JPH0259620B2 - - Google Patents
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- JPH0259620B2 JPH0259620B2 JP58229290A JP22929083A JPH0259620B2 JP H0259620 B2 JPH0259620 B2 JP H0259620B2 JP 58229290 A JP58229290 A JP 58229290A JP 22929083 A JP22929083 A JP 22929083A JP H0259620 B2 JPH0259620 B2 JP H0259620B2
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- Japan
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- protective film
- polyimide
- polyimide precursor
- silicon
- dianhydride
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-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10P14/00—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars
- H10P14/60—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of insulating materials
- H10P14/68—Organic materials, e.g. photoresists
- H10P14/683—Organic materials, e.g. photoresists carbon-based polymeric organic materials, e.g. polyimides, poly cyclobutene or PVC
Landscapes
- Silicon Polymers (AREA)
- Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)
- Formation Of Insulating Films (AREA)
- Polymers With Sulfur, Phosphorus Or Metals In The Main Chain (AREA)
- Macromolecular Compounds Obtained By Forming Nitrogen-Containing Linkages In General (AREA)
Description
この発明は半導体素子の保護膜形成方法に関す
る。
従来、半導体素子の有機パツシベーシヨン膜や
ダイオードのジヤンクシヨン保護膜の如き保護膜
として耐熱性、電気絶縁性、機械的強度など多く
のすぐれた利点を有するポリイミド、ポリアミド
イミド、ポリヒダントインなどの耐熱性高分子の
使用が検討されてきた。しかるに、これらの耐熱
性高分子膜は、シリコンウエハなどの素子表面と
の密着性に劣り素子表面を安定化させえないばか
りかむしろ半導体素子の信頼性を低下させる問題
があつた。
このことから、上記耐熱性高分子膜の密着性を
改善するための提案が種々なされており、そのひ
とつに、ポリイミドに関し、芳香族テトラカルボ
ン酸二無水物とジアミノ化合物との重合反応によ
りポリイミド前駆体を合成する際に、上記のジア
ミノ化合物としてジアミノシロキサンを使用する
方法がある。この方法は、分子骨格中にジアミノ
シロキサンから誘導されるSi−O−Si結合を導入
して、この結合部分によりシリコンウエハなどを
構成する珪素含有材の珪素原子との間に化学的結
合の手を持たせ、これを珪素含有材への接着現象
の活性点として密着性の向上を図らんとするもの
である。
ところが、上記の提案法では、ジアミノシロキ
サンをジアミノ化合物中かなりの割合であるいは
ジアミノ化合物のすべてとして使用しているた
め、密着性の向上を図ることができたとしてもポ
リイミドパツシベーシヨン膜やジヤンクシヨン保
護膜としての耐湿特性を大きく損なう欠点があつ
た。しかも、ジアミノシロキサンの過剰使用はポ
リイミド本来の耐熱性、電気絶縁性、機械的強度
などの面でも必ずしも好ましいものとはいえなか
つた。また、同様に、前記提案法のなかには、ジ
アミノシロキサンを過剰量使用して合成されたポ
リイミド前駆体とジアミノシロキサンを全く用い
ないつまり分子内に珪素原子を含まないジアミン
を用いて合成されたポリイミド前駆体との混合物
とする方法もあるが、この場合でも混合物中に占
める珪素含有量が大であるため前述と同様の問題
が生じるばかりか、混合物であるが故に密着性な
いし耐湿特性さらにその他の一般特性がロツト間
でばらつきやすく、安定した性能が得られなかつ
た。
この発明は、上記の如き観点から、素子面に対
して密着性にすぐれしかも耐湿特性良好なポリイ
ミド保護膜を与え、またこのポリイミド保護膜が
本来の耐熱性、電気絶縁性、機械的強度などを具
備しうるようなシロキサン変性ポリイミド前駆体
を得るために、鋭意検討を重ねた結果、見い出さ
れたものである。
すなわち、この発明は、半導体素子面に、次の
一般式;
(R1は二価の有機基、R′は一価の有機基であり、
nは1〜1000の整数である)
で表されるジアミノシロキサンと分子内に珪素原
子を含まないジアミンとを同時に芳香族テトラカ
ルボン酸二無水物と重合反応させるに当たつて、
上記のジアミノシロキサンの使用割合を、ジアミ
ノ化合物全体量の1〜4モル%の範囲でかつ最終
反応物中に含まれてくる珪素含有量が0.5重量%
以下となるようにして得たシロキサン変性ポリイ
ミド前駆体を塗布し、ついで高温加熱処理してポ
リイミド保護膜を形成することを特徴とする半導
体素子の保護膜形成方法に係るものである。
このように、この発明においては、ポリイミド
保護膜の密着性を改善するために用いられるジア
ミノシロキサンは、前記特定範囲が必要かつ充分
なものであり、かかる使用割合にすると、ポリイ
ミド前駆体中に占める湿熱分解や酸ないしアルカ
リにより切断されやすいシロキサン結合部分がご
く僅かなものとなるために、ポリイミド保護膜の
耐湿特性を低下させることがなく、またポリイミ
ド本来の耐熱性、電気絶縁性、機械的強度を損な
う心配もないことを見い出したものである。
この発明において一般式(1)で示されるジアミノ
シロキサンは、式中の2個のR1および各R′がそ
れぞれ同一もしくは異なるものであつてもよく、
従来公知のものが広く包含される。その代表的な
ものを例示すると以下の如くである。
この発明において用いられる分子内に珪素原子
を含まないジアミン(以下、単に珪素不含ジアミ
ンと称する)は、次の一般式(2);
H2N−R2−NH2 ………(2)
(R2は珪素原子を含まない二価の有機基である)
で表される芳香族ジアミン、脂肪族ジアミンおよ
び脂環族ジアミンが含まれ、式中のR2は前記一
般式(1)中のR1と同一であつても異なるものであ
つてもよい。とくに好適なものは、芳香族ジアミ
ンであるが、その代表例を示すと、たとえばメタ
フエニレンジアミン、パラフエニレンジアミン、
4・4′−ジアミノジフエニルメタン、4・4′−ジ
アミノジフエニルエーテル、2・2′−ビス(4−
アミノフエニル)プロパン、3・3′−ジアミノジ
フエニルスルホン、4・4′−ジアミノジフエニル
スルホン、4・4′−ジアミノジフエニルスルフイ
ド、ベンジジン、ベンジジン−3・3′−ジカルボ
ン酸、ベンジジン−3・3′−ジスルホン酸、ベン
ジジン−3−モノカルボン酸、ベンジジン−3−
モノスルホン酸、3・3′−ジメトキシ−ベンジジ
ン、パラ−ビス(4−アミノフエノキシ)ベンゼ
ン、メタ−ビス(4−アミノフエノキシ)ベンゼ
ン、メタキシリレンジアミン、パラキシリレンジ
アミンなどが挙げられる。
この発明において上記のジアミノシロキサンと
珪素不含ジアミンとからなるジアミノ化合物と重
合反応させる芳香族テトラカルボン酸二無水物
は、次の一般式(3);
(Arは四価の有機基である)
で表されるものであり、その代表的なものを例示
すると以下の如くである。すなわち、ピロメリツ
ト酸二無水物、3・3′・4・4′−ベンゾフエノン
テトラカルボン酸二無水物、3・3′・4・4′−ビ
フエニルテトラカルボン酸二無水物、2・3・
3′・4′−ビフエニルテトラカルボン酸二無水物、
2・3・6・7−ナフタレンテトラカルボン酸二
無水物、1・2・5・6−ナフタレンテトラカル
ボン酸二無水物、1・4・5・8−ナフタレンテ
トラカルボン酸二無水物、2・2′−ビス(3・4
−ジカルボキシフエニル)プロパン二無水物、ビ
ス(3・4−ジカルボキシフエニル)スルホン二
無水物、3・4・9・10−ペリレンテトラカルボ
ン酸二無水物、ビス(3・4−ジカルボキシフエ
ニル)エーテル二無水物、2・2′−ビス(2・3
−ジカルボキシフエニル)プロパン二無水物、
1・1′−ビス(2・3−ジカルボキシフエニル)
エタン二無水物、ベンゼン−1・2・3・4−テ
トラカルボン酸二無水物、2・3・6・7−アン
トラセンテトラカルボン酸二無水物、1・2・
7・8−フエナントレンテトラカルボン酸二無水
物などがある。
この発明にとくに好適な芳香族テトラカルボン
酸二無水物は、3・3′・4・4′−ビフエニルテト
ラカルボン酸二無水物である。この二無水物を使
用すると、高温高湿雰囲気下、たとえば121℃、
2気圧のプレツシヤークツカーテスト(以下、単
にPCTと略す)による電気特性がもつともすぐ
れた、つまり耐湿特性の極めて良好なポリイミド
が得られ、パツシベーシヨン膜やジヤンクシヨン
保護膜としての性能を大きく向上させることがで
きる。もちろん、他の二無水物を使用する場合で
も耐湿特性の向上を図りうるが、パツシベーシヨ
ン膜として応用する場合その膜厚を厚くするのが
望ましい。
この発明においては、上記のジアミノシロキサ
ンと珪素不含ジアミンとを同時に芳香族テトラカ
ルボン酸二無水物と重合反応させることが必要
で、たとえば両ジアミノ化合物を別々に重合反応
させてのち混合する方式では、密着性および耐湿
特性のばらつきを生じ、品質の安定化を図りえな
い。
また、このとき用いられるジアミノシロキサン
は、すでに述べたように、ジアミノ化合物全体量
の1〜4モル%、好適には3〜3.5モル%で、最
終反応物であるポリイミド前駆体中に含まれてく
る珪素含有量が0.5重量%以下となるようにしな
ければならない。これらの量的関係をいずれも満
足しなければ、密着性と耐湿特性との両立が難し
くなる。このジアミノシロキサンと珪素不含ジア
ミンとからなるジアミノ化合物の芳香族テトラカ
ルボン酸二無水物に対する使用割合は、通常等モ
ルとされるが、必要に応じて一方を多少多くして
も差し支えない。
重合反応は、従来公知の方法に準じて行えばよ
く、一般に有機溶媒の存在下、窒素ガス気流中下
に重合発熱を勘案して通常60℃以下、とくに好適
には30℃以下に制限しながら高い重合度が得られ
るまで反応させればよい。この重合度は反応物の
固有粘度〔η〕を調べることによつて簡単に検知
できるものである。
有機溶媒としては、たとえばN−メチル−2−
ピロリドン、N・N′−ジメチルアセトアミド、
N・N′−ジメチルホルムアミド、N・N′−ジメ
チルスルホキシド、ヘキサメチルホスホルアミド
などの高極性塩基性溶媒が用いられる。この種の
溶媒はいずれも吸湿性が大きく、吸湿された水は
重合時の分子量の低下、貯蔵安定性の低下の原因
となるので使用に先だつて脱水剤で充分に脱水し
ておくのがよい。またこれらの溶媒とともにトル
エン、キシレン、ベンゾニトリル、ベンゼン、フ
エノールの如き汎用溶媒を併用することもでき
る。しかしその使用量は生成ポリイミド前駆体の
溶解度を低下させない範囲にすべきである。
このようにしてこの発明によつて得られるポリ
イミド前駆体は、つぎの一般式(4)にて示されるよ
うに、珪素不含ジアミンとジアミノシロキサンと
がアミド結合を介して芳香族テトラカルボン酸二
無水物へ付加した結合単位が、ランダムであるポ
リマー構造であり、ポリイミド前駆体の分子鎖に
ごく僅かのシロキサン結合が組み込まれた構造を
有することを特徴としている。
(R1、R2、R′、nおよびArは前記のとおり、l
およびmはともに正の整数で、m/l+m=0.01
〜0.04である)
(R1、R2、R′、Ar、n、lおよびmは前記のと
おりである)
この発明においては、かかるポリイミド前駆体
を半導体素子面に塗布したのち、高温加熱処理し
て脱水、環化することにより、シリコンウエハな
どに対してすぐれた密着性を示す前記の一般式(5)
で示される如きポリイミドからなる保護膜を形成
することができる。このポリイミド保護膜は耐湿
特性にすぐれているとともに、その本来の良好な
耐熱性、耐薬品性、機械的特性および卓越した電
気絶縁性を具備しており、半導体素子の表面のパ
ツシベーシヨン膜やダイオードのジヤンクシヨン
保護膜としてすぐれた性能を発揮する。
なお、有機パツシベーシヨン膜としてのポリイ
ミドは、イオン性不純物に汚染されることをさけ
なければならない。Na+、K+、Ca2+、などのカ
チオン性不純物、Cl-などのアニオン性不純物な
どからの汚染を受けないように注意しなければな
らず、特にNa+イオンはポリイミドパツシベーシ
ヨン膜の電気特性に悪影響を及ぼす。そのため重
合に際しては原料モノマー、溶媒ともに周知の方
法により充分精製した後、使用すべきである。例
えば、Na+イオンで5PPM以下、好適には1PPM
以下であることが望ましい。
以下にこの発明の実施例を記載する。以下にお
いてポリイミド前駆体の重合度(分子量)を示す
パラメーターとして固有粘度〔η〕を用いるが、
この固有粘度は溶媒としてN−メチル−2−ピロ
リドンを使用し、測定温度30±0.01℃(恒温槽)
で次式にしたがつて求めたものである。
〔η〕=ln(t/to)/c
t;ウベローデ粘度計で測定されるポリマー溶液
の落下時間
to;上記同様に測定される溶媒の落下時間
c;ポリイミド前駆体(ポリマー)濃度(0.5重
量%とした)
実施例 1
撹拌装置、冷却管、温度計および窒素置換装置
を付した500mlのフラスコを水浴上に固定した。
五酸化リンで一昼夜乾燥しさらに減圧蒸留した精
製N−メチル−2−ピロリドン280.90gを上記フ
ラスコ中に加え、窒素を流し込んだ。
次いで1mlのマイクロシリンジにより前記式イ
で示されるビス(3−アミノプロピル)テトラメ
チルジシロキサン0.87g(0.0035モル)、ついで
4・4′−ジアミノジフエニルエーテル19.3g
(0.0965モル)を仕込み、溶解するまで撹拌した。
つぎに3・3′・4・4′−ビフエニルテトラカルボ
ン酸二無水物29.4g(0.1モル)を徐々に添加し
た。反応系を30℃以下となるように保持しながら
透明粘稠溶液となるまで撹拌した。
このようにして得られたポリイミド前駆体は、
その固有粘度が1.67で、珪素含有量が0.397重量
%であつた。この前駆体を含む溶液をシリコンウ
エハ上にスピンコートして熱風乾燥機中150℃で
1時間、200℃で1時間、250℃で6時間加熱して
ポリイミド保護膜を形成した。このようにして形
成されたポリイミド保護膜の赤外吸収スペクトル
は、1780cm-1および1720cm-1にイミド基形成にも
とづく>C=Oの吸収が認められた。形成された
ポリイミド保護膜は強靭であり、常態でのシリコ
ンウエハへの密着性は良好であつた。またPCT
処理後でも剥離せず密着性が高度に改善されてい
ることが判つた。
実施例 2
溶媒として精製N・N′−ジメチルアセトアミ
ドを281.46g、ジアミノシロキサンとして前記式
ロで示されるビス(4−アミノブチル)テトラメ
チルジシロキサンを0.97g(0.0035モル)使用し
た以外は実施例1と同様にしてポリイミド前駆体
の15重量%溶液をつくつた。
このときのポリイミド前駆体の固有粘度は1.81
であり、また珪素含有量は0.396重量%であつた。
上記のポリイミド前駆体溶液を用いて実施例1
と同様の条件でシリコンウエハ上にポリイミド保
護膜を形成したところ、保護膜の強靭性および密
着性は実施例1の場合と同様であつた。
実施例 3
精製N−メチル−2−ピロリドンの使用量を
237.83gとし、芳香族テトラカルボン酸二無水物
としてピロメリツト酸二無水物を21.8g(0.1モ
ル)使用した以外は、実施例1と同様にしてポリ
イミド前駆体の15重量%溶液をつくつた。
このようにして得られたポリイミド前駆体の固
有粘度は1.65で珪素含有量は0.469重量%であつ
た。この前駆体を含む溶液を実施例1と同様にス
ピンコートして、熱風乾燥機中で150℃で1時間、
200℃で1時間、300℃で1時間加熱してポリイミ
ド保護膜を形成した。形成されたポリイミド保護
膜は強靭であり、常態およびPCTによる密着性
はいずれも良好でシリコンウエハからの剥離は認
められなかつた。
実施例 4
精製N−メチル−2−ピロリドンの使用量を
295.67gとし、芳香族テトラカルボン酸二無水物
として3・3′・4・4′−ベンゾフエノンテトラカ
ルボン酸二無水物32.2g(0.1モル)を、また珪
素不含ジアミンとして4・4′−ジアミノジフエニ
ルメタン19.107g(0.0965モル)を使用した以外
は、実施例1と同様にして固有粘度1.38で、珪素
含有量が0.377重量%のポリイミド前駆体の15重
量%溶液をつくつた。
上記のポリイミド前駆体溶液を用いて実施例1
と同様の条件でシリコンウエハ上にポリイミド保
護膜を形成したところ、保護膜の密着性は実施例
1の場合と同様であつたが、6ケ月経時後の引張
抗張力が初期値の40%に低下していたことが認め
られた。このように保護膜の強靭性は経時劣化す
ることがわかつたが、パツシベーシヨン膜として
は使用できる程度の強靭性であつた。
実施例 5
精製N−メチル−2−ピロリドンの使用量を
259.36gとし、芳香族テトラカルボン酸二無水物
として3・3′・4・4′−ビフエニルテトラカルボ
ン酸二無水物14.7g(0.05モル)とピロメリツト
酸二無水物10.9g(0.05モル)とを使用した以外
は実施例1と同様の操作でポリイミド前駆体の15
重量%溶液をつくつた。
得られたポリイミド前駆体の固有粘度は1.52
で、また珪素含有量は0.430重量%であつた。
上記のポリイミド前駆体溶液を用いて実施例3
と同様にしてシリコンウエハ上にポリイミド保護
膜を形成したところ、保護膜の強靭性および密着
性は実施例1の場合と同様であつた。
比較例 1
精製N−メチル−2−ピロリドンの使用量を
280.07g、4・4′−ジアミノジフエニルエーテル
の使用量を19.9g(0.0995モル)、ビス(3−ア
ミノプロピル)テトラメチルジシロキサンの使用
量を0.1243g(0.0005モル)とした以外は、実施
例1と同様にして固有粘度が2.37で、珪素含有量
が0.057重量%のポリイミド前駆体の15重量%溶
液をつくつた。
この溶液を用いて実施例1と同じ条件でシリコ
ンウエハ上にポリイミド保護膜を形成したとこ
ろ、常態ではシリコンウエハより剥離していなか
つたが、PCTでは容易に剥離した。
比較例 2
精製N−メチル−2−ピロリドンの使用量を
281.86g、4・4′−ジアミノジフエニルエーテル
の使用量を18.6g(0.093モル)、ビス(3−アミ
ノプロピル)テトラメチルジシロキサンの使用量
を1.7395g(0.007モル)とした以外は、実施例
1と同様にしてポリイミド前駆体の15重量%溶液
をつくつた。
このようにして得られたポリイミド前駆体の固
有粘度は0.80で、実施例1で得られたポリイミド
前駆体よりも低分子量であつた。また、この前駆
体の珪素含有量は0.791重量%であつた。
このようにして得られたポリイミド前駆体を用
いて実施例1と同様の条件でシリコンウエハ上に
ポリイミド保護膜を形成したところ、保護膜の強
靭性および密着性は実施例1の場合と同等であつ
た。
比較例 3
ビス(3−アミノプロピル)テトラメチルジシ
ロキサンと4・4′−ジアミノジフエニルエーテル
とを実施例3と同じ割合で別々にピロメリツト酸
二無水物と重合反応させたのち、両者を混合して
ポリイミド前駆体混合物の15重量%溶液を得た。
ジアミノシロキサンから得たポリイミド前駆体の
固有粘度は0.63、珪素不含ジアミンから得たポリ
イミド前駆体の固有粘度は2.00であつた。またポ
リイミド前駆体混合物中の珪素含有量は0.469重
量%であつた。
この溶液を用いて実施例3と同様の条件でシリ
コンウエハ上にポリイミド保護膜を形成したとこ
ろ、シリコンウエハとの密着性は実施例3に較べ
て劣つており、特性がばらつきやすくPCTで容
易に剥離する場合があつた。
比較例 4
精製N−メチル−2−ピロリドンの使用量を
187.52gとし、芳香族テトラカルボン酸二無水物
としてピロメリツト酸二無水物を21.8g(0.1モ
ル)、珪素不含ジアミンとしてパラ−フエニレン
ジアミンを10.42g(0.0965モル)、ジアミノシロ
キサンとしてビス(3−アミノプロピル)テトラ
メチルジシロキサンを0.87g(0.0035モル)使用
した以外は、実施例1と同様にしてポリイミド前
駆体の15重量%溶液をつくつた。
このポリイミド前駆体の固有粘度は1.58で、そ
の珪素含有量は0.594重量%であつた。このよう
にして得られたポリイミド前駆体溶液を用いて実
施例1と同様の操作でシリコンウエハ上にポリイ
ミド保護膜を形成したところ、保護膜の密着性は
実施例1と同様であつた。
つぎに、上記実施例1〜5および比較例1〜4
で得られた各ポリイミド保護膜につき、同一環境
条件下で密着性および電気絶縁性に関する試験を
行つた。結果は、次の表に示されるとおりであつ
た。なお、各ポリイミド保護膜の厚みは、すべて
50±5μに調整したものである。
The present invention relates to a method of forming a protective film for a semiconductor element. Conventionally, heat-resistant polymers such as polyimide, polyamideimide, and polyhydantoin, which have many excellent advantages such as heat resistance, electrical insulation, and mechanical strength, have been used as protective films such as organic passivation films for semiconductor devices and junction protective films for diodes. The use of has been considered. However, these heat-resistant polymer films have a problem in that they have poor adhesion to the surface of a device such as a silicon wafer, and not only cannot stabilize the surface of the device, but also reduce the reliability of the semiconductor device. For this reason, various proposals have been made to improve the adhesion of the heat-resistant polymer membrane, one of which is to create a polyimide precursor using a polymerization reaction between an aromatic tetracarboxylic dianhydride and a diamino compound. There is a method of using diaminosiloxane as the diamino compound mentioned above when synthesizing the body. This method introduces Si-O-Si bonds derived from diaminosiloxane into the molecular skeleton, and this bond creates a chemical bond between the silicon atoms of the silicon-containing material that makes up silicon wafers, etc. The purpose is to improve adhesion by using these as active sites for adhesion to silicon-containing materials. However, in the above proposed method, diaminosiloxane is used in a considerable proportion of the diamino compound or as all of the diamino compound, so even if it is possible to improve the adhesion, it will not be possible to form a polyimide adhesive film or juncture. There was a drawback that the moisture resistance as a protective film was significantly impaired. Furthermore, excessive use of diaminosiloxane is not necessarily preferable in terms of heat resistance, electrical insulation, mechanical strength, etc. inherent to polyimide. Similarly, in the proposed method, there are polyimide precursors synthesized using an excessive amount of diaminosiloxane and polyimide precursors synthesized without using diaminosiloxane at all, that is, using diamines that do not contain silicon atoms in the molecule. There is also a method of making a mixture with the body, but even in this case, the same problem as mentioned above occurs because the silicon content is large in the mixture, and since it is a mixture, it has poor adhesion, moisture resistance, and other general problems. Characteristics tended to vary between lots, making it difficult to obtain stable performance. From the above points of view, the present invention provides a polyimide protective film that has excellent adhesion to the element surface and has good moisture resistance, and that this polyimide protective film has inherent heat resistance, electrical insulation, mechanical strength, etc. This discovery was made as a result of extensive research in order to obtain a siloxane-modified polyimide precursor that can be used as a siloxane-modified polyimide precursor. That is, the present invention provides the following general formula on the semiconductor element surface: (R 1 is a divalent organic group, R′ is a monovalent organic group,
n is an integer from 1 to 1000) and a diamine that does not contain a silicon atom in the molecule are polymerized simultaneously with an aromatic tetracarboxylic dianhydride,
The use ratio of the above diamino siloxane is in the range of 1 to 4 mol% of the total amount of the diamino compound, and the silicon content contained in the final reaction product is 0.5% by weight.
The present invention relates to a method for forming a protective film for a semiconductor device, characterized in that a siloxane-modified polyimide precursor obtained as follows is coated and then subjected to high-temperature heat treatment to form a polyimide protective film. As described above, in this invention, the diaminosiloxane used to improve the adhesion of the polyimide protective film is necessary and sufficient within the above specified range, and when used in such a proportion, the diaminosiloxane is used to improve the adhesion of the polyimide protective film. Since the number of siloxane bonds that are easily broken by wet thermal decomposition or acids or alkalis is extremely small, the moisture resistance properties of the polyimide protective film are not reduced, and polyimide's inherent heat resistance, electrical insulation, and mechanical strength are maintained. It has been discovered that there is no need to worry about damaging the In the diaminosiloxane represented by the general formula (1) in this invention, two R 1 and each R' in the formula may be the same or different,
A wide variety of conventionally known methods are included. Typical examples are as follows. The diamine that does not contain a silicon atom in its molecule (hereinafter simply referred to as silicon-free diamine) used in this invention has the following general formula (2); H 2 N−R 2 −NH 2 ………(2) (R 2 is a divalent organic group not containing a silicon atom ) These include aromatic diamines, aliphatic diamines, and alicyclic diamines represented by It may be the same as or different from R 1 of . Particularly preferred are aromatic diamines, representative examples of which include metaphenylenediamine, paraphenylenediamine,
4,4'-diaminodiphenylmethane, 4,4'-diaminodiphenyl ether, 2,2'-bis(4-
(aminophenyl) propane, 3,3'-diaminodiphenylsulfone, 4,4'-diaminodiphenylsulfone, 4,4'-diaminodiphenylsulfide, benzidine, benzidine-3,3'-dicarboxylic acid, benzidine- 3,3'-disulfonic acid, benzidine-3-monocarboxylic acid, benzidine-3-
Examples include monosulfonic acid, 3,3'-dimethoxy-benzidine, para-bis(4-aminophenoxy)benzene, meta-bis(4-aminophenoxy)benzene, metaxylylenediamine, paraxylylenediamine, and the like. In this invention, the aromatic tetracarboxylic dianhydride to be polymerized and reacted with the diamino compound consisting of the above diaminosiloxane and silicon-free diamine has the following general formula (3); (Ar is a tetravalent organic group) Typical examples are as follows. Namely, pyromellitic dianhydride, 3,3',4,4'-benzophenonetetracarboxylic dianhydride, 3,3',4,4'-biphenyltetracarboxylic dianhydride, 2,3・
3′・4′-biphenyltetracarboxylic dianhydride,
2.3.6.7-naphthalenetetracarboxylic dianhydride, 1.2.5.6-naphthalenetetracarboxylic dianhydride, 1.4.5.8-naphthalenetetracarboxylic dianhydride, 2. 2′-screw (3・4
-dicarboxyphenyl)propane dianhydride, bis(3,4-dicarboxyphenyl)sulfone dianhydride, 3,4,9,10-perylenetetracarboxylic dianhydride, bis(3,4-dicarboxyphenyl)propane dianhydride, carboxyphenyl) ether dianhydride, 2,2'-bis(2,3
-dicarboxyphenyl)propane dianhydride,
1,1'-bis(2,3-dicarboxyphenyl)
Ethane dianhydride, benzene-1,2,3,4-tetracarboxylic dianhydride, 2,3,6,7-anthracenetetracarboxylic dianhydride, 1,2,
Examples include 7,8-phenanthrenetetracarboxylic dianhydride. A particularly suitable aromatic tetracarboxylic dianhydride for this invention is 3,3',4,4'-biphenyltetracarboxylic dianhydride. When this dianhydride is used, under a high temperature and high humidity atmosphere, for example, 121℃,
A polyimide with excellent electrical properties, in other words, extremely good moisture resistance, was obtained through the 2-atm pressure pressure test (hereinafter simply referred to as PCT), and its performance as a passivation film or a juncture protective film was greatly improved. be able to. Of course, the moisture resistance can be improved by using other dianhydrides, but when used as a passivation film, it is desirable to increase the thickness of the film. In this invention, it is necessary to simultaneously polymerize the diaminosiloxane and the silicon-free diamine with the aromatic tetracarboxylic dianhydride. For example, it is not possible to polymerize both diamino compounds separately and then mix them together. , resulting in variations in adhesion and moisture resistance, making it impossible to stabilize quality. Further, as mentioned above, the diaminosiloxane used at this time is 1 to 4 mol%, preferably 3 to 3.5 mol%, of the total amount of the diamino compound, and is contained in the polyimide precursor that is the final reactant. The silicon content must be 0.5% by weight or less. If none of these quantitative relationships are satisfied, it becomes difficult to achieve both adhesion and moisture resistance. The ratio of the diamino compound consisting of diaminosiloxane and silicon-free diamine to the aromatic tetracarboxylic dianhydride is usually equimolar, but one may be slightly increased if necessary. The polymerization reaction may be carried out according to a conventionally known method, and is generally carried out in the presence of an organic solvent in a nitrogen gas stream while limiting the temperature to usually 60°C or less, preferably 30°C or less, taking into account the polymerization heat generated. The reaction may be carried out until a high degree of polymerization is obtained. This degree of polymerization can be easily detected by examining the intrinsic viscosity [η] of the reactant. Examples of organic solvents include N-methyl-2-
Pyrrolidone, N・N'-dimethylacetamide,
Highly polar basic solvents such as N.N'-dimethylformamide, N.N'-dimethylsulfoxide, and hexamethylphosphoramide are used. All of these types of solvents are highly hygroscopic, and absorbed water causes a decrease in molecular weight during polymerization and storage stability, so it is recommended to thoroughly dehydrate with a dehydrating agent before use. . Moreover, general-purpose solvents such as toluene, xylene, benzonitrile, benzene, and phenol can also be used together with these solvents. However, the amount used should be within a range that does not reduce the solubility of the polyimide precursor produced. As shown in the following general formula (4), the polyimide precursor obtained by the present invention has a silicon-free diamine and a diaminosiloxane bonded to each other via an amide bond. The bonding units added to the anhydride have a random polymer structure, and are characterized by having a structure in which very few siloxane bonds are incorporated into the molecular chain of the polyimide precursor. (R 1 , R 2 , R', n and Ar are as described above, l
and m are both positive integers, m/l+m=0.01
~0.04) (R 1 , R 2 , R', Ar, n, l, and m are as described above.) In the present invention, the polyimide precursor is coated on the surface of the semiconductor element, and then subjected to high-temperature heat treatment to dehydrate and ring the polyimide precursor. The above general formula (5) shows excellent adhesion to silicon wafers etc. by
A protective film made of polyimide as shown in can be formed. This polyimide protective film has excellent moisture resistance, as well as excellent heat resistance, chemical resistance, mechanical properties, and excellent electrical insulation properties. Demonstrates excellent performance as a juncture protective film. Note that the polyimide used as the organic passivation film must be protected from being contaminated by ionic impurities. Care must be taken to avoid contamination from cationic impurities such as Na + , K + , Ca 2+ , and anionic impurities such as Cl - ; adversely affects the electrical properties of Therefore, during polymerization, both the raw material monomer and the solvent should be sufficiently purified by well-known methods before use. For example, 5PPM or less, preferably 1PPM for Na + ions
The following is desirable. Examples of this invention will be described below. In the following, the intrinsic viscosity [η] will be used as a parameter indicating the degree of polymerization (molecular weight) of the polyimide precursor.
This intrinsic viscosity was measured using N-methyl-2-pyrrolidone as a solvent at a temperature of 30±0.01℃ (in a constant temperature bath).
It was calculated according to the following formula. [η] = ln (t/to)/c t; Falling time to of the polymer solution measured with an Ubbelohde viscometer; Falling time c of the solvent measured in the same manner as above; Polyimide precursor (polymer) concentration (0.5 wt. %) Example 1 A 500 ml flask equipped with a stirrer, condenser, thermometer and nitrogen purging device was fixed on a water bath.
280.90 g of purified N-methyl-2-pyrrolidone, which had been dried over phosphorus pentoxide for one day and then distilled under reduced pressure, was added to the flask, and nitrogen was flushed into the flask. Next, using a 1 ml microsyringe, 0.87 g (0.0035 mol) of bis(3-aminopropyl)tetramethyldisiloxane represented by the above formula A was added, followed by 19.3 g of 4,4'-diaminodiphenyl ether.
(0.0965 mol) and stirred until dissolved.
Next, 29.4 g (0.1 mol) of 3,3',4,4'-biphenyltetracarboxylic dianhydride was gradually added. The reaction system was stirred while maintaining the temperature below 30°C until a clear viscous solution was obtained. The polyimide precursor obtained in this way is
Its intrinsic viscosity was 1.67 and silicon content was 0.397% by weight. A solution containing this precursor was spin-coated onto a silicon wafer and heated in a hot air dryer at 150°C for 1 hour, 200°C for 1 hour, and 250°C for 6 hours to form a polyimide protective film. In the infrared absorption spectrum of the polyimide protective film thus formed, >C=O absorption due to imide group formation was observed at 1780 cm -1 and 1720 cm -1 . The formed polyimide protective film was strong and had good adhesion to the silicon wafer under normal conditions. Also PCT
It was found that the adhesiveness was highly improved without peeling even after treatment. Example 2 Example except that 281.46 g of purified N-N'-dimethylacetamide was used as the solvent and 0.97 g (0.0035 mol) of bis(4-aminobutyl)tetramethyldisiloxane represented by the above formula B was used as the diaminosiloxane. A 15% by weight solution of the polyimide precursor was prepared in the same manner as in 1. The intrinsic viscosity of the polyimide precursor at this time is 1.81
and the silicon content was 0.396% by weight. Example 1 using the above polyimide precursor solution
When a polyimide protective film was formed on a silicon wafer under the same conditions as in Example 1, the toughness and adhesion of the protective film were the same as in Example 1. Example 3 The amount of purified N-methyl-2-pyrrolidone used
A 15% by weight solution of the polyimide precursor was prepared in the same manner as in Example 1, except that 21.8 g (0.1 mol) of pyromellitic dianhydride was used as the aromatic tetracarboxylic dianhydride. The polyimide precursor thus obtained had an intrinsic viscosity of 1.65 and a silicon content of 0.469% by weight. A solution containing this precursor was spin coated in the same manner as in Example 1, and then dried in a hot air dryer at 150°C for 1 hour.
A polyimide protective film was formed by heating at 200°C for 1 hour and at 300°C for 1 hour. The formed polyimide protective film was strong, had good adhesion both under normal conditions and by PCT, and no peeling from the silicon wafer was observed. Example 4 The amount of purified N-methyl-2-pyrrolidone used
295.67 g, 32.2 g (0.1 mol) of 3,3',4,4'-benzophenonetetracarboxylic dianhydride as aromatic tetracarboxylic dianhydride, and 4,4' as silicon-free diamine. A 15% by weight solution of a polyimide precursor having an intrinsic viscosity of 1.38 and a silicon content of 0.377% by weight was prepared in the same manner as in Example 1, except that 19.107 g (0.0965 mol) of -diaminodiphenylmethane was used. Example 1 using the above polyimide precursor solution
When a polyimide protective film was formed on a silicon wafer under the same conditions as in Example 1, the adhesion of the protective film was the same as in Example 1, but the tensile strength decreased to 40% of the initial value after 6 months. It was recognized that he had done so. Although it was found that the toughness of the protective film deteriorated over time, it was strong enough to be used as a passivation film. Example 5 The amount of purified N-methyl-2-pyrrolidone used
259.36 g, 14.7 g (0.05 mol) of 3,3',4,4'-biphenyltetracarboxylic dianhydride and 10.9 g (0.05 mol) of pyromellitic dianhydride as aromatic tetracarboxylic dianhydride. Polyimide precursor 15 was prepared in the same manner as in Example 1 except that
A wt% solution was made. The intrinsic viscosity of the obtained polyimide precursor is 1.52
And the silicon content was 0.430% by weight. Example 3 using the above polyimide precursor solution
When a polyimide protective film was formed on a silicon wafer in the same manner as in Example 1, the toughness and adhesion of the protective film were the same as in Example 1. Comparative Example 1 The amount of purified N-methyl-2-pyrrolidone used was
280.07 g, the amount of 4,4'-diaminodiphenyl ether used was 19.9 g (0.0995 mol), and the amount of bis(3-aminopropyl)tetramethyldisiloxane used was 0.1243 g (0.0005 mol). A 15% by weight solution of a polyimide precursor having an intrinsic viscosity of 2.37 and a silicon content of 0.057% by weight was prepared in the same manner as in Example 1. When a polyimide protective film was formed on a silicon wafer using this solution under the same conditions as in Example 1, it did not peel off from the silicon wafer under normal conditions, but it peeled off easily with PCT. Comparative example 2 The amount of purified N-methyl-2-pyrrolidone used
281.86 g, the amount of 4,4'-diaminodiphenyl ether used was 18.6 g (0.093 mol), and the amount of bis(3-aminopropyl)tetramethyldisiloxane used was 1.7395 g (0.007 mol). A 15% by weight solution of the polyimide precursor was prepared in the same manner as in Example 1. The polyimide precursor thus obtained had an intrinsic viscosity of 0.80, and had a lower molecular weight than the polyimide precursor obtained in Example 1. Further, the silicon content of this precursor was 0.791% by weight. When a polyimide protective film was formed on a silicon wafer using the polyimide precursor thus obtained under the same conditions as in Example 1, the toughness and adhesion of the protective film were the same as in Example 1. It was hot. Comparative Example 3 Bis(3-aminopropyl)tetramethyldisiloxane and 4,4'-diaminodiphenyl ether were polymerized separately with pyromellitic dianhydride in the same proportions as in Example 3, and then both were mixed. A 15% by weight solution of the polyimide precursor mixture was obtained.
The intrinsic viscosity of the polyimide precursor obtained from diaminosiloxane was 0.63, and the intrinsic viscosity of the polyimide precursor obtained from silicon-free diamine was 2.00. The silicon content in the polyimide precursor mixture was 0.469% by weight. When a polyimide protective film was formed on a silicon wafer using this solution under the same conditions as in Example 3, the adhesion to the silicon wafer was inferior to that in Example 3, and the properties tended to vary and could easily be used with PCT. There were cases where it peeled off. Comparative example 4 The amount of purified N-methyl-2-pyrrolidone used
187.52 g, 21.8 g (0.1 mol) of pyromellitic dianhydride as the aromatic tetracarboxylic dianhydride, 10.42 g (0.0965 mol) of para-phenylene diamine as the silicon-free diamine, and bis(3 A 15% by weight solution of the polyimide precursor was prepared in the same manner as in Example 1, except that 0.87 g (0.0035 mol) of (aminopropyl)tetramethyldisiloxane was used. The intrinsic viscosity of this polyimide precursor was 1.58, and its silicon content was 0.594% by weight. When a polyimide protective film was formed on a silicon wafer using the polyimide precursor solution thus obtained in the same manner as in Example 1, the adhesion of the protective film was the same as in Example 1. Next, the above Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 4
Each polyimide protective film obtained in the above was tested for adhesion and electrical insulation under the same environmental conditions. The results were as shown in the following table. The thickness of each polyimide protective film is
It was adjusted to 50±5μ.
【表】
上記の表から明らかなように、この発明の実施
例1〜5に係るポリイミド保護膜は高温高湿時の
電気特性にすぐれかつ密着性にもすぐれているこ
とが判る。また、とくに芳香族テトラカルボン酸
二無水物として3・3′・4・4′−ビフエニルテト
ラカルボン酸二無水物を用いた実施例1および2
は、他の二無水物を用いた実施例3〜5に較べて
上記両特性とくに高温高湿時の電気特性に格段に
すぐれていることも判る。
一方、比較例1から形成されたポリイミド保護
膜は電気特性に劣ることは無いがシリコンウエハ
に対する密着性に劣つていた。また、比較例2、
4から形成されたポリイミド保護膜は密着性にそ
れほど問題は無いものの高温高湿度下での電気特
性に劣り、たとえば比較例2のものは実施例1か
ら形成されたポリイミド保護膜と比較して体積抵
抗率で約1/100の測定結果であつた。また、比較
例3は珪素不含ポリイミド前駆体と珪素含有ポリ
イミド前駆体の混合溶液から形成されたポリイミ
ド保護膜であるが、この場合、全体の珪素含有量
がこの発明の範囲に入つていても、密着性、高温
高湿下の電気特性にそれほど好結果が得られてい
ないことが判る。[Table] As is clear from the above table, it can be seen that the polyimide protective films according to Examples 1 to 5 of the present invention have excellent electrical properties and adhesion at high temperature and high humidity. Further, in particular, Examples 1 and 2 using 3,3',4,4'-biphenyltetracarboxylic dianhydride as the aromatic tetracarboxylic dianhydride.
It can also be seen that, compared to Examples 3 to 5 in which other dianhydrides were used, both of the above properties, especially the electrical properties at high temperature and high humidity, were significantly superior. On the other hand, the polyimide protective film formed in Comparative Example 1 was not inferior in electrical properties, but was inferior in adhesiveness to the silicon wafer. In addition, Comparative Example 2,
Although the polyimide protective film formed from Example 4 does not have much problem in adhesion, it has inferior electrical properties under high temperature and high humidity. The measured resistivity was approximately 1/100. Comparative Example 3 is a polyimide protective film formed from a mixed solution of a silicon-free polyimide precursor and a silicon-containing polyimide precursor, but in this case, the total silicon content is within the range of the present invention. However, it can be seen that good results were not obtained in terms of adhesion and electrical properties under high temperature and high humidity conditions.
Claims (1)
nは1〜1000の整数である) で表されるジアミノシロキサンと分子内に珪素原
子を含まないジアミンとを同時に芳香族テトラカ
ルボン酸二無水物と重合反応させるに当たつて、
上記のジアミノシロキサンの使用割合を、ジアミ
ノ化合物全体量の1〜4モル%の範囲でかつ最終
反応物中に含まれてくる珪素含有量が0.5重量%
以下となるようにして得たシロキサン変性ポリイ
ミド前駆体を塗布し、ついで高温加熱処理してポ
リイミド保護膜を形成することを特徴とする半導
体素子の保護膜形成方法。[Claims] 1. On the semiconductor element surface, the following general formula; (R 1 is a divalent organic group, R′ is a monovalent organic group,
n is an integer from 1 to 1000) and a diamine that does not contain a silicon atom in the molecule are polymerized simultaneously with an aromatic tetracarboxylic dianhydride,
The use ratio of the above diamino siloxane is in the range of 1 to 4 mol% of the total amount of the diamino compound, and the silicon content contained in the final reaction product is 0.5% by weight.
1. A method for forming a protective film for a semiconductor device, which comprises applying a siloxane-modified polyimide precursor obtained as follows, followed by high-temperature heat treatment to form a polyimide protective film.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58229290A JPS59107521A (en) | 1983-12-05 | 1983-12-05 | Method for formation of protective film on semiconductor element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58229290A JPS59107521A (en) | 1983-12-05 | 1983-12-05 | Method for formation of protective film on semiconductor element |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56029240A Division JPS5813087B2 (en) | 1981-02-27 | 1981-02-27 | Method for producing siloxane-modified polyimide precursor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59107521A JPS59107521A (en) | 1984-06-21 |
| JPH0259620B2 true JPH0259620B2 (en) | 1990-12-13 |
Family
ID=16889803
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58229290A Granted JPS59107521A (en) | 1983-12-05 | 1983-12-05 | Method for formation of protective film on semiconductor element |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59107521A (en) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0740587B2 (en) * | 1985-12-26 | 1995-05-01 | 松下電子工業株式会社 | Method for manufacturing semiconductor device |
| JPH0211631A (en) * | 1988-06-30 | 1990-01-16 | Nippon Steel Chem Co Ltd | Resins for protecting semiconductors and semiconductors |
| JPH0291125A (en) * | 1988-09-29 | 1990-03-30 | Nippon Steel Chem Co Ltd | Silicone polyimide and its manufacturing method |
-
1983
- 1983-12-05 JP JP58229290A patent/JPS59107521A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59107521A (en) | 1984-06-21 |
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