【聚酰亚胺】高粘附性半导体器件表面保护涂料—PI—5型聚酰亚胺的研制.pdf

芳杂环l i 聚合物 一 、概 述 高粘附性半导体器件表面保护涂料 一 p i 一 5 型聚酰亚胺的研制 王 宗光 曹壮 ( 上海交通大学商分子材档所 ) 随着微电子技术 的发 展，聚酰亚胺( p i ) 由于 有优异性 能和稳定可靠 的 图 形 刻 蚀 性，它 日益广泛 泼应用于半 导体器件表面保 护和 集成 电路 多层涂布 线技术 中。 在 这 方 雨f ，代表性 的商 品诸 如如杜邦公司的 p y r a f i n 系列、日立化成公司的p i q、 上海交大高 分 子材料所运十年来提洪的p i - i 型等 。以上 产品均 由芳香二胺与二酐缔聚 而成。但 兰者 均有众所用知 的不足， 即材料 与半导体界 面 帕粘接性较差，不 得不藉助 于偶 联剂或金属 有机螫台物誓强 l p i 涂科与硅或二氧化硅界 而的粘结力，这样不仅 导致器件工 艺复杂 ， 而 且会影 响器件 某些 性能下降。8 0 年代初美 国m &tf l 学公司b e r g e r 等人推出含硅 pi ， 商 品牌号为m &t3 5 0 0 。 日立公司牧野 大 辅 等及 日东公司 电相继 随后推 出 p i x。 通 过 六 、七年的研 究应 用，用有机硅改性聚 髋亚 胺来 提高p i 与半 导体界面的粘 附性 已被一再 肯定 。近年来国 内诸如 高压 硅堆 等引进生产 线 上均 已指定配套应 用这 类新涂料 。 有机 硅改性聚 酰亚 胺般是嵌段共聚， 以m& t 3 5 0 0 为例，其有机硅嵌段单体 是 双 一 ( r 氨 基丙 ) - 四 甲基硅氧烷，结构如下 ： ch 3 ch 3 j l h n一 ( ch 2 ) 3 一 si o si 一 ch ： ) 。 一 l l nh ， ch ch 但m& t3 5 0 0 的热分解 温 度 为 3 5 0 ，低于 通用的均苯型聚酰亚 胺。 我们的工作 是以m &t3 5 0 0 为基础， 通 过改变二氨基硅氧 烷的分子结构来提 高材斟 耐热性 ，同时实现 材料与si 、 s i o z界面的 高 粘附性，从而保证半导体器件的可靠性，提 高成品率。我们试制的有机硅单体结构为： ch ch 。 h 2 n一 ( ch 2 ) a si o si 一 ( ch ) 。 一 i l 0 j i o l 一 nh 2 苯取代基 的引入造成 电子结 构的变化， 促使氧原子 上的 孤对 电子向硅原 子靠拢，导 致硅氧键缩短，键 能增 高 同时，这 种共轭 效 应对硅碳键起增强作用，从而提 高 了共聚 物的耐热性 能。 台成得到 的p l - 5 型含硅聚酰 亚 胺 经 红 外 光谱表征 ，并对其热性 能、粘附性，电性 能、界 面特性进行 测定 ，得 到了满意结果 。 经过 4 年多来，在多种功率器件、包括大功 率 台面 器件 ，高频和超高额 系列元件或 集成 电路 、 高压硅堆 可 控硅器件 等方 面用 作表 面 钝化或 内涂工艺均取得明显效果 ，保持 了pi l 型聚 酰亚胺的耐高温性 且又获得 了与s j 、 s i o 界面的高粘 附性 。 我们 摄供 的批 量样 品， 按不 同使用要 求 稳定性的指标为： 粘度1 5 pa s 一 9一 维普资讯 固含量1 2 一l 5 硅 含量5 1 0 mo l e na 含量。 +n：hn一 一 。 一 n h 。 + m h n 一 叫一h n c 一 - i i c ioh 一 ( h 。 一 c一【 土 _ _ cn h i 一 一 ) 一 o o 二 一 ( n c c c c n 一 。一 h ch 。 。 cn 一 i- 。 - s，- (g h d s- ) 。 。冀 。 嚣 8 i 二 0 oh _ 。 一l o 一 一 ) x t =l 2 8 3 1 c m一 为c hj s i 键伸缩振动 t =蛐5 6 9 m- l 为s o s 键伸缙振动 圈l ( a )含硅 聚暖胺麓缸外圈 谱 x 3 =1 7 7 7 2 c m - 1 为c=o 莲掉缩擞诗 i 3 7 9 3 c 广 为亚胺环中c n键伸缩振动 固l ( b )台硅聚醺亚腔缸外冒蕾 c c o n ( 一 一m h 人三 人 ； 静 1 0l 1 8 5 p卜l l 2 l3 3 1 8 0 ， 0 0 3 1 0 1 1 7 5 m t 一 2 s 0 7 如 1 e 5 9 3 5 0 0 5 c v特 性( ca p a c i t y vo l t g e ) p i - 5 的表面 电荷 效 应 是 借 助 于 mp s ( me t a l - po l yme r - s i l l c a ) 结构进行 c- 特 性 测试， 结果如图4 所示 。 由于台硅聚 酰 亚 胺的平带电压vf b 计算尚无现成资料， 因其 介电常数( =3 0 -3 8 ) 与s i o 薄膜的介电 常数 ( b =3 23 8 )相 近，所 以 近 似 借 用 s i o 图表计算得到：平 常 电 压t vf b = + 2 7 8 v ，等效界面电荷l ns =一1 2 9 11 0 个 厘米 。 ， 其水平 与pi - i 相 同， 即 具 有 同 样 良好的抗钠 离子能力。 。 型： i 国 岔曲 壤 川 h 固4 p i 一 5 的mp s 结构c v特性曲线 四 讨 论 1 本工 作采 用的二氨 基硅 氧烷单 体 具 有特殊 的分子 结构，制 得的p i 一 5 材料是一种 县有 热分解温度大于4 5 0的耐高温聚 酰 亚 胺 。 2 p i 一 5 与硅、二氧化硅界面具有 优 良 的高粘 附性，达 到外 国同类产 品水平。 3 p i - 5 具有优良电绝缘性及微电 子 特 性，是一种抗钠离子能力的微电子材料。 参考 资料 1us p 4 3 9 5 5 2 7 2 ep s 4 4 2 6 3k l mi t t s e t s l po l y me s c i e n c e &te c h - n o l o g y) ) 1 6 1 1 2 1 3 4唐威膳，上海交大硕士论文 ，i 9 8 4 年 ( 上 接 第3 8页 ) 生物降解的测试方法，美国材料试验协会方 法中的g一 2 l 和 g - 2 2 常用来测定材料对真菌 和细菌 侵蚀的敏感度。 结 语 目前，可生物降解及光降解的备种塑料 产品的销路正在 日益扩大，这不 仅是 因为复 盖薄膜和堆肥袋在农业技术上应用的扩大， 而是 由于消费者 了解 了在 日用品领域法律所 规定的要求所致。耳前这些可降解性妁塑料 制品正以高于通常非降解性材料价格的 5