Beschreibung

Basismaterial für fotostrukturierbare Resists und Dielektrika

Die Erfindung betrifft ein Basismaterial für die Formulierung eines fotoempfindlichen Resistmaterials und/oder eines die ^¬ lektrischen Materials, insbesondere für die Formulierung ei ^¬ nes zum Strukturieren im Millimeter bis in den Sub-Mikro- meterbereich geeigneten Materials.

Zum Strukturieren von Oberflächen werden in der Mikro-, MEMS- und CMOS-Technologie fotoempfindliche Resists eingesetzt. Da ^¬ mit können Strukturgrößen von Millimeter bis in Sub-Mikro- meterbereich erzielt werden. Photoresists können in Form von Flüssigkeiten oder Folien appliziert werden. Bei flüssigen Photoresists wird nach dem Spin-Coating, Sprühbelacken etc. das zur Viskositäts- oder Schichtdickenregulierung verwendete Lösungsmittel im so genannten Soft-Bake-Prozess durch Tempe ^¬ raturerhöhung großteils entfernt. Fotofolien werden durch La- minierprozesse appliziert. Nach dem Aufbringen des Resists wird dieser über eine Maske oder ein Reticle belichtet und anschließend entwickelt. Je nach Prozessführung kann auch ein Temperschritt vor oder nach dem Entwickeln eingefügt werden, um beispielsweise die Löslichkeit im Entwickler zu steigern.

Die kommerziell verfügbaren Photoresists und/oder Dielektrika enthalten oft aufgrund ihrer Herstellungsprozesse chlorhalti ^¬ ge Rückstände. Dabei wird allgemein angenommen, dass an Luft, insbesondere in Gegenwart von Wärme und Feuchtigkeit das or- ganisch gebundene Chlor zumindest zum Teil in Chloridionen umgewandelt wird. Diese Ionen können Korrosion der mit ihnen in Berührung kommenden Teile verursachen.

In der Mikro-, MEMS-, und/oder CMOS-Technologie ist bei- spielsweise das extrem korrosionsanfällige Aluminium ein

Standardmaterial. Beispielsweise sind viele Oberflächen alu- miniumhaltig oder enthalten zumindest eine Aluminiumlegie-

rung. So können durch Korrosion Schäden entstehen, die letztlich auch zum Ausfall des gesamten Bauelements führen können.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein Basis- material für ein Photoresistmaterial oder ein Dielektrikum zur Verfügung zu stellen, das in der Mikro-, MEMS-, und/oder CMOS-Technologie eingesetzt werden kann und das weniger kor ^¬ rodierend wirkt als die bisher dafür üblichen Basismateria ^¬ lien .

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der Ansprüche und der Beschreibung gelöst.

Allgemeine Erkenntnis der Erfindung ist es, dass unter be- stimmten Bedingungen Epoxidharze auf Epichlorhydrinbasis als Basismaterialien für Negativ-Photoresists und/oder Dielektrika so präpariert werden können, dass sie relativ halogenfrei sind.

Gegenstand der Erfindung ist ein Basismaterial aus zumindest einem Epoxidharz auf Epichlorhydrinbasis für Negativ-Photo- resist und/oder Dielektrikum zum Einsatz in der Mikro-, MEMS-, und/oder CMOS-Technologie, wobei das zumindest eine Epoxidharz auf Epichlorhydrinbasis entweder durch Kettenver- längerung cycloaliphatischer Epoxidharze halogenarmer Ausgangsprodukte und/oder durch Lösungsmittel-Extraktion in fester Form darstellbar ist. Außerdem ist Gegenstand der Erfindung die Verwendung zumindest eines Epoxidharzes auf Epich ^¬ lorhydrinbasis als Basismaterial für Negativ-Photoresists und/oder Dielektrika in der Mikro-, MEMS-, und/oder CMOS- Technologie, wobei das Epoxidharz auf Epichlorhydrinbasis entweder durch Kettenverlängerung cycloaliphatischer Epoxidharze halogenarmer Ausgangsprodukte oder durch Lösungsmittel- Extraktion in fester Form darstellbar ist .

Die erfindungsgemäßen Epoxidharze auf Epichlorhydrinbasis ha ^¬ ben einen extrem geringen Gesamtchlorgehalt an ionisch oder organisch gebundenem Chlor im Harz. Insbesondere bevorzugt

ist ein Epoxidharz auf Epichlorhydrinbasis mit einem Gesamt ^¬ chlorgehalt kleiner/gleich lOOppm.

Die EP 1478674 offenbart eine Klasse der erfindungsgemäß ein- gesetzten Epoxidharze, im Folgenden kurz als „Verbindungs ^¬ klasse 1" bezeichnet, mit extrem niedrigem Chlorgehalt, ins ^¬ besondere niedrigem Gehalt an organisch gebundenem Chlor. Der Offenbarungsgehalt dieses Patents ist auch Gegenstand der vorliegenden Beschreibung und gehört zu deren Offenbarungsge- halt, obwohl nur weniges zitiert wird, um unnötige Wiederho ^¬ lungen zu vermeiden. Außerdem betrifft die EP ein Herstellungsverfahren, bei dem durch Extraktion fester Epoxidharz- Partikel, gegebenenfalls nach vorheriger Zerkleinerung und/ oder Umfällung, Gesamtchlorgehalte von kleiner 100 ppm im Epoxidharz realisiert werden.

Aus der DE 19751738 Al sind kettenverlängerte cycloaliphati- sche Epoxidharze bekannt, die von halogenarmen Ausgangskompo ^¬ nenten ausgehen und durch angepasste Molmassen im Lösungsmit- telfreien Zustand klebefrei sind. Die Klasse der darin offen ^¬ barten und erfindungsgemäß zum Herstellen des Basismaterials aus zumindest einem Epoxidharz auf Epichlorhydrinbasis für Negativ-Photoresist und/oder Dielektrikum geeigneten Epoxidharze wird im Folgenden kurz als „Verbindungsklasse 2" be- zeichnet .

Der Offenbarungsgehalt dieser Deutschen Offenlegungsschrift wird hiermit auch zum Gegenstand der vorliegenden Beschrei ^¬ bung gemacht .

Die darin beschriebenen Harze können durch Addition einer Epoxidkomponente an eine Phenolkomponente unter Basenkatalyse entstehen, wobei die Molmasse durch die Molverhältnisse der Ausgangsstoffe einstellbar ist. Die resultierenden Harze kön- nen im Elektronikbereich, sowie als Pressmassen, als Leiterplattenmaterialien und Klebstoffe eingesetzt werden.

Insbesondere handelt es sich um halogenarme Epoxidharze, die durch Umsetzung einer Epoxidverbindung mit einer Phenolkomponente hergestellt sind, wobei der Reaktionsmischung als Kata ^¬ lysator eine halogenfreie Base, insbesondere ein Oniumhydro- xid, insbesondere bevorzugt ein Tetramethylammoniumhydroxid, beigegeben ist.

Als Epoxidkomponente werden bevorzugt ringepoxidierte cycloa- liphatische Epoxidharze eingesetzt, geeignet sind aber auch lineare aliphatische Epoxide .

Als Phenolkomponente werden bevorzugt Bisphenole wie das Bisphenol A oder Naphtalindiol eingesetzt. Zur Modifizierung der Molmassen eignen sich substituierte Monophenole wie zum Beispiel das Nonylphenol.

Als Katalysator können alle halogenfreien Basen eingesetzt werden. Der Katalysator ist bevorzugt thermolabil, so dass er nach beendigter Reaktion bevorzugt in flüchtige, zumindest aber in unschädliche Produkte zerfällt. Der Katalysator ist bevorzugt wasser- und/oder alkohollöslich.

Beispiel zur Verbindungsklasse 1, den aus fester Substanz durch Extraktion im Lösungsmittel erhaltenen Epoxidharzen auf Epichlorhydrinbasis :

Reinigung von Bisphenol-A-diglycidylether in Ethanol.

50 g auskristallisiertes Bisphenol-A-diglycidylether (Epliox® A-17-04, Fa. Leuna-Harze) mit einem Gesamtchlorgehalt von 800 ppm wird in 50 g Ethanol (p.a. Fa. Aldrich) suspendiert und mit Hilfe eines Stabmixers für die Dauer von 60 Sekunden zerkleinert. Die Suspension wird in einem geschlossenen Gefäß für 17 Stunden mit Hilfe einer Dispergierscheibe gerührt. Da- bei muss darauf geachtet werden, dass die Temperatur der Sus ^¬ pension nicht über 40 ⁰ C steigt. Danach wird das Gemisch im Wasserstrahlvakuum abfiltriert und mit wenig Lösungsmittel nachgewaschen und im Vakuumschrank getrocknet. Anschließend

wird der Gesamtchlorgehalt mit Hilfe der Carbitol-Methode ge ^¬ messen .

Dieser Vorgang wird 2 Mal wiederholt. Man erhält dabei ein Bisphenol-A-diglycidylether in 60 % Ausbeute mit einem Gesamtchlorgehalt von 80 ppm. (siehe Diagramm 1)

E-Korrosionsprüfung einer Klebstoffformulierung an IPC-Test- boards : Prüflinge: 2 Stück IPC-Testboards mit Klebstoff beschichtet. Angewandte Prüfbestimmung: DIN EN 60068-2-67 Durchgeführte Prüfung: Klimaprüfung in 85°C bei 85 % rel. Feuchte, Dauer 1000 Stunden. Prüfbedingungen : Die Testboards wurden während der gesamten Prüfdauer mit 100 VoIt-DC belastet. Zur Untersuchung der Korrosion wird der Oberflächenwiderstand beim Unterschreiten ei ^¬ nes Leckstromes von > ImA oder < 10 ⁶ ω zwischen benachbarten Kammmusterzungen mittels Lumi-Dioden angezeigt.

Zusammensetzung des Klebstoffs:

50 g Bisphenol-A-diglycidylether, aufgereinigt Gesamtchlorge ^¬ halt 42 ppm

50 g Bisphenol-F-diglycidylether, aufgereinigt Gesamtchlorge ^¬ halt 85 ppm 10,9 g Tetraethylendiamin 0,5 g 2-Methylimidazol 0,5 g Triethoxy-epoxypropylsilan

Ergebnis nach 1000 Stunden Test: Visuell sind keine Anzeichen von Korrosion zu erkennen.

Es konnte keine signifikante Veränderung der Isolationswiderstände festgestellt werden.

Messungen der Isolationswiderstände vor- bzw. nach der 1000- stündigen Klimalagerung ergaben keine signifikante änderung der Widerstände.

Beispiele zur Verbindungsklasse 2:

Bisphenol A in 300g Diepoxid bei 90 ⁰ C unter Rühren lösen. Mit einer Dosierspitze wird 1 g ET ₄ NOH Lösung (20% in Wasser) zu- dosiert.

Nach dem Homogenisieren wird der Kolben mit dem Reaktionsprodukt 20 h bei 100 ⁰ C getempert. Zum Entfernen des Katalysators wird das Reaktionsgemisch im ölpumpenvakuum bei 0,6 mbar bei ca. 130 ⁰ C gerührt.

Mit dem Basismaterial aus zumindest einem Epoxidharz auf Epichlorhydrinbasis für ein Negativ-Photoresist und/oder Di ^¬ elektrikum können halogenarme Schichten mit einer Schichtdi- cke größer/gleich 20μm realisiert werden. Bisher konnten derartige Schichten mit Oberflächen, die nach dem Strukturie- rungsprozess plan sind, nicht realisiert werden.

Der Einsatz der erfindungsgemäßen Basismaterialien für die Photoresists und/oder Dielektrika schließt an der Stelle Kor ^¬ rosion nahezu aus. Erstmals können auch hohe Schichten mit einer Schichtdicke größer/gleich 20μm erzielt werden, Schließlich ermöglicht die plane Oberfläche des Resists und/oder Dielektrikums ein Zusammenkleben zweier Substrate.

Die Basismaterialien nach der Erfindung werden bevorzugt in der Mikrotechnik, der MEMS-Technologie, der CMOS-Technologie und/oder in der Chemie-Industrie eingesetzt.