1~5之烷基為佳,甲基、乙基、丙基、n-丁基、tert-丁基者最佳。
前述芳基的氫原子亦可被取代之烷氧基方面,係以碳數1~5之烷氧基為佳,甲氧基、乙氧基最佳。前述芳基的氫原子亦可被取代之鹵素原子方面,係以氟原子為佳。
R1”
~R3”
之烷基方面,並無特別限制,可舉例如碳數1~10之直鏈狀、分枝狀或環狀之烷基等。從解像性優異之點來看,係以碳數1~5者為佳。具體而言,係可舉出甲基、乙基、n-丙基、異丙基、n-丁基、異丁基、n-戊基、環戊基、己基、環己基、壬基、癸基等,因解像性優異且可便宜地合成而較佳者方面,可舉出有甲基。此等之中,R1”
~R3”
各自以苯基或萘基者最佳。
R4”
表示直鏈、分枝或環狀之烷基或氟化烷基。前述直鏈或分枝之烷基方面,以碳數1~10者為佳,碳數1~8者更佳,碳數1~4者最佳。
前述環狀之烷基方面,係如前述R4”
所示之環式基,以碳數4~15者為佳,碳數4~10者更佳,碳數6~10者最佳。
前述氟化烷基方面,係以碳數1~10者為佳,碳數1~8者更佳,碳數1~4者最佳。又,該氟化烷基之氟化率(烷基中之氟原子之比例),較佳係10~100%、更佳為50~100%,特別是使氫原子全部以氟原子取代者,因酸的強度變強而較佳。
R4”
方面,係以直鏈或環狀之烷基、或氟化烷基者最佳。式(c-2)中,R5”
~R6”
各自獨立地表示芳基或烷基。R5”
~R6”
之中至少1個為芳基。R5”
~R6”
之全部為芳基者為佳。
R5”
~R6”
之芳基方面,可舉出與R1”
~R3”
之芳基同樣者。R5”
~R6”
之烷基方面,可舉出與R1”
~R3”
之烷基同樣者。此等之中,以R5”
~R6”
全部為苯基者最佳。式(c-2)中之R4”
方面,係可舉出與上述式(c-1)之R4”
同樣者。
式(c-1)、(c-2)所表示之鎓鹽系酸產生劑的具體例子方面,係可舉出二苯基碘鎓之三氟甲磺酸酯或九氟丁磺酸酯、雙(4-tert-丁基苯基)碘鎓之三氟甲磺酸酯或九氟丁磺酸酯、三苯基硫鎓之三氟甲磺酸酯、其七氟丙烷磺酸酯或其九氟丁磺酸酯、三(4-甲基苯基)硫鎓之三氟甲磺酸酯、其七氟丙烷磺酸酯或其九氟丁磺酸酯、二甲基(4-羥基萘基)硫鎓之三氟甲磺酸酯、其七氟丙烷磺酸酯或其九氟丁磺酸酯、單苯基二甲基硫鎓之三氟甲磺酸酯、其七氟丙烷磺酸酯或其九氟丁磺酸酯、二苯基單甲基硫鎓之三氟甲磺酸酯、其七氟丙烷磺酸酯或其九氟丁磺酸酯、(4-甲基苯基)二苯基硫鎓之三氟甲磺酸酯、其七氟丙烷磺酸酯或其九氟丁磺酸酯、(4-甲氧基苯基)二苯基硫鎓之三氟甲磺酸酯、其七氟丙烷磺酸酯或其九氟丁磺酸酯、三(4-tert-丁基)苯基硫鎓之三氟甲磺酸酯、其七氟丙烷磺酸酯或其九氟丁磺酸酯、二苯基(1-(4-甲氧基)萘基)硫鎓之三氟甲磺酸酯、其七氟丙烷磺酸酯或其九氟丁磺酸酯、二(1-萘基)苯基硫鎓之三氟甲磺酸酯、其七氟丙烷磺酸酯或其九氟丁磺酸酯等。又,此等之鎓鹽的陰離子部位,亦可使用取代為甲磺酸酯、n-丙烷磺酸酯、n-丁磺酸酯、n-辛磺酸酯之鎓鹽。
又,前述一般式(c-1)或(c-2)中,亦可使用將陰離子部位取代為下述一般式(c-3)或(c-4)所表示之陰離子部位之鎓鹽系酸產生劑(陽離子部位係與(c-1)或(c-2)同樣)。
X”係至少1個氫原子以氟原子所取代之直鏈狀或分枝狀之伸烷基,且該伸烷基之碳數為2~6,較佳為碳數3~5、最佳為碳數3。
Y”、Z”各自獨立地係至少1個氫原子以氟原子所取代之直鏈狀或分枝狀之烷基,且該烷基之碳數係1~10,較佳為碳數1~7、更佳為碳數1~3。
X”之伸烷基之碳數或Y”、Z”之烷基之碳數,在上述碳數之範圍內中,因對溶劑((d)成分)之溶解性良好等之理由,愈小愈好。
又,X”之伸烷基或Y”、Z”之烷基中,以氟原子所取代之氫原子之數愈多,則因酸的強度變強而較佳。該伸烷基或烷基中之氟原子之比例,意即氟化率,較佳為70~100%、更佳為90~100%、最佳係全部的氫原子以氟原子所取代之全氟伸烷基或全氟烷基。
本說明書中,所謂肟磺酸酯系酸產生劑,係具有至少1個下述一般式(c-5)所表示之基的化合物,其係具有藉由放射線的照射而產生酸之特性者。如此之肟磺酸酯系酸產生劑因多用作化學增幅型光阻組成物用,係可任意地選擇使用之。
R31
、R32
之有機基係含有碳原子之基,亦可具有碳原子以外之原子(例如氫原子、氧原子、氮原子、硫原子、鹵素原子(氟原子、氯原子等)等)。
R31
之有機基方面,係以直鏈、分枝或環狀之烷基或芳基為佳。此等之烷基、芳基亦可具有取代基。該取代基方面,並無特別限制,可舉例如氟原子、碳數1~6之直鏈、分枝或環狀之烷基等。在此,「具有取代基」意指,烷基或芳基之氫原子的一部分或全部以取代基所取代。
烷基方面,係以碳數1~20較佳、碳數1~10更佳、碳數1~8又更佳、碳數1~6特別佳、碳數1~4最佳。烷基方面,特別是以部分或完全地鹵化之烷基(以下稱為鹵化烷基)為佳。此外,部分鹵化之烷基意指,氫原子之一部分以鹵素原子所取代之烷基,而完全鹵化之烷基意指,氫原子之全部以鹵素原子所取代之烷基。鹵素原子方面,係可舉出氟原子、氯原子、溴原子、碘原子等,特別以氟原子為佳。意即,鹵化烷基係以氟化烷基者為佳。
芳基係以碳數4~20較佳、碳數4~10更佳、碳數6~10最佳。芳基方面,特別以部分或完全地鹵化之芳基為佳。此外,部分鹵化之芳基意指,氫原子之一部分以鹵素原子所取代之芳基,完全鹵化之芳基意指,氫原子之全部以鹵素原子所取代之芳基。
R31
方面,特別以不具取代基之碳數1~4之烷基、或碳數1~4之氟化烷基為佳。
R32
之有機基方面,係以直鏈、分枝或環狀之烷基、芳基或氰基為佳。R32
之烷基、芳基方面,可舉出與前述R31
所舉出之烷基、芳基同樣者。R32
方面,特別以氰基、不具取代基之碳數1~8之烷基、或碳數1~8之氟化烷基為佳。
肟磺酸酯系酸產生劑方面,更好的係可舉出下述一般式(c-6)或(c-7)所表示之化合物。
前述一般式(c-6)中,R33
之不具取代基之烷基或鹵化烷基係以碳數1~10者為佳,碳數1~8更佳、碳數1~6最佳。
R34
之芳基方面,係可舉出苯基、聯苯基(biphenyl)基、茀(fluorenyl)基、萘基、蒽(anthracyl)基、菲基等之自芳香族烴之環去除1個氫原子之基、及構成此等之基之環的碳原子之一部分以氧原子、硫原子、氮原子等之雜原子所取代之雜芳基等。此等之中以茀基為佳。
R34
之芳基亦可具有碳數1~10之烷基、鹵化烷基、烷氧基等之取代基。該取代基中之烷基或鹵化烷基係以碳數1~8者為佳,碳數1~4更佳。又,該鹵化烷基係以氟化烷基者為佳。
R35
之不具取代基之烷基或鹵化烷基係以碳數1~10者為佳,碳數1~8更佳、碳數1~6最佳。
前述一般式(c-7)中,R36
之不具取代基之烷基或鹵化烷基方面,係可舉出與上述R33
之不具取代基之烷基或鹵化烷基同樣者。
R37
之2或3價之芳香族烴基方面,係可舉出自上述R34
之芳基進一步去除1或2個氫原子之基。
R38
之不具取代基之烷基或鹵化烷基方面,係可舉出與上述R35
之不具取代基之烷基或鹵化烷基同樣者。p”較佳為2。
肟磺酸酯系酸產生劑的具體例子方面,係可舉出α-(p-甲苯磺醯基氧基亞胺基)-苄基氰化物、α-(p-氯苯磺醯基氧基亞胺基)-苄基氰化物、α-(4-硝基苯磺醯基氧基亞胺基)-苄基氰化物、α-(4-硝基-2-三氟甲基苯磺醯基氧基亞胺基)-苄基氰化物、α-(苯磺醯基氧基亞胺基)-4-氯苄基氰化物、α-(苯磺醯基氧基亞胺基)-2,4-二氯苄基氰化物、α-(苯磺醯基氧基亞胺基)-2,6-二氯苄基氰化物、α-(苯磺醯基氧基亞胺基)-4-甲氧基苄基氰化物、α-(2-氯苯磺醯基氧基亞胺基)-4-甲氧基苄基氰化物、α-(苯磺醯基氧基亞胺基)-噻吩-2-基乙腈、α-(4-十二烷基苯磺醯基氧基亞胺基)-苄基氰化物、α-[(p-甲苯磺醯基氧基亞胺基)-4-甲氧基苯基]乙腈、α-[(十二烷基苯磺醯基氧基亞胺基)-4-甲氧基苯基]乙腈、α-(對甲苯磺醯基氧基亞胺基)-4-噻吩基氰化物、α-(甲基磺醯基氧基亞胺基)-1-環戊烯基乙腈、α-(甲基磺醯基氧基亞胺基)-1-環己烯基乙腈、α-(甲基磺醯基氧基亞胺基)-1-環庚烯基乙腈、α-(甲基磺醯基氧基亞胺基)-1-環辛烯基乙腈、α-(三氟甲基磺醯基氧基亞胺基)-1-環戊烯基乙腈、α-(三氟甲基磺醯基氧基亞胺基)-環己基乙腈、α-(乙基磺醯基氧基亞胺基)-乙基乙腈、α-(丙基磺醯基氧基亞胺基)-丙基乙腈、α-(環己基磺醯基氧基亞胺基)-環戊基乙腈、α-(環己基磺醯基氧基亞胺基)-環己基乙腈、α-(環己基磺醯基氧基亞胺基)-1-環戊烯基乙腈、α-(乙基磺醯基氧基亞胺基)-1-環戊烯基乙腈、α-(異丙基磺醯基氧基亞胺基)-1-環戊烯基乙腈、α-(n-丁基磺醯基氧基亞胺基)-1-環戊烯基乙腈、α-(乙基磺醯基氧基亞胺基)-1-環己烯基乙腈、α-(異丙基磺醯基氧基亞胺基)-1-環己烯基乙腈、α-(n-丁基磺醯基氧基亞胺基)-1-環己烯基乙腈、α-(甲基磺醯基氧基亞胺基)-苯基乙腈、α-(甲基磺醯基氧基亞胺基)-p-甲氧基苯基乙腈、α-(三氟甲基磺醯基氧基亞胺基)-苯基乙腈、α-(三氟甲基磺醯基氧基亞胺基)-p-甲氧基苯基乙腈、α-(乙基磺醯基氧基亞胺基)-p-甲氧基苯基乙腈、α-(丙基磺醯基氧基亞胺基)-p-甲基苯基乙腈、α-(甲基磺醯基氧基亞胺基)-p-溴苯基乙腈等。
以下所示之三嗪系酸產生劑亦適用,其係三鹵甲基經取代之下述一般式(PAG1)所表示之噁唑衍生物或一般式(PAG2)所表示之S-三嗪衍生物。
具體而言,係可舉出以下之化合物,但非僅限於此等者。
下述一般式(PAG5)所表示之二碸衍生物或一般式(PAG6)所表示之亞胺基磺酸酯衍生物酸產生劑亦適於使用之。
以上列舉之酸產生劑之中,從酸的產生效率、酸的強度之觀點來看,三嗪系酸產生劑及亞胺基磺酸酯系酸產生劑較為理想。又,以i-線(波長365nm),g-線(波長436nm),h-線(波長405nm)等之長波長紫外線,或可見光曝光使用時,上述兩系酸產生劑亦相當理想。
可溶解(a)成分之溶劑方面,可舉出非質子性溶劑、質子性溶劑等。此等係可單獨使用或組合2種以上使用之。
非質子性溶劑方面,可舉例如丙酮、甲基乙基酮、甲基-n-丙基酮、甲基-iso-丙基酮、甲基-n-丁基酮、甲基-iso-丁基酮、甲基-n-戊基酮、甲基-n-己基酮、二乙基酮、二丙基酮、二-iso-丁基酮、三甲基壬酮、環己酮、環戊酮、甲基環己酮、2,4-戊二酮、丙酮基丙酮、γ-丁內酯、γ-戊內酯等之酮系溶劑;二乙基醚、甲基乙基醚、甲基-n-丙基醚、二-iso-丙基醚、四氫呋喃、甲基四氫呋喃、二噁烷、二甲基二噁烷、乙二醇二甲基醚、乙二醇二乙基醚、乙二醇二-n-丙基醚、乙二醇二丁基醚、二乙二醇二甲基醚、二乙二醇二乙基醚、二乙二醇甲基乙基醚、二乙二醇甲基單-n-丙基醚、二乙二醇甲基單-n-丁基醚、二乙二醇二-n-丙基醚、二乙二醇二-n-丁基醚、二乙二醇甲基單-n-己基醚、三乙二醇二甲基醚、三乙二醇二乙基醚、三乙二醇甲基乙基醚、三乙二醇甲基單-n-丁基醚、三乙二醇二-n-丁基醚、三乙二醇甲基單-n-己基醚、四乙二醇二甲基醚、四乙二醇二乙基醚、四乙二醇甲基乙基醚、四乙二醇甲基單-n-丁基醚、二乙二醇二-n-丁基醚、四乙二醇甲基單-n-己基醚、四乙二醇二-n-丁基醚、丙二醇二甲基醚、丙二醇二乙基醚、丙二醇二-n-丙基醚、丙二醇二丁基醚、二丙二醇二甲基醚、二丙二醇二乙基醚、二丙二醇甲基乙基醚、二丙二醇甲基單-n-丁基醚、二丙二醇二-n-丙基醚、二丙二醇二-n-丁基醚、二丙二醇甲基單-n-己基醚、三丙二醇二甲基醚、三丙二醇二乙基醚、三丙二醇甲基乙基醚、三丙二醇甲基單-n-丁基醚、三丙二醇二-n-丁基醚、三丙二
醇甲基單-n-己基醚、四丙二醇二甲基醚、四丙二醇二乙基醚、四丙二醇甲基乙基醚、四丙二醇甲基單-n-丁基醚、四丙二醇二-n-丁基醚、四丙二醇甲基單-n-己基醚、四丙二醇二-n-丁基醚等之醚系溶劑;乙酸甲基酯、乙酸乙基酯、乙酸n-丙基酯、乙酸i-丙基酯、乙酸n-丁基酯、乙酸i-丁基酯、乙酸sec-丁基酯、乙酸n-戊基酯、乙酸sec-戊基酯、乙酸3-甲氧基丁基酯、乙酸甲基戊基酯、乙酸2-乙基丁基酯、乙酸2-乙基己基酯、乙酸苄基酯、乙酸環己基酯、乙酸甲基環己基酯、乙酸壬基酯、乙醯乙酸甲基酯、乙醯乙酸乙基酯、單甲基醚乙酸二乙二醇酯、單乙基醚乙酸二乙二醇酯、單-n-丁基醚乙酸二乙二醇酯、單甲基醚乙酸二丙二醇酯、單乙基醚乙酸二丙二醇酯、二乙酸乙二醇酯、乙酸甲氧基三乙二醇酯、丙酸乙基酯、丙酸n-丁基酯、丙酸i-戊基酯、草酸二乙基酯、草酸二-n-丁基酯等之酯系溶劑;乙二醇甲基醚丙酸酯、乙二醇乙基醚丙酸酯、乙二醇甲基醚乙酸酯、乙二醇乙基醚乙酸酯、二乙二醇甲基醚乙酸酯、二乙二醇乙基醚乙酸酯、二乙二醇-n-丁基醚乙酸酯、丙二醇甲基醚乙酸酯、丙二醇乙基醚乙酸酯、丙二醇丙基醚乙酸酯、二丙二醇甲基醚乙酸酯、二丙二醇乙基醚乙酸酯等之醚乙酸酯系溶劑;乙腈、N-甲基吡咯烷酮、N-乙基吡咯烷酮、N-丙基吡咯烷酮、N-丁基吡咯烷酮、N-己基吡咯烷酮、N-環己基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲醯胺、N,N-二甲基乙醯胺、N,N-二甲基亞碸等,從厚膜化及溶液安定性的觀點來看,係以醚系溶劑、醚乙酸酯系溶劑及酮系溶
劑為佳。
此等之中,發明者們從抑制塗佈不均或排斥的觀點來看,第1以醚乙酸酯系溶劑較佳、第2以醚系溶劑較佳、第3則以酮系溶劑為佳。此等係可單獨使用1種或組合2種以上使用之。
質子性溶劑方面,可舉例如甲醇、乙醇、n-丙醇、i-丙醇、n-丁醇、i-丁醇、sec-丁醇、t-丁醇、n-戊醇、i-戊醇、2-甲基丁醇、sec-戊醇、t-戊醇、3-甲氧基丁醇、n-己醇、2-甲基戊醇、sec-己醇、2-乙基丁醇、sec-庚醇、n-辛醇、2-乙基己醇、sec-辛醇、n-壬基醇、n-癸基醇、sec-十一烷基醇、三甲基壬基醇、sec-十四烷基醇、sec-十七烷基醇、苯酚、環己醇、甲基環己醇、苄基醇、乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丁二醇、二乙二醇、二丙二醇、三乙二醇、三丙二醇等之醇系溶劑;乙二醇甲基醚、乙二醇乙基醚、乙二醇單苯基醚、二乙二醇單甲基醚、二乙二醇單乙基醚、二乙二醇單-n-丁基醚、二乙二醇單-n-己基醚、乙氧基三乙二醇、四乙二醇單-n-丁基醚、丙二醇單甲基醚、二丙二醇單甲基醚、二丙二醇單乙基醚、三丙二醇單甲基醚等之醚系溶劑;乳酸甲基酯、乳酸乙基酯、乳酸n-丁基酯、乳酸n-戊基酯等之酯系溶劑等,從保管安定性的觀點來看,醇系溶劑為佳。
此等之中,發明者們從抑制塗佈不均或排斥的觀點來看,係以乙醇、異丙基醇、丙二醇丙基醚等為佳。此等係可單獨使用1種或組合2種以上使用之。
使用(b)成分及(c)成分之方法並無特別限定,例如有,用為調製(a)成分時之溶劑之方法、調製(a)成分後進行添加之方法、進行溶劑交換之方法、以溶劑餾去等取出(a)成分後添加(d)溶劑之方法等。
又再者,本發明之氧化矽系被膜形成用組成物係可視需要而含有水,以無損及目的之特性範圍者為佳。又,(b)成分之阻溶化合物,及(c)成分之光酸產生劑係與(a)成分之矽氧烷樹脂一起溶解於(d)成分之溶劑中使用。
(b)成分的添加量係以重量比例為矽氧烷樹脂固形成分全體的3%~30%之組成較佳、5%~25%更佳、5%~20%又更佳。(b)成分之具有阻溶基之阻溶化合物,本來出對鹼顯像液並無顯示出溶解性,且會阻礙矽氧烷樹脂對鹼顯像液之溶解,但藉由紫外線或可見光照射,自(c)成分之光酸產生劑會產生酸,而持續紫外線或可見光照射之加熱步驟中,所產生的酸與(b)成分之阻溶化合物的酸觸媒反應會發生,誘發阻溶基之分解,阻溶化合物變成溶解促進性之化合物,因而在鹼顯像液中顯示出高溶解性。
(b)成分的添加量低於5%時,因未曝光部位之阻溶性會降低而未曝光部位溶解,有無法獲得充分感光特性之情況。又,(b)成分的添加量超過30%時,會有塗佈膜中發生析出而導致不均一、使塗佈膜加熱硬化而得之絕緣膜的透明性、電氣特性或機械強度會有降低之傾向。
相對於(a)成分之矽氧烷樹脂的重量,(c)成分之光酸產生劑係以0.1%~20%之組成較佳、0.5%~15%更佳、1%~10%又更佳。(c)成分的添加量超過20%時,會有塗佈膜中發生析出而導致不均一、感光特性劣化、使塗佈膜加熱硬化而得之絕緣膜的透明性、電氣特性或機械強度降低之傾向。又,(c)成分的添加量低於1%時,因曝光所產生之酸的量不足,而有感度降低或無法形成正型圖型的情況。
此外,本發明之氧化矽系正型感光性樹脂組成物用於電子零件等時,係以不含鹼金屬或鹼土類金屬為佳,即使在含有的情況下,也以組成物中之該等金屬離子濃度為1000ppm以下者為佳,1ppm以下者更佳。
此等之金屬離子濃度若超過1000ppm,則具有由組成物所得之氧化矽系被膜的電子零件中,金屬離子容易流入,恐怕會直接對電氣性能有不良之影響。因此,視其需要,例如有效的有,使用離子交換過濾器等將鹼金屬或鹼土類金屬自組成物中去除。但是,當用於光導波路或其他用途等時,若無損及其目的,則不受限於此。
使用如此之本發明之氧化矽系正型感光性樹脂組成物,而於基板上形成氧化矽系被膜之方法,一般係以成膜性及膜均一性優異之旋轉塗佈法為例進行說明。惟,氧化矽系被膜形成方法並非僅限於旋轉塗佈法,亦可利用噴霧法、輥塗佈法、迴轉、狹縫式塗佈法等之各種方法。
又,基板係表面可為平坦者,若為電極等形成而具有凹凸者亦可。此等基板方面,除了上述之外,亦可使用聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚醯胺、聚碳酸酯、聚丙烯酸、耐隆、聚醚碸、聚氯化乙烯、聚丙烯、三乙醯基纖維素等之有機高分子等。又,亦可使用前述有機高分子等之塑膠薄膜等。
首先,將氧化矽系正型感光性樹脂組成物於矽晶圓或玻璃基板等之基板上,以較佳為300~3000轉/分、更佳為400~2000轉/分進行旋轉塗佈形成被膜。此轉數低於300轉/分則有膜均一性惡化之傾向,若超過3000轉/分則成膜性恐會惡化。
氧化矽系被膜之膜厚會因使用用途而異,例如,用於LSI等之層間絕緣膜時的膜厚係以0.01~2μm者為佳,用於鈍化保護層時的膜厚係以2~40μm者為佳。用於液晶用途時的膜厚係以0.1~20μm者為佳,用於光阻時的膜厚係以0.1~2μm者為佳,用於光導波路時的膜厚係以1~50μm者為佳。
通常,此膜厚約以0.01~10μm者為佳,0.01~5μm者更佳、0.01~3μm者又更佳,0.05~3μm者特別佳,0.1~3μm者極佳。本發明之氧化矽系正型感光性樹脂組成物較佳係可用於0.5~3.0μm之膜厚,而更佳可用於0.5~2.5μm之膜厚,特別適用於1.0~2.5μm之膜厚。
為了調整氧化矽系被膜之膜厚,例如,可調整組成物中之(a)成分的濃度。又,使用旋轉塗佈法時,藉由調整轉數與塗佈次數係可調整膜厚。調整(a)成分之濃度而控制膜厚的情況下,例如,欲使膜厚增厚時係可藉由提高(a)成分之濃度來控制,而欲使膜厚變薄時係以降低(a)成分之濃度來控制。
又,使用旋轉塗佈法來調整膜厚的情況下,例如,欲使膜厚增厚時,係可將轉數下降或增加塗佈次數增加來進行調整,而欲使膜厚變薄時,係可將轉數提高或減少塗佈次數來調整。
接著,以較佳為50~200℃、更佳為80~180℃於加熱板等上使塗佈膜中之有機溶劑乾燥。當此乾燥溫度低於50℃,則有機溶劑的乾燥未能充分地進行。若預烘烤的溫度超過200℃,則被膜的硬化會進行,且因對顯像液之溶解性降低之故,會伴隨著曝光感度降低、解像度降低。
其次,於已形成之塗膜上透過固定的圖型之光罩照射光或電子射線。在此,所用的光或電子射線方面,可舉例如g線(波長436nm),i線(波長365nm)等之紫外線、KrF準分子雷射等之遠紫外線、同步加速器放射線等之X線、電子射線等之荷電粒子線。此等之中,以g線及i線為佳。曝光量方面,通常為1~2,000mJ/cm2
、較佳為10~200mJ/cm2
。
藉由照射光或電子射線之後,使用顯像液進行顯像處理而去除光或電子射線的照射部分,可得所期望之圖型。在此所用之顯像液方面,例如,較佳係可使用將氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鈉、矽酸鈉、氨水等之無機鹼類、乙基胺、n-丙基胺等之第一級胺類、二乙基胺、二-n-丙基胺等之第二級胺類、三乙基胺、甲基二乙基胺等之第三級胺類、二甲基乙醇胺、三乙醇胺等之醇胺類、氫氧化四甲基銨、氫氧化四乙基銨、膽鹼等之第四級銨鹽或吡咯、哌啶、1,8-二氮雜雙環-(5.4.0)-7-十一碳烯、1,5-二氮雜雙環-(4.3.0)-5-壬烷等之環狀胺類溶解於水之鹼水溶液。
又,該顯像液中,係可適量地添加水溶性有機溶劑使用之,例如甲醇、乙醇等之醇類或界面活性劑。再者,溶解本發明組成物之各種有機溶劑亦可使用作為顯像液。
顯像方法方面,係可利用盛液法、浸漬法、搖動浸漬法等之適宜的方法。於顯像處理後,對已圖型化之膜,亦可進行例如流水洗淨之洗滌處理。
氧化矽系塗佈膜之對顯像液的溶解速度,係以最適於圖型化之方式調整組成或製程條件、曝光條件為有效。又,調整顯像液的濃度、組成等亦有效。氫化矽系塗佈膜之未曝光部位,其所使用之對顯像液的溶解速度以0~20nm/s為佳,較佳係0~10nm/s,而0~5nm/s又更佳。
氧化矽系塗佈膜之未曝光部位的溶解速度超過10nm/s時,則顯像步驟中塗佈膜厚會減少,顯像後會有無法獲得期望之膜厚,或解像性不充分,或材料之利用效率降低等不良狀況。另外,曝光部位之對顯像液的溶解速度係20~10000nm/s,較佳為30~1000nm/s,更佳為40~200nm/s。未曝光部位與曝光部位雙方,以可為較佳溶解速度之方式進行最適化者為佳。
顯像後,為了使存在於殘留膜中之光酸產生劑分解,係有將膜全面曝光的情況。曝光光源極方面,係可使用與圖型化中使用之光源極同樣者。曝光量係因必須完全地分解光酸產生劑之故,通常為100~3,000mJ/cm2
、較佳為200~2000mJ/cm2
。此步驟也可不施行。
接著,將已圖型化之被膜以250~500℃之加熱溫度燒成進行最後硬化,而形成圖型化之氧化矽系被膜。此外,最後硬化係以氮、氬、氦等之惰性氛圍下進行較佳,此時,氧濃度係以1000ppm以下為佳。若此加熱溫度低於250℃,則有無法達成充分硬化之傾向,若超過500℃的話,在有金屬配線層之情況下,入熱量大增而恐發生配線金屬之劣化。因此,係以450℃以下之溫度進行最後硬化為佳。
又,此硬化時的加熱時間係以2~60分為佳、2~30分則更佳。此加熱時間若超過60分,則入熱量過度增加,恐會發生配線金屬的劣化。又,加熱裝置方面,係以使用石英管爐之外的爐、加熱板、快速熱退火(RTA)等之加熱處理裝置或併用EB、UV之加熱處理裝置為佳。
如此所形成之本發明之液晶顯示元件的層間絕緣膜,即使實施350℃之加熱處理,仍具有充分高耐熱性、高透明性,且為耐溶劑性優異者。此外,由含有以往眾所周知的酚醛清漆樹脂等之苯酚系樹脂及重氮萘醌系感光劑的組成物、或含有丙烯酸系樹脂及重氮萘醌系感光劑材料的組成物所形成之層間絕緣膜,230℃程度為其耐熱溫度的上限,若超過此溫度而進行加熱處理的話,會著色成為黃色或褐色,其透明性會顯著地降低。
如上述實施所形成之氧化矽系被膜,係可使用於液晶顯示元件、電漿顯示器或有機EL、場發射顯示器、半導體元件等之層間絕緣膜。又,可使用作為半導體元件的晶圓表層材料(表面保護膜、凸塊保護膜、MCM(multi-chip module)層間保護膜、接合被覆膜)、封裝材料(封止材、固晶材料)等。
以下,係就有關本發明之具體的實施例進行說明,但本發明非僅只受限於此等。
於具備有攪拌機、環流冷卻器、滴下漏斗及溫度計之500mL的4口燒瓶中,置入甲苯55.8g與水35.7g,並添加35%鹽酸3.12g(0.03莫耳)。接著,將3-乙醯氧基丙基三甲氧基矽烷13.5g(0.0605莫耳)、苯基三甲氧基矽烷30.0g(0.151莫耳)與甲基三甲氧基矽烷12.4g(0.0908莫耳)之甲苯27.9g之溶液於20~30℃進行滴下。
滴下結束後,在同溫度使其熟成2小時。將此時的反應溶液以GC分析之結果,得知原料並無殘留。接著,加入甲苯與水進行萃取,以碳酸氫鈉水溶液洗淨後,以水洗淨直到溶液呈中性。回收甲苯油層,去除甲苯,得到目的之黏性液體狀之化合物34.6g。再者,溶解於丙二醇單甲基醚乙酸酯中,得到經調整固形成分濃度成為50重量%之溶液。藉由GPC法測定重量平均分子量為1050。
除了將前述記載之原料的苯基三甲氧基矽烷變更為2-降冰片烷基三乙氧基矽烷39.0g(0.151莫耳)以外,係與樹脂A之合成方法同樣地操作而得目的之化合物38.7g。再者,溶解於丙二醇單甲基醚乙酸酯中,得到經調整固形成分濃度成為50重量%之溶液。藉由GPC法測定重量平均分子量為1020。
於具備有攪拌機、環流冷卻器、滴下漏斗及溫度計之500mL的4口燒瓶中,置入甲醇38.4g與水21.0g,添加乙酸1.13g(0.0189莫耳)。接著,將3-乙醯氧基丙基三甲氧基矽烷8.41g(0.0378莫耳)、苯基三甲氧基矽烷30.0g(0.151莫耳)之甲醇19.2g之溶液於20~30℃進行滴下。
滴下結束後,在同溫度使其熟成2小時。將此時的反應溶液以GC分析之結果,得知原料並無殘留。接著,加入甲苯進行萃取,以碳酸氫鈉水溶液洗淨後,以水洗淨直到溶液呈中性。回收甲苯油層,去除甲苯,得到目的之黏性液體狀之化合物24.6g。再者,溶解於丙二醇單甲基醚乙酸酯中,得到經調整固形成分濃度成為50重量%之溶液。藉由GPC法測定重量平均分子量為1100。
於具備有攪拌機、環流冷卻器、滴下漏斗及溫度計之500mL的4口燒瓶中,置入甲苯55.8g與水35.7g,加入35%鹽酸3.12g(0.03莫耳)。接著,將苯基三甲氧基矽烷48.0g(0.242莫耳)之甲苯27.9g之溶液於20~30℃進行滴下。滴下結束後,在同溫度使其熟成2小時。將此時的反應溶液以GC分析之結果,得知原料並無殘留。
接著,加入甲苯與水進行萃取,以碳酸氫鈉水溶液洗淨後,以水洗淨直到溶液呈中性。回收甲苯油層,去除甲苯,得到目的之黏性液體狀之化合物34.6g。再者,溶解於丙二醇單甲基醚乙酸酯中,得到經調整固形成分濃度成為50重量%之溶液。藉由GPC法測定重量平均分子量為1000。
於具備有攪拌機、環流冷卻器、滴下漏斗及溫度計之2000mL的4口燒瓶中,在使四乙氧基矽烷317.9g與甲基三乙氧基矽烷247.9g溶解於二乙二醇二甲基醚1116.7g之溶液裡,將調製成0.644重量%的硝酸167.5g於攪拌下花費30分鐘進行滴下。
滴下結束後使其反應3小時之後,在減壓下、溫浴中,餾去所生成之乙醇及二乙二醇二甲基醚的一部份,獲得固形成分濃度25%之矽氧烷樹脂溶液740.0g。藉由GPC法測定聚矽氧烷之重量平均分子量為870。
阻溶化合物B1係以下述之化學反應式所表示之路徑而合成。
於燒瓶內,使苯酚1(5g)溶解於四氫呋喃(100g)中。於其中,在室溫條件下,投入氫化鈉(3g),使其縣濁後,將溴乙酸t-丁基酯(10g)之四氫呋喃(50g)溶液進行滴下。於60℃反應2小時。
反應結束後,濾出固形成分,在減壓下、溫浴中,去除溶劑。之後,將濃縮殘渣溶解於乙酸乙基酯(100g)後,以離子交換水50g水洗2次,在減壓下、溫浴中,去除溶劑而得阻溶化合物B1(6.5g)。
於高速液體層析(HPLC)上,確認純化所得之化合物之純度為90%以上,且藉由FT-IR,1
H-NMR,13
C-NMR測定,確認阻溶化合物B1之構造。
阻溶化合物B2係以苯酚1為起始原料,並藉由使用溴化t-丁基碳酸鉀之醚化反應而得。
阻溶化合物B3係以苯酚1為起始原料,並藉由使p-甲苯磺酸作為觸媒對二氫吡喃的苯酚性羥基進行加成反應而得。
阻溶化合物B4係以苯酚1為起始原料,並藉由使用
碳酸鉀與溴乙酸t-丁基酯之醚化反應而得。
阻溶化合物B5係以苯酚2作為起始原料,阻溶化合物B6係苯酚1作為起始原料,並藉由與阻溶化合物B1之合成方法同樣的反應而得。
阻溶化合物B7係以1-甲基-1-金剛烷醇與1-金剛烷羧酸作為合成原料,藉著經由使用亞硫醯二氯之醯基氯所進行之酯化反應而得。
阻溶化合物B8係以1-甲基-1-金剛烷醇與1,5-金剛烷二羧酸作為合成原料,並藉由與B7同樣的反應而得。
阻溶化合物B9係藉由1-金剛烷羧酸之t-丁基酯化反應而得。
阻溶化合物B10係如下所示,藉由三步驟所成之合成路徑而得。
(步驟1)步驟1係如一般式45所示。將1,3,5-金剛烷三醇(5.0g)溶解於二甲基亞碸(65ml)與乙酸酐(30mL)之混合物中。攪拌溶液40小時,加入50重量%氫氧化鈉水溶液(50ml)。將混合溶液以二乙基醚(50ml)分5次萃取。
將萃取得之溶液以飽和氯化鈉水溶液(20ml)3次洗淨後,以無水硫酸鈉進行乾燥。集合萃取溶液進行過濾、濃縮。
將透明的濃縮溶液於120℃真空蒸餾,得到無色油狀之1,3,5-參(甲基硫代甲氧基)金剛烷(4g)。
(步驟2)步驟2係如一般式46所示。於氮氣氛圍下,將1,3,5-參(甲基硫代甲氧基)金剛烷(4.0g)溶解於無水二氯甲烷(20ml)中。
將亞硫醯氯(3.5ml)以無水二氯甲烷(10ml)稀釋,於氮氣氛圍下,花費3分鐘進行滴下。3小時攪拌後,過剩的亞硫醯氯係於真空下加熱使其蒸發。生成物係經真空乾燥而得高黏度的黃色油狀物1,3,5-參(氯甲氧基)金剛烷(3.5g)。
(步驟3)步驟3係如一般式47所示。將1,3,5-參(氯甲氧基)金剛烷(650mg)與膽酸(2500mg)於氮氣氛圍下溶解於無水四氫呋喃(30mL)。滴下三乙基胺(1.2ml)後,攪拌4小時,加水停止反應。
將混合溶液以二乙基醚(30ml)分4次萃取。將萃取溶液以飽和氯化鈉水溶液(20ml)洗淨3次,以無水硫酸鈉進行乾燥後,濃縮有機層。生成物經真空乾燥,得到白色粉未之B10(1.10g)。
阻溶化合物B101~B103及B108係可使用與上述阻溶化合物B10同樣之合成原料而合成。與B10之合成相異之點在於,步驟1之反應中,在不使3個羥基完全反應下即結束反應,將生成物藉由管柱層析進行劃分,而分離出異構物及官能數相異之生成物。此外,在劃分上,係可使用分取式高速液體層析、分取式薄層層析、再結晶之類的方法。又可適用步驟1後不進行劃分而於步驟3後進行劃分之方法。
阻溶化合物B104~B107,除了使用1,3-金剛烷二醇(B104,B105)或1,5-金剛烷二醇(B106,B107)取代1,3,5-金剛烷三醇之外,其餘係可使用與上述阻溶化合物B10同樣之合成原料進行合成。B105與B107的情況下,與B10之合成相異之點在於,步驟1的反應中,在不使3個羥基完全反應下即結束反應,將生成物藉由管柱層析進行劃分,而分離出異構物及官能數相異之生成物。此外,在劃分上,係可使用分取式高速液體層析、分取式薄層層析、再結晶之類的方法。又可適用步驟1後不進行劃分而於步驟3後進行劃分之方法。
阻溶化合物B21,B121~B128除了使用去氧膽酸取代膽酸之外,其餘係以與B10,B101~B108之合成同樣的方法進行合成。
阻溶化合物B31,B131~B138除了使用熊去氧膽酸取代膽酸之外,其餘係以與B10,B101~B108之合成同樣的方法進行合成。
阻溶化合物B41,B141~B148除了使用豬去氧膽酸取代膽酸之外,其餘係以與B10,B101~B108之合成同樣的方法進行合成。
阻溶化合物B51,B151~B158除了使用石膽酸取代膽酸之外,其餘係以與B10,B101~B108之合成同樣的方法進行合成。
將鹼水溶液可溶性矽氧烷樹脂A(4.2g)、矽氧烷樹脂(3.6g)、阻溶化合物B10(0.8g)、光酸產生劑C25(0.05g)溶解於PGMEA(80g),調製氧化矽系正型感光性樹脂組成物A。
將鹼水溶液可溶性矽氧烷樹脂B(4.2g)、矽氧烷樹脂(3.6g)、阻溶化合物B10(0.8g)、光酸產生劑C25(0.05g)溶解於PGMEA(80g),調製氧化矽系正型感光性樹脂組成物B。
將鹼水溶液可溶性矽氧烷樹脂C(4.2g)、矽氧烷樹脂(3.6g)、阻溶化合物B10(0.8g)、光酸產生劑C25(0.05g)溶解於PGMEA(80g),調製氧化矽系正型感光性樹脂組成物C。
實施例1的組成中,除了改變阻溶化合物與光酸產生劑之種類之外,其餘係同樣地進行調製表1所示之氧化矽系正型感光性樹脂組成物。
實施例1的組成中,除了改變阻溶化合物與光酸產生劑之種類之外,其餘係同樣地進行調製表3及表4所示之氧化矽系正型感光性樹脂組成物。
分別添加苯基倍半矽氧烷樹脂(PSQ)(4.2g)、矽氧烷樹脂(3.6g)、DNQ磺酸酯化合物0.44g,於室溫下攪拌30分鐘溶解後,調製氧化矽系正型感光性樹脂組成物U。
將鹼水溶液可溶性矽氧烷樹脂A(4.2g)、矽氧烷樹脂(3.6g)、DNQ系感光劑(o-Naphthoquinone-diazo-5-sulfonic acid ester,RESPE-CHEMICAL股份公司,Product No.68)DNQ1(0.8g)溶解於PGMEA(80g),調製氧化矽系正型感光性樹脂組成物V。
將依實施例1~5、及比較例1,2所製造之氧化矽系正型感光性樹脂組成物的溶液以PTFE製的過濾器過濾,且於矽晶圓或玻璃基板上,以去除溶劑後的膜厚呈3.0μm之轉數旋轉塗佈30秒。之後,以150℃/花2分鐘去除溶劑。使用Canon製PLA-600F投影曝光機,透過固定的圖型光罩,以曝光量30mJ/cm2
對此被膜進行曝光。
接著,於2.38重量%之氫氧化四甲基銨水溶液中,25℃、2分鐘以搖動浸漬法進行顯像處理,以純水流水洗淨,乾燥後形成圖型。接著,使用Canon製PLA-600F投影曝光機,以曝光量1000mJ/cm2
使圖型部分全面曝光。接著,在O2
濃度低於1000ppm時,於受控制之石英管爐以350℃/花費30分鐘使被膜最後硬化成為絕緣被膜。
對藉由上述成膜方法而成膜之被膜,以下述之方法進行膜評價。
感光特性之評價,係就形成於矽晶圓上之圖型最後硬化被膜,以5μm正方之通孔圖型是否脫落之解像性進行評價。使用電子顯微鏡S-4200((股)日立計測器service公司製)來觀察,5μm角之通孔圖型脫落時判定為○、無脫落時判定為×。
關於塗佈於可見光區域不發生吸收之玻璃基板上之最後硬化被腊,係藉由日立製UV3310裝置測定300nm~800nm之透過率,400nm之透過率在97%以上時為○,低於97%時為×。
關於形成於矽晶圖上之最後硬化被膜,去除溶劑後之膜厚與最後硬化後之膜厚,其膜厚減少率低於10%時判定為○、10%以上時判定為×。此外,膜厚測定係以GARTNER製的EllipsometerL116B所測定之膜厚,具體而言,係於被膜上照射He-Ne雷射,且使用照射所產生的相位差所求得之膜厚。
關於形成於矽晶圓上之最後硬化被膜,係藉由金屬顯微鏡而依10倍~100倍之倍率確認面內裂隙的有無。未發生裂隙時判定為○、發現裂隙時判定為×。
絕緣皮膜之評價結果係如下述之表2、表5及表6。
由表2、表5及表6可知,本發明中之各實施例,就考量解像性、透過率、耐熱性、耐裂性等之綜合特性而言,凌駕於比較例。
圖1及圖2係將本發明應用於液晶顯示裝置之例。圖1係液晶顯示裝置的TFT基板31上所形成之像素平面圖。被2根閘極配線22與2根源極配線23所包圍的部分係像素區域。玻璃之TFT基板31上,如此所成之像素係形成為矩陣狀。面對TFT基板,係由未予圖示之可供給一定電壓的共通電極所形成由玻璃形成之彩色濾光器基板挾住液晶而設置。像素區域的大部分係由ITO所成之像素電極21所佔,在像素區域的左下方,係形成有朝像素電極之信號進行控制的TFT。藉由像素電極21與共通電極之間的電場係可驅動液晶,形成影像。閘極配線的一部分221係貼於像素電極側,挾住絕緣膜而在像素電極21之間形成加成容量。
圖2係TFT的剖面構造。本實施例中之TFT也就是上部閘極型之TFT。玻璃基板31上係形成SiN膜101與SiO2
膜102之2層膜以作為基底膜。任一者均是為了防止來自玻璃基板31之雜質污染半導體層。於基底膜上,係形成有a-Si膜作為半導體層34。a-Si膜係有例如,使用準分子雷射變換為聚矽膜之情況。半導體層34上,閘極絕緣膜104係因SiO2
或SiN等而形成。閘極絕緣膜104上,例如,MoW等係藉由濺鍍所形成以作為閘極電極層。將MoW以濺鍍形成後,藉由微影術,形成閘極電極32,將此閘極電極32作為光罩,以離子植入於半導體層形成N+區域,且形成源極及汲極區域。
在含閘極電極32之閘極配線層上,藉由SiO2
或SiN等而形成層間絕緣膜106。層間絕緣膜106上,為了取得電性接觸,在形成通孔26後,藉由濺鍍被覆Al-Si及MoW等之層合腊,以微影術,形成源極/汲極電極107、源極配線23等。之後,為了保護TFT,係藉由SiN而形成無機鈍化保護膜108。
為了覆蓋無機鈍化保護膜108而使表面平坦化,係使用本發明之絕緣膜形成有機的鈍化保護膜109。有機的鈍化保護膜109係使用有本發明之感放射線性組成物。絕緣膜的形成方法係與實施例1中所說明者相同。本發明之有機膜因本身為感光膜之故,不用光阻即可形成直接接觸孔26。又,因透過率特性優異,而可提升影像的明亮度。
之後,藉由濺鍍形成ITO,且形成像素電極21。像素電極21上係透過接觸孔26而可外加信號電壓。而覆蓋像素電極21係可形成無予圖示之配向膜。
本實施例中之有機鈍化保護膜109的目的之一,雖為平坦化液晶層側,卻又使本發明之絕緣膜容易成為2μm程度之膜厚,同時又具有優異的平坦化特性。又,在本實施例之有機鈍化保護膜109雖因亦形成於像素電極21的下方而必須有高透明性,但本發明之絕緣膜係因具有高透明性,而適用為本實施例之類的有機鈍化保護材料。
此外,以上的說明係以本發明之絕緣膜作為有機鈍化保護膜109使用的情況下最為適合來進行說明,亦可作為閘極絕緣膜104,層間絕緣膜106使用。
圖3係使本發明用為有機EL顯示裝置之例。圖3係有機EL顯示裝置之像素剖面圖。圖3中,玻璃基板131上形成有基底膜132,且於基底膜132的上方形成有成為TFT一部分之半導體層133。覆蓋半導體層133而形成有閘極絕緣膜134,閘極絕緣膜134上係形成有閘極電極135。
覆蓋閘極電極135而形成有層間絕緣膜136。層間絕緣膜136上係形成有源極配線與同層之源極/汲極(SD)配線。SD配線層係通過形成於層間絕緣膜136及閘極絕緣膜134上之接觸孔150而與半導體層的汲極部接續。覆蓋SD配線,係藉由SiN而形成有保護TFT用之無機鈍化保護膜137。此外,此無機鈍化保護膜137,當形成有後述之有機鈍化保護膜138的情況下,亦可被省略。
無機鈍化保護膜137上,平坦化用之有機鈍化保護膜138方面,係形成有本發明之絕緣膜。有機膜係與實施例4同樣地使用本發明之感放射線性組成物(A2)。絕緣膜的形成方法亦與實施例4相同。有機鈍化保護膜138係以1μm~2μm之厚度而形成。有機鈍化保護膜138上雖有形成接觸孔的必要,但因本發明之有機膜本身即具感光性之故,係可在不使用光阻下直接形成接觸孔。無機鈍化保護膜137亦形成的情況下,係可使有機鈍化保護膜138作為光罩而於無機鈍化保護膜137上形成接觸孔151。又,若使用本發明之感放射線性組成物所成的絕緣膜,則因在TFT上形成接觸孔151之故,而可增加有機EL膜的發光面積。
有機鈍化保護膜138上形成有作為有機EL層141之下部電極139的ITO膜。此情況下之ITO膜139係成為有機EL層141的陽極。形成下部電極139後,係藉由有機膜而形成有區別各像素用之觸排140。觸排的140材料方面,過去雖使用有聚醯亞胺、丙烯酸樹脂等,本發明之有機膜係適於作為觸排140之材料。成為觸排140之有機膜係形成於畫面全面,殘餘觸排140係藉由蝕刻去除。本發明之有機膜係因本身具有感光特性之故,而可不使用光阻而進行蝕刻。
藉由蝕刻所去除的部分係成為像素之部分,於此部分上係藉由蒸著而形成有有機EL層141。有機EL層141係以自下部電極139側起含有電洞注入層、電洞輸送層、發光層、電子輸送層、電子注入層等之複數層所形成。有機EL層141之上部係以上部電極142為金屬,例如,Al或Al合金等所形成。此情況下,上部電極142係成為陰極。在有機EL層141發光的光雖朝向箭頭L之方向(底部),但朝向圖3的上部之光係因上部電極142所反射而朝向箭頭L之方向(底部)。
有機鈍化保護膜138係用於平坦化,因此,有必要形成2μm程度的厚度。此外,底部發光型則是在有機EL層141發光的光通過有機鈍化保護膜138而形成影像。因此,有機鈍化保護膜138有必要具有高透過率。本發明之有機膜係因具有高透過率之故,而為適合有機EL顯示裝置之材料。本發明之有機鈍化保護膜138因即使不照射紫外線,亦具有高透過率之故,而在有機EL顯示裝置的製程上特別有用。本實施例中,雖將本發明的有機膜用於有機鈍化保護膜、觸排等雙方上進行說明,亦可僅用於任何一者。
以上,雖以本發明的絕緣膜用為有機鈍化保護膜138或觸排140的情況作為最適的例子予以說明,但亦可用為閘極絕緣膜134或層間絕緣膜136。
又,以上說明中所用的有機EL顯示裝置,係以自有機EL層發出的光朝向玻璃基板131側意即底部發光型有機EL顯示裝置進行說明。但是,本發明非僅限於此,當然對於自有機EL層發出的光朝向玻璃基板131側之相反側意即頂部發光型有機EL顯示裝置亦適用。
圖4係表示本發明之電子零件的一實施形態的模式剖面圖。記憶電容器單元8(電子零件)係於擴散區域1A,1B所形成之矽晶圖1(基板)上,透過由氧化膜所成之閘極絕緣膜2B而設置的閘極電極3(字組線之機能)與設置於其上方之對向電極8C之間,形成有二層構造之層間絕緣膜5,7(絕緣被膜)者。於閘極電極3之側壁係形成有側壁氧化膜4A,4B,又,位於閘極電極之旁的擴散區域1B上係形成有場效氧化膜2A,而元件分離。
層間絕緣膜5係被覆於此等之閘極電極3及場效氧化膜2A上,經旋轉塗佈本發明之氧化矽系被膜形成用組成物而形成者。位於層間絕緣膜5之閘極電極3的旁邊,係形成有埋入用作位元線(bit-line)機能的電極6之接觸孔5A。再者,經平坦化之層間絕緣膜5上係被覆有經平坦化之層間絕緣腊7,以貫通兩者之方式而形成之接觸孔7A上係埋入有蓄積電極8A。層間絕緣膜7係與層間絕緣膜5同樣地,為旋轉塗佈本發明之氧化矽系被膜形成用組成物所形成者。然後,於蓄積電極8A上,係透過由高介電體所成之電容器絕緣膜8B而設置有對向電極8C。此外,層間絕緣膜5,7可具有同一組成,亦可具有不同組成。
1...矽晶圓(基板)
1A,1B...擴散區域
2A...場效氧化膜
2B...閘極絕緣膜
3...閘極電極
4A,4B...側壁氧化膜
5,7...層間絕緣膜(絕緣被膜)
5A,7A...接觸孔
6...位元線(bit-line)
8...記憶體單元電容器(電子零件)
8A...蓄積電極
8B...電容器絕緣膜
8C...對向電極
21...像素電極
22...閘極配線
23...源極配線
26...接觸孔
31...透明絕緣性基板
32...閘極電極
36a...源極電極
36b...汲極電極
[圖1]使用本發明之感放射線組成物的液晶顯示裝置之平面圖。
[圖2]使用本發明之感放射線組成物的液晶顯示裝置之像素剖面圖。
[圖3]有機EL顯示裝置之像素部的剖面圖。
[圖4]表示本發明之電子零件之一較佳實施形態的模式剖面圖。
Claims (11)
- 一種氧化矽系正型感光性樹脂組成物,其係含有下述(a)~(d)成分之分別至少1種以上所成之正型感光性樹脂組成物;(a)成分:含有以下述一般式(1)所示化合物之水解縮合而得之鹼水溶液可溶性的矽氧烷樹脂、R 1 OCOASiX 3 (1) (式中,R1 、A表示有機基、X表示水解性基)(b)成分:阻溶化合物,其具有可藉由酸的作用而分解之官能基,藉由酸的作用,使對鹼顯像液的溶解性增大、(c)成分:酸產生劑,其係藉由光或電子射線的照射而產生酸之化合物、(d)成分:可溶解(a)成分之溶劑,其中,組成物中之(a)成分的搭配比例為樹脂組成物之總量的5~50重量%,前述(b)成分之阻溶化合物中可藉由酸的作用而分解之官能基係以下述一般式(41)所示為特徵;
- 如申請專利範圍第1項之氧化矽系正型感光性樹脂組成物,其中,(a)成分之鹼水溶液可溶性矽氧烷樹脂,係使前述一般式(1)之化合物與下述一般式(2)水解縮合而得; R 2 SiX 3 (2) (式中,R2 表示芳香族或脂環式烴基或碳數1~20之有機基、X表示水解性基)。
- 如申請專利範圍第1項之氧化矽系正型感光性樹脂組成物,其係混合(a)成分之鹼水溶液可溶性矽氧烷樹脂、與進一步使以下述一般式(3)所示之化合物水解縮合而得之樹脂而成;R 3 n SiX 4-n (3) (式中,R3 表示H原子或者F原子、或含有B原子、N原子、Al原子、P原子、Si原子、Ge原子或者Ti原子之基、或表示碳數1~20之有機基、X表示水解性基、n表示0~2之整數、當n為2時,各R3 可相同或相異)。
- 如申請專利範圍第1項之氧化矽系正型感光性樹脂組成物,其中,可溶解(a)成分之溶劑,係含有選自由醚乙酸酯系溶劑、醚系溶劑、乙酸酯系溶劑、醇系溶劑、及酮系溶劑所成之群之1種以上的溶劑。
- 如申請專利範圍第1項之氧化矽系正型感光性樹脂組成物,其中,前述(b)成分之阻溶化合物係分子量200~2000之金剛烷基。
- 如申請專利範圍第1項之氧化矽系正型感光性樹 脂組成物,其中,(c)成分之酸產生劑係藉由光的照射產生鹵化氫酸或磺酸之酸產生劑。
- 一種氧化矽系絕緣被膜之形成方法,其係將含有下述(a)~(d)成分之分別至少1種以上所成之氧化矽系正型感光性樹脂組成物,塗佈於基板上而形成塗佈膜,且去除前述塗佈膜中所含之有機溶劑後,於前述被膜上透過圖型光罩進行曝光‧顯像後去除曝光部位之被膜,之後,加熱處理殘存被膜而得:(a)成分:含有以下述一般式(1)所示化合物之水解縮合而得之鹼水溶液可溶性的矽氧烷樹脂R 1 OCOASiX 3 (1) (式中,R1 、A表示有機基、X表示水解性基)、(b)成分:阻溶化合物,其具有可藉由酸的作用而分解之官能基,藉由酸的作用,使對鹼顯像液的溶解性增大、(c)成分:酸產生劑,其係藉由光或電子射線的照射而產生酸之化合物、(d)成分:可溶解(a)成分之溶劑,其中,前述氧化矽系正型感光性樹脂組成物係組成物中之(a)成分的搭配比例為樹脂組成物之總量的5~50重量%, 前述(b)成分之阻溶化合物中可藉由酸的作用而分解之官能基係以下述一般式(41)所示為特徵;
- 如申請專利範圍第7項之氧化矽系絕緣被膜之形成方法,其係去除前述曝光部位的被膜後,再進行曝光,之後加熱處理殘存被膜而得。
- 一種液晶顯示裝置,其係於基板上形成薄膜電晶體,且形成有被覆前述薄膜電晶體之有機絕緣膜,再於前述有機絕緣膜上形成像素電極之液晶顯示裝置,其中,前述有機絕緣膜係藉由如申請專利範圍第1項之氧化矽系正型感光性樹脂組成物而形成。
- 一種有機EL顯示裝置,其係於基板上形成薄膜電晶體,且形成有被覆前述薄膜電晶體之有機絕緣膜,再於前述有機絕緣膜上形成下部電極、有機EL層及上部電極之有機EL顯示裝置,其中,前述有機絕緣膜係藉由如申請專利範圍第1項之氧化矽系正型感光性樹脂組成物而形成。
- 一種半導體裝置,其係於矽基板上形成有機絕緣膜,且於前述有機絕緣膜上形成具有第1電極與第2電極之容量,而前述第1電極或前述第2電極之一方,係於前述有機絕緣膜上透過已形成之通孔而與前述矽基板上已形成之回路部分接續之半導體裝置,其中,前述有機絕緣膜係藉由如申請專利範圍第1項之氧化矽系正型感光性樹脂組成物而形成。
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