DE2927864A1 - Verfahren zur herstellung von polyamidsaeure zur verwendung bei der herstellung von halbleitern - Google Patents
Verfahren zur herstellung von polyamidsaeure zur verwendung bei der herstellung von halbleiternInfo
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Description
HOFFMANN -EII1LE <& PARTNER
DR. ING. E. HOFFMANN (1930-1976Ϊ - DIPU-IN G. W. EITLE · DR. RER. NAT.K. HOFFMANN - O.I PL.-IN G. W. LEHN
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32 33O o/fi
HITACHI CHEMICAL COMPANY,Ltd. Tokyo / Japan
Verfahren zur Herstellung von Polyamidsäure zur Verwendung
bei der Herstellung von Halbleitern
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer
Polyamidsäure, die zur Herstellung" von Halbleitern verwendet wird, aus einem Diamin und Tetracarbonsäuredianhydrid,
gegebenenfalls zusammen mit einer Diaminocarbonamidverbindung.
Sie betrifft insbesondere ein Verfahren zur Herstellung
einer Polyämidsäure für die Verarbeitung zu Halbleitern, die in der Lage ist, in ein Polyimidharz überführt zu werden,
welche Imidringe und/oder Benzoylenchinazolinringe aufweist,
die als Isalierfilme bei Halbleitern, wie OberflächenSchutzfilmen von Halbleitern oder schichtisolierenden Filmen von
Halbleitern mit vielschichtiger Konstruktion geeignet sind.
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Bisher wurden Siliziumdioxidfilme, die durch chemisches Gasphasenauf
wachsen hergestellt wurden, hauptsächlich als Isolierfilme bei Halbleitern, wie Oberflächenschutzfilmen bei
Halbleitern oder als Isolierungen zwischen den Schichten bei Drahtleitern mit mehrschichtigem Aufbau verwendet.
Siliziumdioxidfilme haben jedoch die Nachteile, daß sie bei
einer Belastung des Filmes brechen, wenn sie dick sind, oder wenn sie als Schichtisolierfilme in Drahtleitern mit mehr als
drei Schichten verwendet werden und sie neigen auch dazu, von den Drahtleitern abzublättern.
Diese Nachteile haben Verbesserungen hinsichtlich der Effizienz und dem Einbauen von Halbleitern verhindert.
Um diese Nachteile zu überwinden hat man bereits als Isolierfilme organische Stoffe, insbesondere Polyimidgruppenhaltige
Harze mit Imidringen und/oder Benzoylenchinazolonringen, die durch Erhitzen und Dehydratisieren einer Polyamidsäure
hergestellt worden waren-die aus einem Diamin und einem Tetracarbonsäuredianhydrid, gewünschtenfalls mit Diaminocarbonamid
erhalten worden war, verwendet, wobei deren überlegene Wärmebeständigkeit besonders vorteilhaft
war.
Bei Verwendung dieser Stoffe kann man die Nachteile von Siliziumdioxidfilmen für das Auftreten von Rissen lösen,
und daher neue Halbleitervorrichtungen ausbilden, wie dies in den japanischen Patentveröffentlichungen 51-44871/1976
und 51-31185/1976 beschrieben wird.
Die vorerwähnten Isolierfilme aus einem Polyimidgruppenharz mit Imidringen und/oder Benzoylenchinazolonringen
können hergestellt werden, indem man eine Polyamidsäure aus
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einem Diamin und einem Tetracarbonsäuredianhydrid, gewünschtenfalls
zusammen mit einem Diaminocarbonamid herstellt, die so erhaltene Polyamidsäure in einem inerten Lösungsmittel
in Lösung bringt und die Lösung auf eine Platte mittels einer rotierenden Beschichtungsvorrichtung beschichtet
und die beschichtete Platte dann erhitzt. --
Isolierfilme müssen gleichmäßig mit einer Dicke von weniger
als 5 um und einer Schwankungsbreite von - 0,2. tun aufgetragen
werden und dabei dürfen keine Nadellöcher durch Abstoßung und dergleichen des beschichteten Filmes auftreten,
weil sonst die Eigenschaften des Halbleiters ungünstig verändert werden. Der Isolierfilm muß auch eine ausreichende
Wärmebeständigkeit haben, um die während der Herstellung des Halbleiters einwirkende Hitze auszuhalten, wie sie beim
Verbinden der Drähte und Aufbringen von Legierungen zwischen
den Elektroden einwirken kann. Bei dem Versuch, Halbleiter herzustellen, unter Verwendung der vorerwähnten Pqlyamidsäure
wurde festgestellt, daß man einen gleichmäßigen Film mit einer ausreichenden Dicke nicht bilden kann, daß sich
Nadellöcher aufgrund von Abstoßung des beschichteten Filmes
entwickeln und daß die gewünschte Wärmebeständigkeit auch nicht erzielt wird.
Deshalb ist es eine Aufgabe der Erfindung,- eine Polyamidsäure zur Verfügung zu stellen, die bei der Herstellung von
Halbleitern verwendet werden kann und die in der Lage ist,
in ein Polyimidharz mit Imidringen und/öder Benzoylenchinazolonringert
überführt zu werden und dann als Isolierfilm für Halbleiter, wie Gberflächenschutzfilme von Halbleitern
oder als Film für Isolierungen zwischen den Schichten von
Halbleitern bei mehrschichtigen Konstruktionen verwendet werden und wobei die vorerwähnten Nachteile nicht vorliegen.
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Es wurde gefunden, daß man diese Ziele erreichen kann, wenn man bei der Herstellung der Polyamidsäure aus einem Diamin
und einem Tetracarbonsäuredianhydrid, gewünschtenfalls zusammen
mit einem Diaminocarbonamid sowohl die Konzentration der Polyamidsäure in der Lösung als auch die Viskosität
der Lösung in spezieller Weise kontrolliert.
Bisher war es möglich, Fotowiderstände aus zyklisiertem
Kautschuk für die Herstellung von dünnen Filmen mit weniger als 5 um Dicke ohne Nadellöcher mit hoher Genauigkeit durch
Rotationsbeschichtung auf Platten aufzutragen. Nunmehr ist es möglich geworden, gleichmäßige Harzfilme mit überlegener
Wärmebeständigkeit durch Rotationsbeschichtung auf eine Platte aufzutragen, unter Verwendung der erfindungsgemäß
hergestellten Polyamidsäure.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt in der ersten Stufe die Umsetzung eines Diamins und eines Tetracarbonsäuredianhydrids,
gewünschtenfalls mit einem Diaminocarbonamid in einem inerten Lösungsmittel unterhalb 40°C während 30
Minuten bis 24 Stunden, bis die reduzierte Viskosität bei 300C mehr als 0,5 dl/g, vorzugsweise mehr als .0,7 dl/g beträgt,
worauf man in der zweiten Stufe die reduzierte Viskosität auf mehr als 0,3 dl/g, vorzugsweise 0,35 bis 0,45
dl/g und die Viskosität bei 25°C der Lösung auf 500 bis
3000 cps, vorzugsweise 800 bis 1500 cps durch Erhitzen auf
50 bis 100°C während 30 Minuten bis 24 Stunden einstellt.
Die erfindungsgemäß erhaltene Polyamidsäure ist ein Copolymer der Formeln
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-NH-Ar1-NH-CO CO-
HOOi
-NH-Ar1-NHCO CO-
Ηοοσ Ν:οοΗ
-NH-Ar.
■ Hooe/
CONH,
\HOC
,co-
worin Ar^, Ar3^Ar5 und Ar4 jeweils einen aromatischen
Rest und m,.η und k jeweils ganze Zahlen bedeuten, die
dann durch Dehydration und Cyclisierung in ein Polyimidgruppenharz,
enthaltend eine Gruppe der nachfolgenden Formeln:
C0
CO
Ar„ gegebenen£alls^>
N-Ar
gg CO CO
CO-N
yc\
worin Ar1, Ar2, Ar3 und Ar. jeweils einen aromatischen
Rest darstellen, überführt wird.
Geeignete erfindungsgemäß zu verwendende Diamine sind
beispielsweise 4,4 · -Diaminodjphenyläther, 4,4'-Di aminodiphenylmethan,
4,4 * -Diaminodiphenylsulfon, 4,4' -Diaminod iphenylsulf id,
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Benzidin , m-Phenylendiamin, p-Phenylendiamin, 1,5-Naphthallndiamin
und 2,6-Naphthalindiamin. Diese können allein oder in Kombination verwendet werden.
Geeignete Tetracarbonsäuredianhydride sind beispielsweise Pyromelitsäuredianhydrid, 3,3 ' , 4,4 '-Diphenyltetracarbonsäuredianhydrid,
3,3',4,4'-Benzophenontetracarbonsäuredianhydrid,
Cyclopentantetracarbonsäuredianhydrid, 1,2,5,6-Naphthalentetracarbonsäuredianhydrid,
2,3,6,7-Naphthalentetracarbonsäuredianhydrid, 2,3,5,6-Pyridintetracarbonsäuredianhydrid,
1,4,5,8-Naphthalentetracarbonsäuredianhydrid, 3,4,9,10-Perylentetracarbonsäuredianhydrid
und 4,4'-SuIfonyldiphthalsäuredianhydrid.
Diese können allein oder in Kombination verwendet werden. Geeignete Diamjnocarbonamide sind beispielsweise
4,4 '-Diaminod:i?henyläther-3-carbonamid, 3 ,4 ·-Diaminodiphenyläther-4-carbonamid,
3,4'-Diaminodiphenyläther-3'-carbonamid,
3,3l-Diaminodiphenyläther-4-carbonamid, 4,4'-Diaminodiphenylmethan-3-carbonamid,
3,4'-Diaminodiphenylmethan-4-carbonamid,
3,4'-Diaminodiphenylmethan-3-carbonamid
, 3,3"-Diaminodiphenylmethan-4-carbonamid, 4,4'-Diaminodiphenylsulfon-3-carbonamid,
3,4'-Diaminodiphenylsulfon-4-carbonamid,
3,4'-Diaminodiphenylsulfon-3·-carbonamid, 3,3'-Diaminodiphenylsulfon-4-carbonamid,
4,4*-Diaminodiphenylsulf id-3-carbonamid , 3,4'-Diaminodiphenylsulfid-4-carbonamid,
3,3'-Diaminodiphenylsulfid-4-carbonamid, 3,4'-Diaminodiphenylsulf
id- 3 '-carbonamid und 1,4-Diamobenzen-2-carbonamid.
Auch diese können allein oder in Kombination verwendet werden.
Zur Herstellung der Polyamidsäure aus den vorerwähnten Verbindungen
wird ein inertes organisches Lösungsmittel verwendet. Bevorzugt werden solche, welche die gebildeten
Polyamid-ähnlichen Zwischenprodukte lösen. Dazu gehören beispielsweise N-Methyl-2-pyrrolidon, N,N-Dimethylacetamid,
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N,N-Dimethy1formamid, Ν,Ν-Diäthylformamid, Dimethylsulfoxid,
Hexamethylphosphoramid und Tetramethylensulfon. Diese können
allein oder in Kombination verwendet werden.
Die erfindungsgemäße Herstellung der Polyamidsäure umfaßt
zwei Stufen, nämlich die erste>Stufe, bei welcher eine
Polyamidsäure mit hohem Molekulargewicht hergestellt wird und die zweite Stufe, in welcher das Molekulargewicht auf
den gewünschten Grad und die Viskosität vermindert werden, indem man die erhaltene Polyamidsäure mit hohem Molekulargewicht
erhitzt.
In der ersten Stufe ist es erforderlich, die Polyamidsäure
soweit zu polymerisieren, bis eine reduzierte Viskosität bei 300C von mehr als 0,5 dl/g erreicht wird. Eine nicht
ausreichende Polymerisation der Polyamidsäure kann eine ungenügende Wärmebeständigkeit des schließlich erhaltenen
gehärteten Films, ein nicht ausreichendes Maß der zweiten Stufe (Wärmeverfahren) zur Verminderung des Molekulargewichtes zur Erzielung der gewünschten Viskosität oder ein
Abblättern des beschichteten Filmes aufgrund der zu kurzen, für die zweite Stufe aufgewendeten Zeit verursachen.
Die zweite Stufe , das Erhitzungsverfahren, wird durchgeführt,
um die Viskosität der in der ersten Stufe erhaltenen
Polyamidsäurelösung mit einer hohen Viskosität soweit zu
vermindern, daß die Lösung rotationsbeschichtet werden kann
auf einer FotowiderStandsrotationsvorrichtung, und um das
Weglaufen des Überzugsfilmes durch Einzeldispergieren der
Molekulargewichtsverteilung der Polyamidsäure zu verhindern. In der zweiten Stufe wird die Polyamidsäurelösung so eingestellt, daß sie eine reduzierte Viskosität von mehr als
0,3 dl/g bei 30°C hat und die Polyamidsäurelösung eine Viskosität
von 500 bis 3000 cps bei 25°C aufweist.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung müssen die vorerwähnten Zahlenwerte aufrechterhalten werden, weil der Film durch
das Erhitzen nicht ausreichend polymerisiert werden könnte, und infolgedessen die Wärmebeständigkeit des gehärteten
Filmes unzureichend wird, wenn das Molekulargewicht der Polyamidsäure so vermindert wird, daß die reduzierte1
Viskosität weniger als 0,3 dl/g beträgt. Die Viskosität der Polyamidsäurelösung bei 25°C muß auf 500 bis 3000 cps
aufrechterhalten bleiben, weil man sonst einen Film von mehr als 1 um Dicke nicht durch Beschichten der Lösung
auf einerUnterlage mit einer Fotowiderstandsrotationsbe-Schichtungsvorrichtung
durchführen kann, falls die Viskosität unterhalb 500 cps liegt. Vielmehr wird die Dicke
aufgrund der hohen Viskosität an den Randteilen größer als im zentralen Bereich und zwar auch bei einer hohen Rotationsgeschwindxgkeit
der Fotowiderstandsrotationsbeschichtungsvorrichtung und deshalb wird die Ausbeute an Halbleiter
gering, wenn die Viskosität oberhalb 3000 cps liegt.
Erfindungsgemäß wird bevorzugt, daß die Konzentration der
Polyamidsäure im Bereich von 5 bis 30 Gew.-% liegt. Die Dicke des gehärteten Filmes kann die erwünschten Zahlenwerte nicht erreichen und die Gleichmäßigkeit des Überzugsfilmes kann nicht erzielt werden für die gewünschten Dicken
durch eine Verminderung der Rotationsgeschwindxgkeit der Maschine, falls die Konzentration unterhalb 5 Gew.-% liegt.
Dagegen wird die Rühreffizienz aufgrund der hohen Viskosität
erniedrigt und die Synthese wird tatsächlich unmöglich, wenn die Konzentration der Polyamidsäure oberhalb
30 Gew.-% liegt und wenn die Polymerisation so durchgeführt
wird, daß die reduzierte Viskosität oberhalb 0,5 dl/g liegt.
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§09884/0832
Die Herstellung der PoIyamidsäure gemäß der Erfindung
wird beispielsweise wie folgt vorgenommen.
In der ersten Stufe wird ein Diamin, gewünschtenfalls
zusammen mit einem Diaminocarbonamid in einem inerten
Lösungsmittel gelöst und ein Tetracarbonsäuredianhydrid wird zugegeben. Die Mischung wird unterhalb 40°C, vorzugsweise
bei etwa Raumtemperatur gerührt. Die Umsetzung verläuft schnell und die Viskosität des Reaktionssystems
nimmt allmählich zu unter Bildung einer Polyamidsäure hohen Molekulargewichtes. Es wird bevorzugt, den Gehalt
an freier Säure in Tetracarbonsäuredianhydrid möglichst klein zu halten, z.B. indem man das Anhydrid aus Essigsäure
umkristallisiert, um eine Polyamidsäure mit einem solchen Molekulargewicht zu erhalten, daß die reduzierte
Viskosität bei 30°C oberhalb 0,5 dl/g liegt.
Durch die Reinigung wird auch eine Entfernung von Metallionen bewirkt, welche auf die Polyamidsäure einen negativen
elektrischen Einfluß hat, wenn diese als Isolierfilm auf einem Halbleiter verwendet wird. In gleicher Weise wird es
bevorzugt, daß das Diamin und das Diaminocarbonamid in umkristallisierter Form verwendet werden, z.B. durch Umkristallisieren
aus einem alkoholische Gruppen enthaltenden lösungsmittel, um Metällionen zu entfernen.
Weiterhin wird es bevorzugt, daß das verwendete inerte
Lösungsmittel durch Destillation zur Entfernung von metallischen
ionischen Verunreinigungen und Wasser gereinigt wird.
Die so erhaltene Polyamidsäure mit einer reduzierten Viskosität bei 30°C oberhalb 0,5 dl/g wird in der zweiten
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Stufe auf die vorerwähnte reduzierte Viskosität und Lösungsviskosität eingestellt,indem man das Reaktionssystem auf 50 bis 1OO°C erhitzt und die Polyamidsäure hohen
Molekulargewichtes mit Spurenmengen an vorliegendem Wasser im Reaktionssystem hydrolysiert und dadurch das Molekulargewicht
vermindert.
Bei der Herstellung von Polyamidsäure aus Diamin und Tetracarbonsäuredianhydrid,
gegebenenfalls zusammen mit einem Diaminocarbonamid wird es bevorzugt, daß annähernd äquimolare
Mengen an Tetracarbonsäuredianhydrid und an Diaminmengen oder der Gesamtmenge an Diamin und Diaminocarbonamid
verwendet werden, weil man dadurch die beste Wärmebeständigkeit erzielt.
Nachfolgend wird kurz die Messung der reduzierten Viskosität erläutert. Die Polyamidsäurelösung wird zu Eiswasser,
Methanol oder dergleichen gegossen, wobei sie ausfällt, wird dann gründlich trituriert und durch Filtrieren abgetrennt
und getrocknet. Das erhaltene Pulver wird in einem organischen Lösungsmittel gelöst, die Konzentration wird
eingestellt und die Messung wird mit einem Ubbelohde-Viskosimeter
durchgeführt.
Die Viskosität der Polyamidsäurelösung kann in üblicher Weise erfolgen, z.B. mit einem Brookfield-Viskosimeter.
Nachfolgend wird das Verfahren zur Herstellung eines dünnen Filmes durch Beschichten mit der Polyamidsäure, die erfindungsgemäß
erhalten wurde, auf einen Halbleiter kurz erläutert. Eine Unterlage mit vielen Halbleitervorrichtungen
wird auf eine FotowiderStandsrotationsmaschine gegeben
und die Polyamidsäurelösung wird auf die Unterlage mit
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einer geeigneten Vorrichtung aufgetropft bzw. aufgespritzt.
Die Unterlage wird dann gedreht, damit die Polyamidsäurelösung sich gleichmäßig auf die gesamte Oberfläche der
Unterlage verteilt.
Die Anzahl der Drehungen wird vorzugsweise auf 3000 bis
6000 Umdrehungen pro Minute eingestellt. Die Unterlage
wird dann oberhalb 300°C wärmebehandelt und zwar etwa eine Stunde unter Ausbildung eines gehärteten Filmes auf der
Unterlage. Es wird bevorzugt, daß die Wärmebehandlung so durchgeführt wird, daß man stufenweise die Temperatur von
einer niedrigen Temperatur, z.B. 1000C, erhöht, damit der
beschichtete Film keine Nadellöcher oder Verzerrungen aufweist.
Anschließend wird ein Anwendungsbeispiel der erfindungsgemäß erhaltenen Polyamidsäure zur Herstellung eines schichtisolierenden
Filmes auf einer integrierten Schaltung (IC) mit einer doppelschichtigen Verdrahtung beschrieben. Auf
einem Substrat, auf dem die erste Verdrahtungsschicht gebildet wurde, wird die Polyamidsäurelösung rotationsbeschichtet
und unter Ausbildung eines gehärteten Filmes erhitzt gemäß dem vorher beschriebenen Verfahren.
Dann wird der gehärtete Film selektiv mit einem Fotowiderstand
geätzt, um durchgehende Löcher (Löcher, welche die Zwischenschichten verbinden) zu bilden. Auf das Substrat
wird Aluminium als zweite Leitfähigkeitsmetallschicht im Vakuum aufgedampft und eine Verdrahtungsschicht wird durch
Fotoätzen gebildet.
Eine andere Anwendung der erfindungsgemäß erhaltenen Polyamidsäure als Oberflächenschutz von Transistoren, um das
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Eindringen von Verunreinigungen zu verhindern, wird nachfolgend beschrieben. Ein gehärteter Film wird auf einem
Transistorsubstrat mit einer Elektrode nach einem ähnlichen Verfahren, wie vorher beschrieben, hergestellt. Dann wird
der gehärtete Film nur dort entfernt, wo eine Bindung erfolgte, so daß man einen Transistor mit einem Oberflächenüberzugsfilm
erhält.
Die Erfindung wird in den nachfolgenden Beispielen weiter erläutert. Die in den Beispielen verwendeten gereinigten
Materialien wurden wie folgt umkristallisiert.
CD Reinigung von 4,4·-Diaminodiphenyläther
In einen 5 1 Kolben, ausgerüstet mit einem Rückflußkühler wurden 220 g ungereinigter 4,4'-Diaminodiphenyläther und
2840 g n-Butanol vorgelegt. Unter Rückfluß wurde der 4,4'-Diaminodiphenyläther
gelöst und dann wurden 60 g Aktivkohle zugegeben und die Mischung filtriert. Das Filtrat wurde
2 Tage bei Raumtemperatur stehengelassen und der Niederschlag wurde durch Filtrieren gesammelt. Der Niederschlag
wurde unter vermindertem Druck bei 40 bis 50°C getrocknet, wobei man den gereinigten 4,4'-Diaminodiphenyläther erhielt.
(2) Reinigung von 4,4'-Diaminodiphenyläther-3-carbonamid
Die Reinigung wurde in gleicher Weise wie bei (1) durchgeführt unter Verwendung von 300 g des ungereinigten 4,4'- .
Diaminodiphenyläther-3-carbonamid, 143Og Äthanol und
1800 g ionenausgetauschten Wassers als Lösungsmittel zum Umkristallisieren. Man erhielt dabei das gereinigte 4,4'-Diaminodiphenyläther-3-carbonamid.
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(3) Reinigung von p-Phenylendiamin
Die Reinigung wurde in gleicher Weise wie bei (1) durchgeführt unter Verwendung von 200 g des ungereinigten p-Phenylendiamins,
2560 g Äthanol und 1280 g Äthyläther als Lösungsmittel zum Umkristallisieren, wobei man das gereinigte
p-Phenylendiamin erhielt.
(4) Reinigung von Pyromellitsäuredianhydrid und
3,3 ', 4,4 '-Benzophenontetracarbonsäuredianhydrid
In einen 5 1 Kolben, ausgerüstet mit einem Rückflußkühler,
wurden 600 g des ungereinigten PyromeHitsäuredianhydrids
und 3560 g Essigsäureanhydrid vorgelegt. Das Pyromelittsäuredianhydrid
wurde unter Rückfluß gelöst und dann wurden 90 g Aktivkohle zugegeben und die Mischung wurde filtriert.
Das Filtrat wurde 2 Tage bei Raumtemperatur stehengelassen und der Niederschlag wurde durch Filtrieren gesammelt und
zwei Tage bei 150C getrocknet, wobei man das gereinigte
Pyromellitsäuredianhydrid erhielt.
Unter den gleichen Bedingungen wurde auch 3,3',4,4'-Benzophenontetracarbonsäuredianhydrid
gereinigt, wobei man dann das gereinigte 3,3',4,4'-Benzophenontetracarbonsäuredianhydrid
erhielt.
Die Konzentration an freien Säuren in dem ungereinigten und
gereinigten Pyromellitsäuredianhydrid und ungereinigtem und gereinigtem 3,3',4,4'-Benzophenontetracarborisäüredianhydrid
betrug 24,57, 0,04, 0,86 bzw. 0,00 %.
In einen 300 ml Dreihalskolben , ausgerüstet mit einem Thermometer, einem Rührer und eine Calciumchloridrohr
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wurden 7,29 g (0,03 Mol) des,wie zuvor angegeben,gereinigten
4,4l-Diaminodiphenyläther-3-carbonamids, 6,0 g (0,03 Mol)
des,wie zuvor angegeben, gereinigten 4,4'-Diaminodiphenyläthers
und 149 g des, wie zuvor angegeben, gereinigten Ν,Ν-Dimethylacetamids vorgelegt und gründlich gerührt, wobei
der Kolben in einem Eisbad gekühlt wurde.
Zu der Mischung wurden nach und nach 13,08 g (O,O6 Mol) des
gereinigten Pyromellitsäuredianhydrids gegeben. Zwei Stunden nach Beendigung der Zugabe wurde das Eisbad entfernt und die
gesamte Mischung wurde bei Raumtemperatur fünf Stunden gerührt, wobei die Umsetzung sich vervollständigte und die
erste Stufe beendet war.
Ein Teil der Reaktionslösung wurde entnommen und die reduzierte
Viskosität und die Lösungsviskosität der Polyamidsäure wurden gemessen. Sie betrug 1,08 dl/g (0,1 g/100 cm
Dimethylsulfoxidlösung bei 300C, Meßbedingungen wie nachfolgend
angegeben), bzw. 45 100 cps (Brookfield-Viskosimeter bei 25 C, Messungsbedingungen wie" nachfolgend angegeben) .
Der Kolben wurde dann in einem Wasserbad unter Rühren bei einer Temperatur im Reaktionssystem von 85°C erhitzt, wobei
die zweite Stufe (Erhitzungsverfahren) ablief. Während dieser Stufe verminderte sich die Viskosität der Lösung nach und
nach.
1,5 Stunden, 4,5 Stunden und 7 Stunden, nachdem das Reaktionssystem
85°C erreicht hatte, wurden jeweils 300 cm aus der Reaktionslösung entnommen, so daß man drei Arten von
Polyamidsäurelösungen erhielt, nämlich A (Erhitzungsverfahren, 1,5 Stunden), B (Erhitzungsverfahren, 4,5 Stunden)
und C (Erhitzungsverfahren, 7 Stunden). Die reduzierte Viskosität und die Lösungsviskosität bei den Proben A, B und C
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betrugen 0,74 dl/g, 2560 cps; 0,50 dl/g, 1040 cps;
bzw. 0,41 dl/g und 760 cps.
In einen Kolben, der dem von Beispiel 1 entsprach, wurden
4,37 g (0,018 Mol) des gereinigten 4,4'-Diaminodiphenyläther-3-carbonamids,
4,54 g (0,042 Mol) des gereinigten p-Phenylendiamins und 254 g gereinigtes N-Methy1-2-pyrrolidon
vorgelegt. Die Mischung wurde auf einem Wasserbad von 35 C unter Erhalt einer homogenen Lösung erhitzt. Das
Wasserbad wurde entfernt und der Kolben wurde bei Raumtemperatur gehalten. Dann wurden nach und nach 6,54 g (0,03 Mol)
Pyromellitsäuredianhydrid und 9,66 g (0,03 Mol) 3,3',4,4'-Benzophenontetracarbonsäuredianhydrid
zugegeben und die gesamte Mischung wurde 10 Stunden gerührt, wobei die erste
Stufe ablief und beendet wurde. Ein Teil der Reaktionslösung
wurde herausgenommen und die reduzierte Viskosität und die Lösungsviskosität der Polyamidsäure wurden nach der im
Beispiel 1 beschriebenen Methode'gemessen. Sie betrug 0,96 dl/g bzw. 5920 cps.
In der zweiten Stufe (Erhitzungsverfahren) wurde der Kolben
auf einem Wasserbad unter Aufrechterhaltung einer Temperatur im Reakt ions system von 80°C gerührt. Die Viskosität der
Reaktionslösung wurde während dieser Stufe nach und nach erniedrigt. Zwei Stunden bzw. sechs Stunden, nachdem das
Reaktionssystem 8O°C erhalten hatte, wurden jeweils 30 cm
der Reaktionslösung entnommen, so daß man zwei Arten von Polyamidlösungen D (Erhitzungsverfahren, zwei Stunden)
und E (Erhitzungsverfahren, sechs Stunden) erhielt.
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2S27864
Die reduzierte Viskosität und die Lösungsviskositäfc der
Losungen D und E betrugen Q, 62 dl/g und 2160 cps, bzw.
0,46 dl/g und t48O cps.
Die ReaJctions lösung von Beispiel 1, die 7 Stunden bei 85°C
erhitzt worden war, wurde weitere 7 Stunden auf 85°C erhitzt, wobei man eine Polyamidlösung F (Erhitzungsverfahren,
14 Stunden} erhielt. Die reduzierte Viskosität und die Lösungsviskosität betrug O,27 dl/g bzw. 45O cps.
VERGLEICHSVERSUCH
Anstelle des Pyromellitsäuredianhydrids von Beispiel 1
wurden 12,06 g gereinigtes Pyromellitsäuredianhydrid
und 1,O2 g ungereinigtes Poyromellitsäuredianhydrid nach und nach zugegeben. Zwei Stunden nach der Zugebe wurde
das Eisbad entfernt und das Reaktionsgemisch wurde weitere
drei Stunden bei Raumtemperatur zur weiteren Durchführung der Reaktion gerührt, wobei man eine Polyamidsäurelösung
G erhielt. Die reduzierte Viskosität und die Lösungsviskosität
betrugen 0,32 dl/g bzw. 880 cps.
Der Grad des thermischen Gewichtsverlustes des gehärteten
Filmes, die Filmdicke beim Beschichten eines Überzugs und die Eigenschaften des beschichteten Filmes der in
den Beispielen und Vergleichsversuchen erhaltenen Polyamidsäuren wurden untersucht und die erzielten Ergebnisse
werden in der folgenden Tabelle angegeben.
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Erste Stufe |
Reduzierte Viskosität (dl/g, 300C) |
Gewichtsverlustes 5 Stunden an der Luft), |
A | Beispiel | 1 | C | Beisp. | Lei 2 | Vergleichs- .versuch 1 |
Vergleichs versuch 2 |
|
Lösungsviskosität (cps, 25°C) . .. |
.. E. ■. | ' '■ p '' | G, ' '■ ■'. | ||||||||
Zweite Stufe |
e (um) | B | D ....■ | .1,08 | 0,32' | ||||||
Reduzierte Viskosität (dl/g, 30°C) '.■:./... 'Z...:.1. |
45 100 | 880 | |||||||||
Lösungsviskosität (cps, 25°C) |
aften des beschichteten | 0,27 | |||||||||
Harzkonzentration (Gew. -%) | 0,74 | ...!,Os:' | 0,9< | 450 | |||||||
Grad des (45O°C, |
2560 | 45.100 : | .0,41 | ;592( | 0,46 | 15,1 | 14,7 | ||||
90 9 8 | Filmdick | 14,6 | 760 | 1480 | 35,43 | 91,02 | |||||
GO -Ρ» |
Eigensch Filmes |
3,33 | 0,50. | 0,62 | 0,99 | 1/11 | |||||
1040 | 14,9 | 2160 | 8,8 | gut | Risse beob-^ achtet |
||||||
CO | 1,69 | 4,20 | 8,27 | ||||||||
to | gut | 14,8 | 8,6 | ||||||||
3,87 | 1,20 | 6,09 | 1,47 | ||||||||
gut | gut | ||||||||||
i,32 | 1,62 | ||||||||||
gut | gut | ||||||||||
Die verschiedenen in der Tabelle angegebenen Eigenschaften wurden wie folgt gemessen:
1 g einer Polyamidsäurelösung wurde in Eiswasser gegossen und ausgefällt. Der Niederschlag wurde in einem Verflüssiger
(liquidizer) pulverisiert, durch Filtrieren abgetrennt, gründlich mit destilliertem Wasser gewaschen und im Vakuum
getrocknet. Das so erhaltene Pulver wurde in Dimethylsulfoxid zu einer 0,1 g/dl Lösung gelöst und deren Viskosität
wurde mit einem Ubbelohde-Viskosimeter gemäß japanischem Industriestandard K 5400 gemessen.
Diese wurde mit einem Brookfield-Viskosimeter gemäß japanischem
Industriestandard K 6901 gemessen.
Diese wurde gemäß japanischem Industriestandard C 2103 gemessen.
Gewicht der Probe: 1,5 g, das Erhitzen erfolgte zwei Stunden bei 200°C.
Grad des Gewichtsverlustes
Die Polyamidsäurelösung wurde auf eine Glasplatte gegossen und eine Stunde auf 100°C, dann eine Stunde auf 2000C und
schließlich eine Stunde auf 35O°C unter Ausbildung eines Filmes erhitzt und dann wurde der Gewichtsverlust nach
5-stündigem Erhitzen an der Luft bei 45O°C gemessen.
Filmdicke
Auf ein 40 0 Silikonsubstrat auf einer Fotowiderstandsrotationsbeschichtungsvorrichtung
wurden etwa 5 g Polyamidsäurelösung aufgetropft und rotationsbeschichtet während 30
909884/083 2 -21-
Sekunden mit 4ÖOO Umdrehungen pro Minute. Aus dem Substrat
wurde ein gehärteter Film durch einstündiges Erhitzen auf jeweils 1OO°C, dann 2000C und dann 350°C gebildet. Die
Filmdicke dieses Filmes wurde gemessen.
Die Eigenschaften des beschichteten Filmes auf dem Substrat wurden visuell durch ein Mikroskop festgestellt.
Wie aus den Beispielen hervorgeht, erhält man gleichmäßige Isolierfilme ohne Nadellöcher mit einer guten Wärmebeständigkeit,
welche die bei der Herstellung von Halbleiter-Vorrichtungen auftretende Wärme vertragen und die Zuverlässigkeit
von Halbleiter-Vorrichtungen kann erheblich verbessert werden, indem man eine Polyamidsäuren die nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren hergestellt wurde, der Halbleiter-Vorrichtung
zuführt.
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Claims (2)
1. Verfahren zur. Herstellung von Polyamidsäure zur Verwendung
bei der Herstellung von Halbleitern, bei dem man ein Diamin und ein Tetracarbonsäureanhydrid, gegebenenfalls
zusammen mit einem Diaminocarbonamid in einem inerten_Lösungsmittel
umsetzt, dadurchgekenn zeichnet,
daß man -
(1) ein Diamin und ein Tetracarbonsäuredianhydrid, gegebenenfalls
zusammen mit einem Diaminocarbonamid unterhalb 40 C umsetzt, bis die reduzierte Viskosität bei 30 C
mehr als 0,5 dl/g beträgt, und
(2) die reduzierte Viskosität auf mehr als 0,3 dl/g
bei 300C und die Lösungsviskosität auf 500 bis 3000 cps
809884/0832 Λ/ ■ -
bei 25°C durch Erhitzen auf 50 bis 1000C einstellt.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet
, daß die Polyamidsäurekonzentration 5 bis 30 Gew.-% beträgt.
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---|---|---|---|---|
JPS5512131A (en) * | 1978-07-11 | 1980-01-28 | Hitachi Chem Co Ltd | Preparation of polyamic acid for semiconductor treatment |
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