JP2947603B2 - Method for producing polyimide thin film - Google Patents

Method for producing polyimide thin film

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JP2947603B2 JP2259031A JP25903190A JP2947603B2 JP 2947603 B2 JP2947603 B2 JP 2947603B2 JP 2259031 A JP2259031 A JP 2259031A JP 25903190 A JP25903190 A JP 25903190A JP 2947603 B2 JP2947603 B2 JP 2947603B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は、耐熱性薄膜、絶縁性薄膜、および液晶配向
膜等に使用されるポリイミド薄膜に関する。より詳しく
いえば、LB法(ラングミュア−プロジェット法)によっ
てポリイミド薄膜を製造する方法の改良に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Industrial application field) The present invention relates to a heat-resistant thin film, an insulating thin film, and a polyimide thin film used for a liquid crystal alignment film and the like. More specifically, the present invention relates to an improvement in a method for producing a polyimide thin film by the LB method (Langmuir-Projet method).

(従来の技術) 近年、100nm以下の薄膜を有する有機物の超薄膜が注
目を集めている。その中でも主流を占めているのが絶縁
性薄膜であり、種々の素子における絶縁性保護膜や、コ
ンデンサにおける誘電体薄膜として使用されている。
(Prior Art) In recent years, an ultrathin organic film having a thin film of 100 nm or less has attracted attention. Among them, an insulating thin film occupies the mainstream, and is used as an insulating protective film in various elements and a dielectric thin film in a capacitor.

このような薄膜を形成する方法としては、次のような
ウェットプロセスおよびドライプロセスが周知である。
As a method for forming such a thin film, the following wet process and dry process are well known.

ウェットプロセスによる最も一般的な方法は、溶媒キ
ャスト法である。この方法は、ポリマー溶液を自然乾燥
させることによって薄膜化を行う技術である。これを応
用したスピンコート法、即ち、スピナーによりポリマー
溶液を回転基板上に展開し、乾燥させて薄膜化させる技
術によれば、使用されるポリマーの種類によって10nm程
度の膜厚を有する薄膜を形成することも可能である。し
かし、この方法では製膜における構造制御性が劣り、均
一で密な構造および高い絶縁性を有する薄膜を得ること
は困難である。
The most common method by a wet process is a solvent casting method. This method is a technique for forming a thin film by naturally drying a polymer solution. According to the spin coating method that applies this, that is, a technique in which a polymer solution is spread on a rotating substrate by a spinner and dried to make a thin film, a thin film having a thickness of about 10 nm is formed depending on the type of polymer used. It is also possible. However, in this method, the structure controllability in film formation is poor, and it is difficult to obtain a thin film having a uniform and dense structure and high insulating properties.

また、ドライプロセスの代表例としては、真空中で蒸
着物質を加熱および蒸発させ、それを基板上に付着させ
て薄膜形成を行う真空蒸着法が挙げられる。この方法に
よってポリエチレンやポリ四フッ化エチレン等の薄膜が
形成され得るが、耐熱性ポリマーを真空蒸着することは
非常に困難である。また、二種類のモノマーを蒸着して
基板上で重合させ、耐熱性の高いポリイミドを形成する
方法が知られているが、蒸着条件の適正化が困難であ
り、また充分な高分子量のポリマーが得られない問題が
ある。
As a typical example of the dry process, there is a vacuum deposition method in which a deposition material is heated and evaporated in a vacuum, and the deposition material is attached to a substrate to form a thin film. Although thin films such as polyethylene and polytetrafluoroethylene can be formed by this method, it is very difficult to vacuum-deposit a heat-resistant polymer. Also, a method is known in which two kinds of monomers are vapor-deposited and polymerized on a substrate to form a polyimide having high heat resistance, but it is difficult to optimize the vapor deposition conditions, and a polymer having a sufficient high molecular weight is not available. There is a problem that cannot be obtained.

一方、最近では上記の方法に加え、LB法により半導
体、金属等の基板上に有機薄膜(LB膜)を形成し、これ
を絶縁膜として機能させる試みがなされている(シン・
ソリッド・フィルムズ(Thin Solid Films)誌,第99
巻,283頁,1984年、エレクトロニクス・レターズ誌(Ele
ctronics Letters)第20誌,12号,489頁,1984年等)。LB
法とは、水面上に単分子膜を形成させ、この単分子膜を
固体基板上に転写する工程を繰り返すことによって、単
分子膜を重ねた累積膜(LB累積膜)を形成する方法であ
る。
On the other hand, recently, in addition to the above method, an attempt has been made to form an organic thin film (LB film) on a substrate of a semiconductor, a metal, or the like by the LB method and to use the organic thin film as an insulating film.
Thin Films Magazine, No. 99
Volume, p. 283, 1984, Electronics Letters (Ele
ctronics Letters), 20, 12, 489, 1984). LB
The method is a method of forming a monolayer on a water surface and repeating the process of transferring the monolayer onto a solid substrate, thereby forming a cumulative layer (LB layer) of monolayers. .

LB法は、有機超薄膜製法の中で最も高秩序に分子配列
および配向の制御を行うことが可能である。従って、LB
膜は一般にその膜厚が均一であり、膜面欠陥が少なく、
且つ最終的な膜厚を単分子膜の厚さ、即ち約10Å単位で
制御可能であるという利点を備えている。しかし、これ
らLB膜は何れも耐熱性、機械的強度が小さく、各種デバ
イスでの実用的要件を満たさないという致命的欠陥を有
している。このため、最近ではLB膜の耐熱性および機械
的強度の向上に関する研究が盛んに進められている。例
えば、膜形成有機物原料に耐熱性の優れた縮合環化合物
を含有させた例(エレクトロニクス・レターズ誌,第20
巻,12号,489頁,1984年)、高分子化合物に非重合性の低
分子化合物を並存させた例(ジャーナル・オブ・コロイ
ド・アンド・インターフェイス・サイエンス誌(Journa
l of Colloid and Interface Science),第79巻,268
頁,1983年)、重合性低分子化合物で製膜した後これを
重合させた例(シン・ソリッド・フィルムズ誌,第99
巻,249頁,1983年)ビニルポリマーを製膜した例(高分
子学会予稿集,第36巻,10号,3218頁および3221頁,1987
年)が開示されている。しかしながら、以上のような先
行技術によって形成されたLB膜は、何れも耐熱性および
機械的耐性に関していまだ充分ではない。
The LB method can control the molecular arrangement and orientation in the highest order among the organic ultra-thin film manufacturing methods. Therefore, LB
The film generally has a uniform thickness, has few surface defects,
In addition, there is an advantage that the final film thickness can be controlled by the thickness of the monomolecular film, that is, about 10 °. However, all of these LB films have a critical defect that heat resistance and mechanical strength are small and do not satisfy practical requirements in various devices. For this reason, research on improving the heat resistance and mechanical strength of LB films has been actively pursued recently. For example, an example in which a condensed ring compound having excellent heat resistance is contained in a film-forming organic material (Electronic Letters, No. 20)
Vol. 12, p. 489, 1984), an example in which a non-polymerizable low-molecular compound coexists with a high-molecular compound (Journa of Colloid and Interface Science (Journa)
l of Colloid and Interface Science), Vol. 79, 268
P. 1983), a film formed from a polymerizable low molecular compound and then polymerized (Shin Solid Films, 99th Edition)
Volume, p. 249, 1983) Example of forming a vinyl polymer film (Preprints of the Society of Polymer Science, Vol. 36, No. 10, p. 3218 and p. 3221, 1987)
Year) is disclosed. However, none of the LB films formed by the prior arts described above is still sufficient in terms of heat resistance and mechanical resistance.

この問題を解決するために最も有効と思われる手段
は、耐熱性および機械的強度において有機材料では最高
の水準を示すポリイミドを、LB法によって製膜すること
である。しかし、LB法で製膜可能なものは分子中に親水
基および疎水基の両者を有するものに限られる。このた
め、ポリイミドおよびその前駆体であるポリアミック酸
は、何れもそのままではLB法による製膜は不可能であ
る。そこでポリイミドLB膜を得るために、次のような方
法が開発されている(高分子学会予稿集,第36巻,10号,
3215頁)。この方法では、ポリイミド前駆体としてポリ
アミック酸の長鎖アルキルアミン塩を用い、これを水面
上に展開して、形成された単分子膜を基板上に転写し、
その後イミド化することによってポリイミド薄膜を形成
している(シン・ソリッド・フィルムズ誌,第160巻,15
頁,1988年,同誌第160巻,21頁,1988年)。当然ながら、
この製膜方法では、水面上における単分子膜の均一性、
およびLB法における固体基板上への単分子膜の累積性
が、最終生成物であるポリイミド薄膜の均一性に著しく
影響を及ぼす。しかし、前記ポリアミック酸塩を水面上
に展開した膜の粘性は一般に大きく、このため所望の均
一性を有するポリイミド薄膜を得ることは困難であっ
た。
The most effective means for solving this problem is to form a polyimide, which has the highest level of organic material in heat resistance and mechanical strength, by the LB method. However, those that can form a film by the LB method are limited to those having both a hydrophilic group and a hydrophobic group in the molecule. For this reason, it is impossible to form a film by the LB method with any of polyimide and polyamic acid as a precursor thereof. In order to obtain a polyimide LB film, the following method has been developed (Preprints of the Society of Polymer Science, Vol. 36, No. 10,
3215). In this method, a long chain alkylamine salt of polyamic acid is used as a polyimide precursor, developed on a water surface, and a formed monomolecular film is transferred onto a substrate.
Thereafter, a polyimide thin film is formed by imidization (Shin Solid Films, 160, 15
P. 1988, Vol. 160, p. 21, p. 1988). Of course,
In this film forming method, the uniformity of the monomolecular film on the water surface,
The accumulation of monomolecular films on solid substrates in the LB method and the LB method significantly affects the uniformity of the polyimide thin film as the final product. However, the viscosity of a film obtained by spreading the polyamic acid salt on the water surface is generally large, and it has been difficult to obtain a polyimide thin film having desired uniformity.

(発明が解決しようとする課題) 本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、その課
題は、各種電子デバイスにおける実用的要件を満足する
特性を持ったポリマー薄膜を提供するために、LB法を用
いて、均一性に優れたポリイミド薄膜を形成することで
ある。
(Problems to be Solved by the Invention) The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a polymer thin film having characteristics satisfying practical requirements in various electronic devices. The method is to form a polyimide thin film having excellent uniformity by using the method.

〔発明の構成〕[Configuration of the invention]

(課題を解決するための手段) 本発明におけるポリイミド薄膜の製造は、水面上に形
成されたポリアミック酸誘導体の単分子膜を基板上に移
しとった後、該単分子膜をイミド化することによってな
されるもので、前記ポリアミック酸誘導体として、分子
中にステロイド骨格を導入されたものを用いることを特
徴とする。
(Means for Solving the Problems) The production of a polyimide thin film in the present invention is performed by transferring a monomolecular film of a polyamic acid derivative formed on a water surface onto a substrate, and then imidizing the monomolecular film. Wherein the polyamic acid derivative has a steroid skeleton introduced into the molecule.

発明者は、特願昭63−319582号において、色素骨格を
有するLB膜に長鎖アルキル基の代りにステロイド疎水基
を導入することにより、当該LB膜の均一性を高めること
に成功している。そこで、この手法をLB法によるポリイ
ミド薄膜の製造方法に適用することに着想し、本発明を
完成させた。
The inventor has succeeded in improving the uniformity of the LB film by introducing a steroid hydrophobic group instead of a long-chain alkyl group into the LB film having a dye skeleton in Japanese Patent Application No. 63-319582. . Therefore, the present invention was completed by conceiving the application of this method to a method for producing a polyimide thin film by the LB method.

以下、本発明のポリイミド薄膜の製造方法の詳細を説
明する。
Hereinafter, the method for producing a polyimide thin film of the present invention will be described in detail.

本発明は、ポリイミド薄膜の前駆体として使用される
前記ポリアミック酸誘導体に特徴がある。従って、まず
当該ポリアミック酸誘導体について説明する。
The present invention is characterized in that the polyamic acid derivative is used as a precursor of a polyimide thin film. Therefore, the polyamic acid derivative will be described first.

本発明の第一のポリアミック酸誘導体は、一般式
(I)で示される構造を有するポリアミック酸と、ステ
ロイド骨格を有するアミンとの塩を含む。
The first polyamic acid derivative of the present invention includes a salt of a polyamic acid having a structure represented by the general formula (I) and an amine having a steroid skeleton.

但し、Ar1はテトラカルボン酸二無水物の骨格となる
連結基、およびAr2はジアミンの骨格となる連結基、n
は正の整数を示す。
Here, Ar 1 is a linking group serving as a skeleton of tetracarboxylic dianhydride, and Ar 2 is a linking group serving as a skeleton of diamine, n
Represents a positive integer.

上記ステロイド骨格を有するアミンとしては、次の
(SA−1)〜(SA−13)に示されるステロイドアミン等
が使用され得る。
As the amine having a steroid skeleton, steroid amines shown in the following (SA-1) to (SA-13) can be used.

本発明の第二のポリアミック酸誘導体は、前記一般式
(I)で示される構造を有するポリアミック酸と、ステ
ロイド骨格を有するアルコールとのエステルを含む。
The second polyamic acid derivative of the present invention includes an ester of a polyamic acid having a structure represented by the general formula (I) and an alcohol having a steroid skeleton.

上記ステロイド骨格を有するアルコールとしては、次
の(AL−1)〜(AL−8)に示されるステロール等が使
用され得る。
As the alcohol having a steroid skeleton, sterols and the like shown in the following (AL-1) to (AL-8) can be used.

上記第一および第二の誘導体以外にも、例えばポリア
ミック酸のアミド窒素にステロイド基を導入した誘導体
を使用することもできる。
In addition to the first and second derivatives, for example, a derivative in which a steroid group is introduced into the amide nitrogen of polyamic acid can also be used.

一方、これらのポリアミック酸誘導体に含まれるポリ
アミック酸は、テトラカルボン酸二無水物およびジアミ
ンを通常の重合方法、即ち両成分を溶媒中において加熱
撹拌させることによって重合され得る。
On the other hand, the polyamic acid contained in these polyamic acid derivatives can be polymerized by a usual polymerization method of tetracarboxylic dianhydride and diamine, that is, by heating and stirring both components in a solvent.

前記テトラカルボン酸二無水物には、ピロメリット酸
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、3,4,3′,4′−ビフェニルテトラカルボン酸二無
水物、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)メタン二無
水物、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)エーテル二
無水物、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)スルホン
二無水物、2,2−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)プ
ロパン二無水物、2,2−ビス(3,4−ジカルボキシフェニ
ル)−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン二無水
物、3,4,3′,4′−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二
無水物、ブタンテトラカルボン二無水物、1,2,5,6−ナ
フタレンテトラカルボン酸二無水物、チオフェン−2,3,
4,5−テトラカルボン酸二無水物、ペリレン−3,4,9,10
−テトラカルボン酸二無水物、エチレンテトラカルボン
酸二無水物等が、単独で、もしくは2種以上混合して使
用され得る。
The tetracarboxylic dianhydride includes pyromellitic dianhydride, 2,3,6,7-naphthalenetetracarboxylic dianhydride, 3,4,3 ', 4'-biphenyltetracarboxylic dianhydride Bis (3,4-dicarboxyphenyl) methane dianhydride, bis (3,4-dicarboxyphenyl) ether dianhydride, bis (3,4-dicarboxyphenyl) sulfone dianhydride, 2,2- Bis (3,4-dicarboxyphenyl) propane dianhydride, 2,2-bis (3,4-dicarboxyphenyl) -1,1,1,3,3,3-hexafluoropropane dianhydride, 3 , 4,3 ', 4'-benzophenonetetracarboxylic dianhydride, butanetetracarboxylic dianhydride, 1,2,5,6-naphthalenetetracarboxylic dianhydride, thiophene-2,3,
4,5-tetracarboxylic dianhydride, perylene-3,4,9,10
-Tetracarboxylic dianhydride, ethylenetetracarboxylic dianhydride and the like may be used alone or in combination of two or more.

前記ジアミンには、メタフェニレンジアミン、パラフ
ェニレンジアミン、パラキシリレンジアミン、ジ(4−
アミノシクロヘキシル)メタン、ヘキサメチレンジアミ
ン、2,2−ジメチルプロピレンジアミン、1,4−ジアミノ
シクロヘキサン、ビス(p−アミノフェニル)エーテル
等が、単独で、もしくは2種以上混合して使用され得
る。
The diamine includes metaphenylenediamine, paraphenylenediamine, paraxylylenediamine, di (4-
Aminocyclohexyl) methane, hexamethylenediamine, 2,2-dimethylpropylenediamine, 1,4-diaminocyclohexane, bis (p-aminophenyl) ether and the like can be used alone or in combination of two or more.

また前記ポリアミック酸の合成に使用される溶媒に
は、生成するポリアミック酸を溶解するものが使用さ
れ、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルム
アミド、ジメチルスルホキシド、プロピレンカーボネー
ト等が、高分子量のポリマーを生成できるという点で望
ましい。上記方法によって生成したポリアミック酸は、
重合溶液をメタノール等の貧溶媒中に滴下することによ
り固体として回収される。
As the solvent used for the synthesis of the polyamic acid, a solvent that dissolves the generated polyamic acid is used.N, N-dimethylacetamide, N, N-dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, propylene carbonate, and the like have a high molecular weight. Is desirable in that it can produce a polymer of Polyamic acid produced by the above method,
The polymerization solution is recovered as a solid by dropping it into a poor solvent such as methanol.

こうして合成されるポリアミック酸(I)の重合度n
は、10〜500の整数であることが好ましい。nが10より
小さい場合、膜の機械的特性や基板に対する薄膜形成時
の密着力が低下し、形成された薄膜が液晶配向膜に使用
されたときには液晶中への溶出等も起こり得る。また、
nが500より大きい場合、ポリアミック酸自体の溶解度
が低下し、ポリアミック酸誘導体の形成に支障を来す。
Degree of polymerization n of polyamic acid (I) thus synthesized
Is preferably an integer of 10 to 500. When n is less than 10, the mechanical properties of the film and the adhesive force when the thin film is formed on the substrate are reduced, and when the formed thin film is used as a liquid crystal alignment film, elution into the liquid crystal may occur. Also,
If n is greater than 500, the solubility of the polyamic acid itself will be reduced, which will hinder the formation of the polyamic acid derivative.

本発明のポリアミック酸誘導体は、上記ステロイド骨
格を含むアミン化合物またはアルコール化合物と、上記
方法によって合成されたポリアミック酸とを、溶媒中で
反応させることによって得られる。このとき、ステロイ
ド骨格の含有量がポリアミック酸の一繰返し単位に対し
て0.5〜4等量になるように調製することが好ましい。
また、溶媒としては、N,N−ジメチルアセトアミド、N
−メチル−2−ピロリドン、ジメチルスルホキシド、テ
トラメチレンスルホン、シクロヘキサノン、クレゾー
ル、フェノール等が使用され得る。更に、各成分の溶解
性を改善する目的で、ベンゼン、トルエン、クロロホル
ム等が添加され得る。ポリアミック酸へのステロイド骨
格の導入は、全て周知の反応によって行うことができ
る。例えば、ポリアミック酸のステロイドエステルは、
ポリアミック酸を五塩化リン等で処理しカルボン酸クロ
リドとした後、コレステロールやソレスタノール等のス
テロイド骨格を有するアルコールと反応させることによ
り容易に合成できる。
The polyamic acid derivative of the present invention can be obtained by reacting the above-mentioned amine compound or alcohol compound having a steroid skeleton with the polyamic acid synthesized by the above method in a solvent. At this time, it is preferable to adjust the content of the steroid skeleton to 0.5 to 4 equivalents to one repeating unit of the polyamic acid.
As the solvent, N, N-dimethylacetamide, N
-Methyl-2-pyrrolidone, dimethyl sulfoxide, tetramethylene sulfone, cyclohexanone, cresol, phenol and the like can be used. Further, benzene, toluene, chloroform and the like may be added for the purpose of improving the solubility of each component. The introduction of the steroid skeleton into the polyamic acid can be all performed by a well-known reaction. For example, steroid esters of polyamic acids are:
The polyamic acid can be easily synthesized by treating it with phosphorus pentachloride or the like to form a carboxylic acid chloride, and then reacting it with an alcohol having a steroid skeleton such as cholesterol or sorestanol.

このようにして、本発明におけるポリアミック酸誘導
体が生成される。その具体的な構造として、前記第一の
ポリアミック酸誘導体を下記構造式(II)に、前記第二
のポリアミック酸誘導体を下記構造式(III)に、前記
ポリアミック酸のアミド窒素にステロイド基を導入した
誘導体を下記構造式(IV)に例示する。
Thus, the polyamic acid derivative of the present invention is produced. As a specific structure, the first polyamic acid derivative is introduced into the following structural formula (II), the second polyamic acid derivative is introduced into the following structural formula (III), and a steroid group is introduced into the amide nitrogen of the polyamic acid. The derivative thus obtained is exemplified in the following structural formula (IV).

但し、テトラカルボン酸二無水物としてピロメリット
酸二無水物を、ジアミンとしてp−フェニレンジアミン
を、ステロイド骨格を有するアミンとして前記(SA−
1)を夫々使用した。nは、前記一般式(I)と同義。
However, pyromellitic dianhydride as tetracarboxylic dianhydride, p-phenylenediamine as diamine, and the above-mentioned (SA-
1) was used respectively. n has the same meaning as in the above formula (I).

但し、テオラカルボン酸二無水物としてビス(3,4−
ジカルボキシフェニル)メタン二無水物を、ジアミンと
してビス(p−アミノフェニル)エーテルを、ステロイ
ド骨格を有するアルコールとして前記(AL−4)を夫々
使用した。nは、前記一般式(I)と同義。
However, bis (3,4-
Bis (p-aminophenyl) ether was used as diamine, dicarboxyphenyl) methane dianhydride, and (AL-4) was used as alcohol having a steroid skeleton. n has the same meaning as in the above formula (I).

但し、テトラカルボン酸二無水物として2,2−ビス
(3,4−ジカルボキシフェニル)−1,1,1,3,3,3−ヘキサ
フルオロプロパン二無水物を、ジアミンとしてp−フェ
ニレンジアミンを、ステロイド骨格を有するアルコール
として前記(AL−1)を夫々使用した。nは、前記一般
式(I)と同義。
However, 2,2-bis (3,4-dicarboxyphenyl) -1,1,1,3,3,3-hexafluoropropane dianhydride is used as tetracarboxylic dianhydride and p-phenylenediamine is used as diamine. (AL-1) was used as an alcohol having a steroid skeleton. n has the same meaning as in the above formula (I).

次に、上記ポリアミック酸誘導体を使用した本発明の
ポリイミド薄膜の具体的な形成方法について説明する。
Next, a specific method for forming the polyimide thin film of the present invention using the above polyamic acid derivative will be described.

本発明のポリイミド薄膜の形成は、通常のLB法、特に
垂直浸漬法と呼ばれる方法に従って行われる。即ち、ま
ず前記ポリアミック酸誘導体を水面上に滴下し、当該誘
導体の単分子膜を形成する。次に、該単分子膜を所定の
表面圧に圧縮し、膜面積を制御して該表面圧を一定に保
ちながら、予め疎水化処理等を施した基板を膜面に対し
て垂直方向に上下させる。この基板の上昇時および下降
時の夫々において、基板上に単分子膜が一層ずつ累積さ
れる。そして、基板の上下動が複数回行われることによ
り、基板上にポリアミック酸誘導体の層状累積膜が形成
される。
The formation of the polyimide thin film of the present invention is performed according to a normal LB method, particularly a method called a vertical immersion method. That is, first, the polyamic acid derivative is dropped on a water surface to form a monomolecular film of the derivative. Next, while compressing the monomolecular film to a predetermined surface pressure and controlling the film area to keep the surface pressure constant, the substrate previously subjected to a hydrophobic treatment or the like is vertically moved up and down with respect to the film surface. Let it. Each time the substrate is raised and lowered, a monomolecular film is accumulated on the substrate one by one. Then, the substrate is moved up and down a plurality of times, whereby a layered cumulative film of the polyamic acid derivative is formed on the substrate.

更に、形成された層状累積膜に対し、ポリアミック酸
誘導体のイミド化を行う。イミド化には、従来技術の項
で述べた長鎖アルキルアミンを用いた方法で採用してい
るのと同じく、イミド化用に調製された溶液による処理
が採用される。この処理により、前記ポリアミック酸誘
導体のステロイド骨格部分が外れ、アミド酸の閉環が起
こる。こうして、下記一般式(V)で示される構造を有
するるポリイミド薄膜が形成され得る。
Further, the polyamic acid derivative is imidized on the formed layered cumulative film. For the imidization, a treatment with a solution prepared for the imidization is employed in the same manner as in the method using a long-chain alkylamine described in the section of the prior art. By this treatment, the steroid skeleton portion of the polyamic acid derivative is removed, and the amide acid is closed. Thus, a polyimide thin film having a structure represented by the following general formula (V) can be formed.

但し、Ar1、Ar2、nは前記一般式(I)と同義。 However, Ar 1 , Ar 2 , and n have the same meanings as in the general formula (I).

(作用) 本発明のポリイミド薄膜の製造方法は、LB法による薄
膜の形成において、ポリイミド前駆体であるポリアミッ
ク酸誘導体にステロイド骨格を導入したものである。こ
のステロイド骨格は、従来導入されていた前記長鎖アル
キルアミンに比べ分子会合力が弱く、LB法において水面
上に形成されたポリアミック酸誘導体単分子膜の粘性を
低く抑える。このため、特にLB法における単分子膜の圧
縮操作等による形成された膜の不均一化を防止すること
ができ、均一性の優れた膜の形成が達成される。更に、
ステロイド骨格は長鎖アルキルアミンに比べ立体的に大
きく、LB膜の疎水基としての機能をも充分に果たす。
(Function) In the method for producing a polyimide thin film of the present invention, a steroid skeleton is introduced into a polyamic acid derivative which is a polyimide precursor in forming a thin film by the LB method. This steroid skeleton has a lower molecular association force than the long-chain alkylamine conventionally introduced, and suppresses the viscosity of the polyamic acid derivative monomolecular film formed on the water surface by the LB method. Therefore, nonuniformity of the film formed by the compression operation of the monomolecular film in the LB method can be prevented, and a film having excellent uniformity can be formed. Furthermore,
The steroid skeleton is three-dimensionally larger than long-chain alkylamines, and sufficiently functions as a hydrophobic group of the LB film.

また、このステロイド骨格成分は、上述のイミド化に
よって、ポリアミック酸誘導体から非常に容易に外れる
ことが可能である。これに伴い、ポリアミック酸の環化
によるイミド化がより進行する。また、イミド化が溶液
処理によって行われるため、脱離したステロイド骨格成
分は処理溶液中に流出する。従って、ステロイド骨格成
分は形成されたポリイミド膜中に残存せず、ポリイミド
膜の特性に悪影響を及ぼすことはない。こうして、耐熱
性、電気絶縁性および機械的特性等ポリイミドとして充
分な性能を有する薄膜の形成が達成される。
Further, this steroid skeleton component can be very easily separated from the polyamic acid derivative by the above-mentioned imidization. Accompanying this, imidization by cyclization of the polyamic acid further proceeds. In addition, since the imidization is performed by the solution treatment, the eliminated steroid skeleton component flows out into the treatment solution. Therefore, the steroid skeleton component does not remain in the formed polyimide film, and does not adversely affect the characteristics of the polyimide film. Thus, formation of a thin film having sufficient performance as polyimide, such as heat resistance, electrical insulation and mechanical properties, is achieved.

(実施例) 以下、本発明によるポリイミド薄膜の製造方法の実施
例を詳細に説明する。
(Examples) Hereinafter, examples of the method for producing a polyimide thin film according to the present invention will be described in detail.

実施例1 3インチのp型半導性シリコンウェハを、フッ酸、続
いて水を用いて洗浄した後、150℃で乾燥させた。次
に、このウェハ表面をヘキサメチルジシラザンの蒸気中
で疎水化処理した。
Example 1 A 3-inch p-type semiconducting silicon wafer was washed with hydrofluoric acid, followed by water, and then dried at 150 ° C. Next, the surface of the wafer was subjected to a hydrophobic treatment in a vapor of hexamethyldisilazane.

一方、3,4,3′,4′−ビフェニルテトラカルボン酸二
無水物、およびパラフェニレンジアミンから合成された
分子量200000のポリアミック酸と、ポリアミック酸の繰
返し単位当り2等量のN,N−ジメチル−コレスタ−3−
イルアミンとを、N,N−ジメチルホルムアミドに溶解
し、0.5mg/mlの展開溶液を調製した。この展開溶液を水
温18℃のLBトリフの水面上に滴下し、ポリアミック酸ス
テロイドアミン塩の単分子膜を形成した。該単分子膜を
表面圧20dyn/cmになるまで圧縮した後、該表面圧を保つ
ように膜面積を制御しながら基板として上記シリコンウ
ェハを水面に対し垂直に浸漬させ、該単分子膜をウェハ
上に一層累積した。次に、ウェハを水面上に引上げ、更
に一層累積した。この操作を繰返して行い、該ウェハ表
面に合計10層の単分子膜を累積した。
On the other hand, a polyamic acid having a molecular weight of 200,000 synthesized from 3,4,3 ', 4'-biphenyltetracarboxylic dianhydride and paraphenylenediamine, and two equivalents of N, N-dimethyl per repeating unit of the polyamic acid. -Cholesta-3-
Ilamine was dissolved in N, N-dimethylformamide to prepare a 0.5 mg / ml developing solution. This developing solution was dropped on the water surface of an LB trif at a water temperature of 18 ° C. to form a monomolecular film of a polyamic acid steroid amine salt. After compressing the monomolecular film to a surface pressure of 20 dyn / cm, the silicon wafer as a substrate is immersed perpendicularly to the water surface while controlling the film area so as to maintain the surface pressure, and the monomolecular film is formed into a wafer. More accumulated on top. Next, the wafer was pulled above the water surface and accumulated even more. This operation was repeated to accumulate a total of 10 monolayers on the wafer surface.

次に、上記の累積膜の形成されたウェハを、無水酢
酸、ピリジン、ベンゼンの1:1:3混合溶液中に室温で6
時間放置し、累積膜を硬化させた。得られた薄膜を、エ
リプソメトリーおよび赤外吸収スペクトルにより分析し
たところ、膜厚約50Åのポリイミドが形成されているこ
とがわかった。形成された薄膜を、微分干渉光学顕微鏡
および高分解能走査型電子顕微鏡により観察したとこ
ろ、全く欠陥は確認されず、薄膜が均一に形成されてい
ることがわかった。
Next, the wafer on which the above-mentioned cumulative film was formed was placed in a 1: 1: 3 mixed solution of acetic anhydride, pyridine and benzene at room temperature for 6 hours.
After standing for a time, the accumulated film was cured. When the obtained thin film was analyzed by ellipsometry and infrared absorption spectrum, it was found that a polyimide having a thickness of about 50 ° was formed. When the formed thin film was observed with a differential interference optical microscope and a high-resolution scanning electron microscope, no defect was confirmed, and it was found that the thin film was formed uniformly.

実施例2 基板としてITO(Indium Tin Oxide)ガラス基板を用
いることと、累積膜の第一層目を基板を水面上へ引上げ
ることによって形成することとを除いて、実施例1と同
様の方法に従って合計23層の単分子膜を累積し、同様の
処理によりポリイミド薄膜を形成した。この薄膜を塩化
カルシウムを入れたデシケータ中において2日間乾燥し
た後、表面上にドット状の金電極10個を真空蒸着した。
この薄膜は、どの電極においても室温で、抵抗率1016Ω
cm、および絶縁破壊電圧106V/cmを示した。この値は、1
80℃まで殆ど変化しなかった。
Example 2 A method similar to that of Example 1 except that an ITO (Indium Tin Oxide) glass substrate was used as the substrate and that the first layer of the cumulative film was formed by pulling the substrate above the water surface. According to the above, a total of 23 monomolecular films were accumulated, and a polyimide thin film was formed in the same manner. After drying this thin film in a desiccator containing calcium chloride for 2 days, 10 dot-like gold electrodes were vacuum-deposited on the surface.
This film has a resistivity of 10 16 Ω at room temperature on any electrode.
cm and a breakdown voltage of 10 6 V / cm. This value is 1
There was almost no change up to 80 ° C.

実施例3 ピロメリット酸無水物およびコレスタノールを反応さ
せた後、その生成物を低温下でオキシ塩化リンと反応さ
せ酸クロリドにした。次に、この酸クロリドをパラフェ
ニレンジアミンと反応させ、下記一般式(VI)で示され
るポリアミック酸のコレスタノールエステルを合成し
た。
Example 3 After reacting pyromellitic anhydride and cholestanol, the product was reacted with phosphorus oxychloride at a low temperature to obtain an acid chloride. Next, this acid chloride was reacted with paraphenylenediamine to synthesize a cholestanol ester of a polyamic acid represented by the following general formula (VI).

nは前記一般式(I)と同義 上記エステルを、N,N−ジメチルホルムアミドに溶解
し、0.3mg/mlの展開溶液を調製した。この展開溶液を水
温18℃のLBトリフの水面上に滴下し、ポリアミック酸エ
ステルの単分子膜を形成した。次いで、該単分子膜を表
面圧20dyn/cmになるまで圧縮した後、該表面圧を保つよ
うに膜面積を制御しながら基板として実施例1で用いた
シリコンウェハを水面に対し垂直に浸漬させ、該単分子
膜をウェハ上に一層累積した。次に、ウェハを水面上に
引上げ、更に一層累積した。この操作を繰返して行い、
該ウェハ表面に合計10層の単分子膜を累積した。
n has the same meaning as in the above formula (I). The above ester was dissolved in N, N-dimethylformamide to prepare a 0.3 mg / ml developing solution. This developing solution was dropped onto the water surface of an LB trif at a water temperature of 18 ° C. to form a monomolecular film of a polyamic acid ester. Next, after compressing the monomolecular film to a surface pressure of 20 dyn / cm, the silicon wafer used in Example 1 as a substrate was immersed perpendicularly to the water surface while controlling the film area to maintain the surface pressure. The monomolecular film was further accumulated on the wafer. Next, the wafer was pulled above the water surface and accumulated even more. Repeat this operation,
A total of 10 monolayers were accumulated on the wafer surface.

次に、上記の累積膜の形成されたウェハを、無水酢
酸、ピリジン、ベンゼンの1:1:3混合溶液中に室温で6
時間放置し、累積膜を硬化させた。得られた薄膜を、エ
リプソメトリーおよび赤外吸収スペクトルにより分析し
たところ、膜厚約50Åのポリイミドが形成されているこ
とがわかった。形成された薄膜を、微分干渉光学顕微鏡
および高分解能走査型電子顕微鏡により観察したとこ
ろ、全く欠陥は確認されず、薄膜が均一に形成されてい
ることがわかった。
Next, the wafer on which the above-mentioned cumulative film was formed was placed in a 1: 1: 3 mixed solution of acetic anhydride, pyridine and benzene at room temperature for 6 hours.
After standing for a time, the accumulated film was cured. When the obtained thin film was analyzed by ellipsometry and infrared absorption spectrum, it was found that a polyimide having a thickness of about 50 ° was formed. When the formed thin film was observed with a differential interference optical microscope and a high-resolution scanning electron microscope, no defect was confirmed, and it was found that the thin film was formed uniformly.

実施例4 基板としてITOガラス基板を用いること、累積膜の第
一層目を基板を水面上へ引上げることによって形成する
こととを除いて、実施例3と同様の方法に従って合計23
層の単分子膜を累積し、同様の処理によりポリイミド薄
膜を形成した。この薄膜を塩化カルシウムを入れたデシ
ケータ中において、2日間乾燥した後、表面上にドット
状の金電極10個を真空蒸着した。この薄膜は、どの電極
においても室温で、抵抗率1016Ωcm、および絶縁破壊電
圧106V/cmを示した。この値は、180℃まで殆ど変化しな
かった。
Example 4 Except that an ITO glass substrate was used as the substrate and that the first layer of the cumulative film was formed by pulling the substrate above the water surface, a total of 23 layers were formed in the same manner as in Example 3.
The monomolecular films of the layers were accumulated, and a polyimide thin film was formed in the same manner. After drying this thin film in a desiccator containing calcium chloride for 2 days, 10 dot-like gold electrodes were vacuum-deposited on the surface. This thin film exhibited a resistivity of 10 16 Ωcm and a breakdown voltage of 10 6 V / cm at room temperature for all electrodes. This value hardly changed up to 180 ° C.

比較例1 N,N−ジメチル−コレスタ−3−イルアミンの代りに
N,N−ジメチル−n−ヘキサデシルアミンを用いること
を除いて、実施例1と同様の方法にてシリコンウェハ上
に合計11層の単分子膜を累積し、同様の処理によりポリ
イミド薄膜を形成した。形成された薄膜は、微分干渉光
学顕微鏡による観察では均一な構造が確認されたが、高
分解能走査型電子顕微鏡による観察では、穴状の欠陥が
見られ、薄膜が不均一な構造であることがわかった。
Comparative Example 1 Instead of N, N-dimethyl-cholest-3-ylamine
Except that N, N-dimethyl-n-hexadecylamine is used, a total of 11 monolayers are accumulated on a silicon wafer in the same manner as in Example 1, and a polyimide thin film is formed by the same processing. did. The formed thin film was confirmed to have a uniform structure by observation with a differential interference optical microscope, but was observed to have hole-like defects by observation with a high-resolution scanning electron microscope, indicating that the thin film had an uneven structure. all right.

比較例2 N,N−ジメチル−コレスタ−3−イルアミンの代りに
N,N−ジメチル−n−ヘキサデシルアミンを用いること
を除いて、実施例2と同様の方法にてITOガラス基板上
に合計23層の単分子膜を累積し、同様の処理によりポリ
イミド薄膜を形成した。この薄膜を塩化カルシウムを入
れたデシケータ中において2日間乾燥した後、表面上に
ドット状の金電極10個を真空蒸着したところ、10個の電
極中5個が短絡していた。
Comparative Example 2 Instead of N, N-dimethyl-cholest-3-ylamine
Except that N, N-dimethyl-n-hexadecylamine was used, a total of 23 monolayers were accumulated on an ITO glass substrate in the same manner as in Example 2, and a polyimide thin film was formed by the same treatment. Formed. After drying this thin film in a desiccator containing calcium chloride for 2 days, 10 dot-like gold electrodes were vacuum-deposited on the surface, and 5 out of 10 electrodes were short-circuited.

比較例3 N,N−ジメチル−コレスタ−3−イルアミンの代りに
n−ヘキサデカノールを用いることを除いて、実施例2
と同様の方法にてITOガラス基板上に合計23層の単分子
膜を累積し、同様の処理によりポリイミド薄膜を形成し
た。この薄膜を塩化カルシウムを入れたデシケータ中に
おいて2日間乾燥した後、表面上にドット状の金電極10
個を真空蒸着したところ、10個の電極中4個が短絡して
いた。
Comparative Example 3 Example 2 except that n-hexadecanol was used instead of N, N-dimethyl-cholest-3-ylamine.
A total of 23 monomolecular films were accumulated on the ITO glass substrate in the same manner as in the above, and a polyimide thin film was formed in the same manner. After drying this thin film in a desiccator containing calcium chloride for 2 days, a dot-shaped gold electrode 10 was formed on the surface.
As a result of vacuum evaporation, four out of ten electrodes were short-circuited.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上詳述したように、本発明のポリイミド薄膜の製造
方法は、均一性に優れ、電気絶縁性に関して良好な性能
を有するポリイミド薄膜を極めて容易に形成させる上
で、顕著な効果を奏するものである。
As described in detail above, the method for producing a polyimide thin film of the present invention is excellent in uniformity, and has a remarkable effect on extremely easily forming a polyimide thin film having good performance with respect to electrical insulation. .

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】水面上に形成されたポリアミック酸誘導体
の単分子膜を基板上に移しとり、その後前記単分子膜を
イミド化することによるポリイミド薄膜の製造方法にお
いて、 該ポリアミック酸誘導体として、分子中にステロイド骨
格を含有するものを用いることを特徴とする方法。
1. A method for producing a polyimide thin film by transferring a monomolecular film of a polyamic acid derivative formed on a water surface onto a substrate and then imidating the monomolecular film, wherein the polyamic acid derivative comprises A method comprising using a substance containing a steroid skeleton therein.
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