JPH0259619B2 - - Google Patents

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JPH0259619B2
JPH0259619B2 JP58229293A JP22929383A JPH0259619B2 JP H0259619 B2 JPH0259619 B2 JP H0259619B2 JP 58229293 A JP58229293 A JP 58229293A JP 22929383 A JP22929383 A JP 22929383A JP H0259619 B2 JPH0259619 B2 JP H0259619B2
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JP
Japan
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siloxane
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silicon
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JP58229293A
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Kazumasa Igarashi
Katsuhiko Yamaguchi
Kazuo Iko
Kazuyuki Miki
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Nitto Denko Corp
Original Assignee
Nitto Denko Corp
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Publication date
Application filed by Nitto Denko Corp filed Critical Nitto Denko Corp
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Publication of JPH0259619B2 publication Critical patent/JPH0259619B2/ja
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02107Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/02112Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer
    • H01L21/02118Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer carbon based polymeric organic or inorganic material, e.g. polyimides, poly cyclobutene or PVC

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  • Silicon Polymers (AREA)
  • Local Oxidation Of Silicon (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)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

この発明は半導体素子の層間絶縁膜形成方法に
関する。 従来、半導体素子の層間絶縁膜は、CVD
(Chemical Vapor Deposition)法などにより、
二酸化珪素の使用が検討されてきたが、薄肉の二
酸化珪素膜はクラツクが発生しやすい、ピンホー
ルが多数存在するなどの欠点があることから、半
導体への応用がおくれている。近年、この分野に
上記の二酸化珪素膜に代わる新規材料として、耐
熱性高分子とくにポリイミドが注目されている。
すなわち、この耐熱性高分子はワイヤボンデイン
グに耐えうる充分な耐熱性を有し、また卓越した
電気絶縁性、低応力歪、機械的強度など多くのす
ぐれた利点を有し、厚膜とした場合でもクラツク
が生じない、ピンホールが僅少に抑えられるなど
の点で注目を集めている有機材料である。 このように、ポリイミドを中心とした耐熱性高
分子が各種半導体素子の層間絶縁膜として検討さ
れるようになつてきたが、この種の耐熱性高分子
にはシリコンウエハなどの素子表面との密着性に
劣り接着しにくいという欠点があり、これがため
半導体素子の信頼性がいまひとつ満足できるもの
とはいえなかつた。 このことから、上記耐熱性高分子の密着性を改
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
リイミドからなる層間絶縁膜の耐湿特性を大きく
損なう問題がある。また、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。さらに、前記提案法のなか
には、ジアミノシロキサンを過剰使用して合成さ
れたポリイミド前駆体とジアミノシロキサンを全
く用いないでつまり分子内に珪素原子を含まない
ジアミンを用いて含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。 一方、この種のシロキサン変性ポリイミド前駆
体は、耐熱性その他の一般特性上固有粘度の高い
高分子量体とされることが望まれるが、この場合
従来のシロキサン未変性のポリイミド前駆体にお
けると同様に、溶液粘度が高くなり実用的な固形
分濃度が得られない問題がある。たとえば、ポリ
イミド前駆体の合成時の仕込濃度は、一般に経済
的観点などから低くとも5〜15重量%程度とされ
ているのが普通であるが、このように低い仕込み
濃度としたときでも、スピンコート、デイツピン
グあるいははけ塗りなどに適した溶液粘度を得る
ためには、重合反応後さらに相当量希釈しなけれ
ばならない。そして、かかる希釈操作は、製造ロ
ツト間での溶液粘度のバラツキや塗工作業を複雑
とする原因となり、また固形分濃度の著しい低下
によつて、形成される塗膜にハジキや偏肉現象を
生じさせ、ポリイミドからなる層間絶縁膜の性能
に悪影響をおよぼす結果となる。 この発明、上記の観点から、高濃度状態で塗工
可能な粘度を示し、しかも素子表面に対して密着
性にすぐれかつ耐湿特性良好なポリイミドからな
る層間絶縁膜を与え、またこの絶縁膜がポリイミ
ド本来の耐熱性、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、不活性溶媒中で、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からなるジアミノ化合物
を芳香族テトラカルボン酸二無水物と、上記ジア
ミノシロキサンがジアミノ化合物全体量の1〜4
モル%となる割合で重合反応させることにより、
珪素含有量が0.5重量%以下のシロキサン変性ポ
リイミド前駆体の溶液を得、この溶液を40〜80℃
で加熱熟成して上記前駆体の固有粘度を低下さ
せ、ついでこの溶液を半導体素子上に塗布したの
ち高温加熱処理してポリイミドからなる層間絶縁
膜を形成することを特徴とする半導体素子の層間
絶縁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
からなる層間絶縁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
ミド絶縁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
的強度などを損なう心配もないことを見い出し
た。 一方、ジアミノシロキサンを上記使用割合にし
て合成されるシロキサン変性ポリイミド前駆体
は、このままでは従来の前駆体と同様に溶液粘度
が高くなる欠点を有している。ところが、前記こ
の発明により、重合反応後のポリイミド前駆体溶
液をさらに特定の温度下で加熱熟成すると、前駆
体の分子開裂ないし再配列によつてその固有粘度
が低下し、その後溶剤で希釈しなくとも塗布可能
な溶液粘度が得られること、およびこの方法で高
濃度でかつ低粘度の溶液としたときに、前記手段
によつて達成されたポリイミド絶縁膜としてのす
ぐれた密着性および耐湿特性はもちろんのこと、
耐熱性、機械的強度、電気絶縁性などにほとんど
悪影響をおよぼさないものであることを見い出し
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
珪素不含ジアミノ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、たとえば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、層間絶縁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。 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ノ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。 この重合反応に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3〜3.5モル%であり、
また得られるシロキサン変性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、その使用量を設定しなければならな
い。これらの量的関係を満足しなければ、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ノとからなるジアミ
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、不活性溶媒の存在下、一般に窒素ガス気流中
で重合発熱を勘案して通常40℃以下、とくに好適
には30℃以下に制限しながら所定の重合度が得ら
れるまで反応させればよい。 なお、半導体素子の層間絶縁膜としてのポリイ
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+、K2、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
からの汚染をう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からなる層間絶
縁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のち、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。 このような重合反応に用いられる不活性溶媒と
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。 上記方法で合成されるシロキサン変性ポリイミ
ド前駆体の重合度は、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
が、この固有粘度が1.3〜3.0となるまでの高重合
度とされていることが望ましい。これより低くな
るようでは、耐熱性その他の一般特性に好結果が
得られないからである。 この明細書に記載される固有粘度〔η〕とは、
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
がつて算出した値を意味するものである。 〔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;ポリマー濃度(0.5重量%とする) この発明においては、上記の重合反応工程に引
続き同一反応容器内で窒素気流中、40〜80℃、好
適には50〜60℃まで昇温して加熱熟成を行う。こ
の加熱熟成によつて前記の重合反応で得た高重合
度のシロキサン変性ポリイミド前駆体に適度な分
子開裂ないし再配列を生じさせて、低分子量化す
るものである。 低分子量化の度合は、溶液粘度とポリイミド特
性との関係によつて決められるものであり、一般
には固有粘度が0.3〜0.7となるようにするのが好
ましい。目安として、溶液濃度25重量%で溶液粘
度が1000〜20000センチポイズ程度である。上記
固有粘度があまりに低くなりすぎると、最終段階
での皮膜形成能に劣つてくるし、また層間絶縁膜
を形成したときの絶縁特性、耐熱性その他の諸特
性が損なわれる。 加熱熟成温度をとくに40〜80℃に設定した理由
は、80℃を越える温度、とくに100℃以上になる
と架橋反応が進行しゲル化の危険があるためであ
り、また40℃より低くなると熟成の効果が充分に
得られず、熟成時間も長くなつて作業性を損なう
ためである。 このようにして得られる最終生成物としてのシ
ロキサン変性ポリイミド前駆体は、その重合度が
低下しているといつても、飽くまでもつぎの一般
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を有するものであ
り、このポリイミド前駆体の分子鎖にシロキサン
結合がごく僅か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) かかるシロキサン変性ポリイミド前駆体は、そ
の溶液粘度が低く、たとえば重合反応工程での仕
込み濃度を20〜25重量%ないしそれ以上としたと
きでも加熱熟成工程後にあえて希釈しなくとも、
スピンコート、デイツピングあるいははけ塗りな
どに適した粘度を有している。 この発明においては、上記の前駆体溶液を上記
塗工法によりシリコンウエハの如き素子上に塗工
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
イミドからなる層間絶縁膜を形成することができ
る。このポリイミド絶縁膜は耐湿特性に非常にす
ぐれているとともに、こ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、半導体素子の層間絶縁膜として
すぐれた性能を発揮する。 以下に、この発明の実施例を記載してより具体
的に説明する。 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。
水素化カルシウムで一昼夜乾燥しさらに窒素置換
後蒸留したN・N′−ジメチルホルムアミド148.71
gを上記フラスコ中に加え、窒素を流し込み、以
下の方法で重合反応を行つた。 まず、1mlのマイクロシリジンによりビス(3
−アミノプロピル)テトラメチルジシロキサン
(前記式イのジアミノシロキサン)0.87g
(0.0035モル)、ついで4・4′−ジアミノジフエニ
エーテル19.3g(0.0965モル)を仕込み、溶解す
るまで撹拌した。その後、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シロキサン変性ポ
リイミド前駆体の25重量%溶液は、25℃BH型粘
度計で測定される粘度(以下同様)が測定上限
(2000000センチポイズ)以上であり、前駆体の固
有粘度は1.67、珪素含有量は0.397重量%であつ
た。 つぎに、加熱熟成工程として、水浴を取り去つ
て湯浴に換え、同一の反応容器を55±5℃に加熱
撹拌し、窒素気流中6時間加熱熟成したのち、さ
らに引続き28時間、計34時間加熱熟成することに
より、固有粘度が0.42、溶液粘度が4400センチポ
イズとなるまで低分子量化した。 この前駆体溶液をシリコンウエハ上にスピンコ
ートし、熱風乾燥機中150℃で1時間、200℃で1
時間、250℃で6時間加熱処理して、強靭なポリ
イミドからなる層間絶縁膜を形成した。このポリ
イミド絶縁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。なお、上記スピンコート
は、3500r.p.mの回転数で前駆体溶液を2〜3g
滴下する方法で行つた。 実施例 2 精製N・N′−ジメチルホルムアミドの使用量
を125.91gとし、芳香族テトカルボン酸二無水物
としてピロメリツト酸二無水物21.8g(0.1モル)
を使用した以外は、実施例1と同様に重合反応を
行つて、珪素含有量が0.469重量%、固有粘度が
1.65、溶液粘度が2000000センチポイズ以上の高
分子量のシロキサン変性ポリイミド前駆体の25重
量%溶液を得た。 つぎに、加熱熟成工程として、上記の前駆体溶
液を実施例1の場合と同様にして55±5℃で24時
間加熱熟成することにより、固有粘度0.38、溶液
粘度2200センチポイズとなるまで低分子量化し
た。 この前駆体溶液をシリコンウエハ上に実施例1
と同様にスピンコートし、熱風乾燥機中で150℃
で1時間、200℃で1時間、300℃で1時間加熱処
理して強靭なポリイミドからなる層間絶縁膜を形
成した。 実施例 3 精製N・N′−ジメチルホルムアミドの使用量
を156.53g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、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と同様にして重合反応を行つて、珪
素含有量が0.377重量%固有粘度が1.38で、溶液
粘度が1700000センチポイズの高分子量のシロキ
サン変性ポリイミド前駆体の25重量%溶液を得
た。 つぎに、加熱熟成工程として、上記の前駆体溶
液を、実施例1の場合と同様にして、55±5℃で
15時間加熱熟成することにより、固有粘度0.45
で、溶液粘度2300センチポイズとなるまで低分子
量化した。 この前駆体溶液をシリコンウエハ上に実施例1
と同様にスピンコートしたのち加熱処理してポリ
イミドからなる層間絶縁膜を形成した。この絶縁
膜は、6ケ月経過後の引張抗張力が初期値の40%
に低下したが、層間絶縁膜としては充分に使用で
きる程度の強靭性であつた。 比較例 1 精製N・N′−ジメチルホルムアミドの使用量
を148.27g、4・4′−ジアミノフエニルエーテル
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と同様にして重合反応を行つて、珪素含有量
が0.057重量%、固有粘度が2.37で、溶液粘度が
2000000センチポイズの高分子量のシロキサン変
性ポリイミド前駆体の25重量%溶液を得た。 つぎに、加熱熟成工程として、上記の前駆体溶
液を実施例1と同様の操作で加熱熟成することに
より、固有粘度が0.41、溶液粘度が2700センチポ
イズとなるまで低分子量化した。この前駆体溶液
をシリコンウエハ上に実施例1と同様にスピンコ
ートしたのち加熱処理してポリイミドからなる層
間絶縁膜を形成した。 比較例 2 精製N・N′−ジメチルホルムアミドの使用量
を149.22g、4・4′−ジアミノフエニルエーテル
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と同様にして重合反応を行つて、珪素含有量が
0.791重量%、固有粘度が0.80で、溶液粘度が
50000センチポイズのシロキサン変性ポリイミド
前駆体の25重量%溶液を得た。 つぎに、加熱熟成工程として、上記の前駆体溶
液を実施例1と同様の操作で加熱熟成することに
より、固有粘度が0.45、溶液粘度が5100センチポ
イズとなるまで低分子量化した。この前駆体溶液
をシリコンウエハ上に実施例1と同様にスピンコ
ートしたのち加熱処理してポリイミドからなる層
間絶縁膜を形成した。 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2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25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、溶液粘度は測定上限(2000000センチポ
イズ)以上であつた。 つぎに、上記溶液を、さらに実施例1と同様の
操作で加熱熟成することにより、固有粘度が
0.53、溶液粘度が4100センチポイズとなるまで低
分子量化した。この前駆体溶液を実施例2と同様
にスピンコートしたのち、さらに同様に加熱処理
してポリイミドからなる層間絶縁膜を形成した。 比較例 4 精製N・N′−ジメチルホルムアミドの使用量
を99.27g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と同様にして重合反応を
行つて、珪素含有量が0.594重量%、固有粘度が
1.58で、溶液粘度が1800000センチポイズのシロ
キサン変性ポリイミド前駆体の25重量%溶液を得
た。 つぎに、加熱熟成工程として、上記の前駆体溶
液を実施例1と同様の操作で加熱熟成することに
より、固有粘度が0.39、溶液粘度が1900センチポ
イズとなるまで低分子量化した。この前駆体溶液
をシリコンウエハ上に実施例1と同様にスピンコ
ートしたのち、さらに加熱処理してポリイミドか
らなる層間絶縁膜を形成した。 つぎに、上記実施例1〜3および比較例1〜4
で得られたポリイミド絶縁膜の同一環境条件下で
の密着性および電気絶縁性につき試験した。ま
た、ポリイミド絶縁膜を形成する際のスピンコー
トによる塗布性(塗膜の状態)を目視にて観察し
た。これらの結果は、次の表に示されるとおりで
あつた。なお、実施例1〜3における「B」と
は、各実施例の結果であり、「A」とは参考のた
めに各実施例において加熱熟成工程を省略し、重
合反応工程で得た高分子量、高粘度のシロキサン
変性ポリイミド前駆体溶液を塗布可能な程度にま
で溶媒で希釈してポリイミドからなる層間絶縁膜
を形成したときの試験結果である。
The present invention relates to a method for forming an interlayer insulating film of a semiconductor element. Conventionally, interlayer insulating films for semiconductor devices are made using CVD.
(Chemical Vapor Deposition) method etc.
The use of silicon dioxide has been considered, but its application to semiconductors has been delayed because thin silicon dioxide films have drawbacks such as being prone to cracks and having many pinholes. In recent years, heat-resistant polymers, particularly polyimide, have been attracting attention in this field as a new material to replace the above-mentioned silicon dioxide film.
In other words, this heat-resistant polymer has sufficient heat resistance to withstand wire bonding, and also has many excellent advantages such as excellent electrical insulation, low stress distortion, and mechanical strength, and when made into a thick film. However, it is an organic material that is attracting attention because it does not cause cracks and has minimal pinholes. In this way, heat-resistant polymers, mainly polyimide, are being considered as interlayer insulating films for various semiconductor devices. It has the drawbacks of poor adhesiveness and difficulty in adhesion, and as a result, the reliability of semiconductor devices has not been satisfactory. For this reason, various proposals have been made to improve the adhesion of the above-mentioned heat-resistant polymers, and one of them is to create a polyimide precursor using a polymerization reaction between an aromatic tetracarboxylic dianhydride and a diamino compound. When synthesizing, there is a method of using diaminosiloxane as the above diamino compound. 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, the moisture resistance of the interlayer insulating film made of polyimide is poor. There is a problem that greatly impairs the characteristics. Moreover, excessive use of diaminosiloxane is not necessarily preferable in terms of heat resistance, electrical insulation, mechanical strength, etc. inherent to polyimide. Furthermore, in the proposed method, there are polyimide precursors synthesized using an excess 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 forming a mixture of these, but even in this case, not only does the same problem as mentioned above arise due to the large silicon content in the mixture, but also the adhesion, moisture resistance, and other general characteristics are poor because it is a mixture. It was easy to vary between lots, and stable performance could not be obtained. On the other hand, this type of siloxane-modified polyimide precursor is desired to be a high molecular weight material with high intrinsic viscosity in view of heat resistance and other general properties, but in this case, the However, there is a problem in that the viscosity of the solution becomes high and a practical solids concentration cannot be obtained. For example, the feed concentration during the synthesis of polyimide precursors is generally set to be at least 5 to 15% by weight for economical reasons, but even with such a low feed concentration, spin In order to obtain a solution viscosity suitable for coating, dipping or brushing, considerable further dilution is required after the polymerization reaction. Such a dilution operation causes variations in solution viscosity between manufacturing lots and complicates the coating process, and also causes repellency and uneven thickness in the formed coating film due to a significant decrease in solid content concentration. This results in an adverse effect on the performance of the interlayer insulating film made of polyimide. In view of the above, the present invention provides an interlayer insulating film made of polyimide that exhibits a viscosity that allows coating in a highly concentrated state, has excellent adhesion to the element surface, and has good moisture resistance. This discovery was made as a result of extensive research in order to obtain a siloxane-modified polyimide precursor that possesses inherent heat resistance, electrical insulation, and mechanical strength. That is, this invention provides the following general formula in an inert solvent; (R 1 is a divalent organic group, R′ is a monovalent organic group,
n is an integer from 1 to 1000) A diamino compound consisting of a diamino siloxane represented by the formula (n is an integer from 1 to 1000) and a diamine that does not contain a silicon atom in the molecule is combined with an aromatic tetracarboxylic dianhydride, and the diamino siloxane is the total amount of the diamino compound. 1 to 4
By conducting a polymerization reaction at a ratio of mol%,
A solution of a siloxane-modified polyimide precursor with a silicon content of 0.5% by weight or less was obtained, and this solution was heated at 40 to 80°C.
interlayer insulation of a semiconductor element, characterized in that the intrinsic viscosity of the precursor is lowered by heating and aging in a wafer, and then this solution is applied onto a semiconductor element, and then subjected to high temperature heat treatment to form an interlayer insulation film made of polyimide. This relates to a film forming method. As described above, in this invention, the specific range of diaminosiloxane used to improve the adhesion of the interlayer insulating film made of polyimide is necessary and sufficient. Since the siloxane bonding portion that is easily broken by wet thermal decomposition or acid or alkali is extremely small, the moisture resistance of the polyimide insulating film is not deteriorated.
It has also been found that there is no fear of impairing polyimide's inherent heat resistance, electrical insulation, mechanical strength, etc. On the other hand, the siloxane-modified polyimide precursor synthesized using diaminosiloxane in the above-mentioned proportion has the same drawback as conventional precursors in that it has a high solution viscosity. However, according to the present invention, when the polyimide precursor solution after the polymerization reaction is further heated and aged at a specific temperature, its intrinsic viscosity decreases due to molecular cleavage or rearrangement of the precursor, and the polyimide precursor solution is not diluted with a solvent after that. It is possible to obtain a solution viscosity that can be coated with a polyimide insulating film, and when a solution of high concentration and low viscosity is obtained by this method, it not only has excellent adhesion and moisture resistance properties as a polyimide insulating film achieved by the above method. about,
It has been found that it has almost no adverse effect on heat resistance, mechanical strength, electrical insulation, etc. 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 NR 2 −NH 2 ...(2) ( R 2 is a divalent organic group that does not contain a silicon atom) . It may be the same as or different from R 1 . Particularly suitable 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'-diaminodiphenyl sulfone, 4,4'-diaminodiphenyl sulfone , 4,4'-diaminodiphenyl sulfide,
Benzidine, benzidine-3,3'-dicarboxylic acid, benzidine-3,3'-disulfonic acid, benzidine-3-monocarboxylic acid, benzidine-3-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 diamino has the following general formula (3); (Ar is a tetravalent organic group) Typical examples include pyromellitic dianhydride, 3.
3', 4, 4'-benzophenonetetracarboxylic dianhydride, 3, 3', 4, 4'-biphenyltetracarboxylic dianhydride, 2, 3, 3', 4'-biphenyl tetra Carboxylic dianhydride, 2, 3, 6, 7-naphthalenetetracarboxylic dianhydride, 1, 2, 5,
6-naphthalenetetracarboxylic dianhydride, 1.
4,5,8-naphthalenetetracarboxylic dianhydride, 2,2'-bis(3,4-dicarboxyphenyl)propane dianhydride, bis(3,4-dicarboxyphenyl)sulfone dianhydride , 3・4・9・
10-perylenetetracarboxylic dianhydride, bis(3,4-dicarboxyphenyl)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, 1,2,7, Examples include 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 as determined by the 2-atm pressure pressure test (hereinafter simply referred to as PCT), that is, extremely good moisture resistance properties, can be obtained, and its performance as an interlayer insulating film can be greatly improved. . Of course, the moisture resistance can be improved even when other dianhydrides are used. In this invention, it is necessary to simultaneously polymerize the above-mentioned diaminosiloxane and silicon-free diamino with aromatic tetracarboxylic dianhydride. For example, in a method in which both diamino compounds are polymerized separately and then mixed, This causes variations in adhesion and moisture resistance, making it impossible to stabilize quality. As mentioned above, the diaminosiloxane used in this polymerization reaction is 1 to 4 mol%, preferably 3 to 3.5 mol% of the total amount of the diamino compound,
Further, the amount used must be determined so that the silicon content contained in the obtained siloxane-modified polyimide precursor is 0.5% by weight or less. Unless 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 diamino 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 conventionally known methods, generally in the presence of an inert solvent and in a stream of nitrogen gas, while taking into consideration the polymerization heat generation and generally limiting the temperature to below 40°C, particularly preferably below 30°C. The reaction may be carried out until a predetermined degree of polymerization is obtained. Note that polyimide used as an interlayer insulating film of a semiconductor element must be prevented from being contaminated by ionic impurities. Care must be taken to avoid contamination from cationic impurities such as Na + , K 2 , Ca 2+ and anionic impurities such as Cl -. In particular, Na + ions can cause damage to the interlayer insulation film made of polyimide. Adversely affects electrical properties. Therefore, during polymerization, both the raw material monomer and the solvent should be sufficiently purified by well-known methods before use. For example, it is desirable that the concentration of Na + ions is 5 PPM or less, preferably 1 PPM or less. Examples of inert solvents used in such polymerization reactions include N-methyl-2-pyrrolidone,
Highly polar basic solvents such as N.N'-dimethylacetamide, 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. The degree of polymerization of the siloxane-modified polyimide precursor synthesized by the above method can be easily detected by examining the intrinsic viscosity [η] of the reactant. It is desirable that the polymerization degree is high. This is because if it is lower than this, good results will not be obtained in terms of heat resistance and other general properties. The intrinsic viscosity [η] described in this specification is
It means the value calculated according to the following formula using N-methyl-2-pyrrolidone as a solvent at a measurement temperature of 30±0.01°C (static bath). [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; Polymer concentration (assumed to be 0.5% by weight) In the invention, subsequent to the above polymerization reaction step, heat aging is carried out in the same reaction vessel in a nitrogen stream by raising the temperature to 40 to 80°C, preferably 50 to 60°C. By this heat aging, the siloxane-modified polyimide precursor having a high degree of polymerization obtained in the above-mentioned polymerization reaction undergoes appropriate molecular cleavage or rearrangement, thereby reducing the molecular weight. The degree of molecular weight reduction is determined by the relationship between solution viscosity and polyimide properties, and it is generally preferable to set the intrinsic viscosity to 0.3 to 0.7. As a guide, the solution viscosity is about 1,000 to 20,000 centipoise at a solution concentration of 25% by weight. If the above-mentioned intrinsic viscosity becomes too low, the film forming ability in the final stage will be poor, and the insulation properties, heat resistance and other properties will be impaired when the interlayer insulation film is formed. The reason why the heat aging temperature was set at 40 to 80℃ is that at temperatures exceeding 80℃, especially at temperatures above 100℃, crosslinking reactions proceed and there is a risk of gelation. This is because sufficient effects cannot be obtained and the aging time becomes long, impairing workability. Even if the siloxane-modified polyimide precursor as the final product obtained in this way has a lower degree of polymerization, it is still a silicon-free diamine as shown in the following general formula (4). The bonding unit of and diaminosiloxane added to aromatic tetracarboxylic dianhydride via an amide bond is
It has a random polymer structure, and is characterized by having a structure in which very few siloxane bonds are incorporated into the molecular chain of this 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.) Such a siloxane-modified polyimide precursor has a low solution viscosity, and for example, when the charging concentration in the polymerization reaction step is 20 to 25 Even when the weight is % or higher, even if it is not diluted after the heat aging process,
It has a viscosity suitable for spin coating, dipping or brushing. In this invention, the above precursor solution is coated on an element such as a silicon wafer by the above coating method, and then subjected to high temperature heat treatment, dehydrated and cyclized, thereby achieving excellent adhesion to the silicon wafer etc. It is possible to form an interlayer insulating film made of polyimide as shown by the above general formula (5) showing the properties. This polyimide insulating film has excellent moisture resistance, as well as its inherent good heat resistance.
It has chemical resistance, mechanical properties, and excellent electrical insulation properties, and exhibits excellent performance as an interlayer insulating film for semiconductor devices. EXAMPLES Below, examples of the present invention will be described in more detail. Example 1 A 500 ml flask equipped with a stirrer, condenser, thermometer and nitrogen purging device was fixed on a water bath.
N・N'-dimethylformamide 148.71, which was dried over calcium hydride for a day and night, and then distilled after purging with nitrogen.
g was added into the above flask, nitrogen was poured into the flask, and a polymerization reaction was carried out in the following manner. First, 1 ml of microsiridine was added to bis(3
-aminopropyl)tetramethyldisiloxane (diaminosiloxane of formula A above) 0.87g
(0.0035 mol) and then 19.3 g (0.0965 mol) of 4,4'-diaminodipheniether were added and stirred until dissolved. Thereafter, 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 25% by weight solution of the siloxane-modified polyimide precursor obtained in this way has a viscosity (hereinafter the same) measured with a BH type viscometer at 25°C that is at least the measurement upper limit (2,000,000 centipoise), and the intrinsic viscosity of the precursor was 1.67, and the silicon content was 0.397% by weight. Next, in the heating and aging process, the water bath was removed and replaced with a hot water bath, and the same reaction vessel was heated and stirred at 55±5°C, heated and aged in a nitrogen stream for 6 hours, and then continued for another 28 hours, for a total of 34 hours. By heating and aging, the molecular weight was reduced to an intrinsic viscosity of 0.42 and a solution viscosity of 4400 centipoise. This precursor solution was spin-coated onto a silicon wafer, heated to 150°C for 1 hour in a hot air dryer, and then heated to 200°C for 1 hour.
A heat treatment was performed at 250° C. for 6 hours to form an interlayer insulating film made of tough polyimide. The infrared absorption spectrum of this polyimide insulating film is 1780 cm -1
and >C= based on imide group formation at 1720 cm -1
Absorption of O was observed. In addition, in the above spin coating, 2 to 3 g of the precursor solution is applied at a rotation speed of 3500 rpm.
I did it by dripping method. Example 2 The amount of purified N/N'-dimethylformamide used was 125.91 g, and pyromellitic dianhydride was 21.8 g (0.1 mol) as aromatic tetracarboxylic dianhydride.
The polymerization reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that the silicon content was 0.469% by weight and the intrinsic viscosity was
1.65, a 25% by weight solution of a high molecular weight siloxane-modified polyimide precursor with a solution viscosity of 2,000,000 centipoise or more was obtained. Next, as a heating aging step, the above precursor solution was heated and aged for 24 hours at 55 ± 5°C in the same manner as in Example 1 to lower the molecular weight until the intrinsic viscosity was 0.38 and the solution viscosity was 2200 centipoise. did. Example 1 This precursor solution was applied onto a silicon wafer.
Spin coat in the same manner as above and dry in a hot air dryer at 150℃.
An interlayer insulating film made of tough polyimide was formed by heat treatment at 200°C for 1 hour, 200°C for 1 hour, and 300°C for 1 hour. Example 3 The amount of purified N/N'-dimethylformamide used was 156.53 g, and 32.2 g of 3,3',4,4'-benzophenonetetracarboxylic dianhydride was used as aromatic tetracarboxylic dianhydride ( The polymerization reaction was carried out in the same manner as in Example 1, except that 19.107 g (0.0965 mol) of 4,4'-diaminodiphenylmethane was used as the silicon-free diamine, and the silicon content was 0.377 wt. A 25% by weight solution of a high molecular weight siloxane modified polyimide precursor with a % intrinsic viscosity of 1.38 and a solution viscosity of 1700000 centipoise was obtained. Next, as a heat aging step, the above precursor solution was heated at 55±5°C in the same manner as in Example 1.
By heating and aging for 15 hours, the intrinsic viscosity is 0.45.
The molecular weight was lowered to a solution viscosity of 2300 centipoise. Example 1 This precursor solution was applied onto a silicon wafer.
After spin coating in the same manner as above, heat treatment was performed to form an interlayer insulating film made of polyimide. This insulating film has a tensile strength of 40% of its initial value after 6 months.
However, it had sufficient toughness to be used as an interlayer insulating film. Comparative Example 1 The amount of purified N・N'-dimethylformamide used was 148.27 g, the amount of 4,4'-diaminophenyl ether used was 19.9 g (0.0995 mol), and the amount of bis(3-aminopropyl)tetramethyldisiloxane used was 148.27 g. A polymerization reaction was carried out in the same manner as in Example 1, except that the amount used was 0.1243 g (0.0005 mol), and the silicon content was 0.057% by weight, the intrinsic viscosity was 2.37, and the solution viscosity was
A 25% by weight solution of a siloxane-modified polyimide precursor with a high molecular weight of 2,000,000 centipoise was obtained. Next, as a heating aging step, the above precursor solution was heated and aged in the same manner as in Example 1 to lower the molecular weight until the intrinsic viscosity was 0.41 and the solution viscosity was 2700 centipoise. This precursor solution was spin-coated onto a silicon wafer in the same manner as in Example 1, and then heat-treated to form an interlayer insulating film made of polyimide. Comparative Example 2 The amount of purified N/N'-dimethylformamide used was 149.22 g, the amount of 4,4'-diaminophenyl ether used was 18.6 g (0.093 mol), and the amount of bis(3-aminopropyl)tetramethyldisiloxane used was 149.22 g. A polymerization reaction was carried out in the same manner as in Example 1, except that the amount used was 1.7395 g (0.007 mol), and the silicon content was reduced.
0.791% by weight, intrinsic viscosity 0.80, solution viscosity
A 25% by weight solution of 50000 centipoise siloxane modified polyimide precursor was obtained. Next, as a heat aging step, the above precursor solution was heated and aged in the same manner as in Example 1 to reduce the molecular weight until the intrinsic viscosity was 0.45 and the solution viscosity was 5100 centipoise. This precursor solution was spin-coated onto a silicon wafer in the same manner as in Example 1, and then heat-treated to form an interlayer insulating film made of polyimide. 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 2, and then both were mixed. A 25% 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, and the solution viscosity was above the upper limit of measurement (2,000,000 centipoise). Next, the above solution was further heated and aged in the same manner as in Example 1, so that the intrinsic viscosity was reduced.
The molecular weight was lowered to 0.53, and the solution viscosity was 4100 centipoise. This precursor solution was spin-coated in the same manner as in Example 2, and then heat-treated in the same manner to form an interlayer insulating film made of polyimide. Comparative Example 4 The amount of purified N/N'-dimethylformamide used was 99.27 g, and the amount of pyromellitic dianhydride used was 21.8 g (0.1 g) as the aromatic tetracarboxylic dianhydride.
Example 1 except that 10.42 g (0.0965 mol) of para-phenylenediamine was used as the silicon-free diamine and 0.87 g (0.0035 mol) of bis(3-aminopropyl)tetramethyldisiloxane was used as the diaminosiloxane. A polymerization reaction was carried out in the same manner as above, and the silicon content was 0.594% by weight and the intrinsic viscosity was
1.58, a 25% by weight solution of the siloxane modified polyimide precursor was obtained with a solution viscosity of 1800000 centipoise. Next, as a heat-ripening step, the above precursor solution was heat-ripened in the same manner as in Example 1 to lower the molecular weight until the intrinsic viscosity was 0.39 and the solution viscosity was 1900 centipoise. This precursor solution was spin-coated onto a silicon wafer in the same manner as in Example 1, and then heat-treated to form an interlayer insulating film made of polyimide. Next, the above Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 4
The polyimide insulating film obtained was tested for adhesion and electrical insulation under the same environmental conditions. Furthermore, the coatability (state of the coating film) by spin coating when forming the polyimide insulating film was visually observed. These results were as shown in the following table. In addition, "B" in Examples 1 to 3 is the result of each example, and "A" is the high molecular weight obtained in the polymerization reaction step by omitting the heat aging step in each example for reference. , are test results when an interlayer insulating film made of polyimide was formed by diluting a highly viscous siloxane-modified polyimide precursor solution with a solvent to the extent that it could be coated.

【表】 上記の表から明らかなように、この発明によれ
ば、シリコンウエハなどの素子表面への塗布性に
すぐれ、クラツク、ピンホールなど塗膜欠陥に起
因する欠点を克服でき、密着性、耐熱性、低応力
性、機械的強度にすぐれ、また耐湿特性にもすぐ
れるポリイミドからなる層間絶縁膜を形成でき、
半導体素子の安定供給ならびに信頼性向上に寄与
するものであることがわかる。またこの発明にお
いて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によればその効果がとくに顕
著となることも明らかである。 一方、この発明とは異なり、重合反応後加熱処
理を行わないもの(各実施例の「A」)では、い
ずれも塗布性が悪くなり、またジアミノシロキサ
ンの使用量が少ないもの(比較例1)逆に使用量
が多いもの(比較例2、4)では、密着性を損な
うか耐湿特性が悪くなり、さらにジアミノシロキ
サンの使用量がこの発明の範囲内にあつてもジア
ミノシロキサンと珪素不含ジアミンとを別々に芳
香族テトラカルボン酸二無水物と反応させる方法
を採ると(比較例3)、密着性や耐湿特性などに
好結果が得られないことも判る。 なお、別の実験として、実施例1における加熱
熟成工程での加熱処理時間を6時間として固有粘
度0.75、溶液粘度30000センチポイズのシロキサ
ン変性ポリイミド前駆体をつくり、これを用いて
前記同様にポリイミドからなる層間絶縁膜を形成
したところ、スピンコート時の塗膜性状はある程
度改良されていたが、偏肉発生がややみられ実施
例1に較べて塗布性に劣つていた。また、逆に加
熱処理時間を60時間として固有粘度0.28、溶液粘
度600センチポイズのシロキサン変性ポリイミド
前駆体をつくり、これを用いてポリイミドからな
る層間絶縁膜を形成したところ、低分子量化が進
みすぎているため絶縁膜にミクロクラツクが発生
し、絶縁破壊電圧が低下し、半導体素子の層間絶
縁膜としての性能を発揮させえなかつた。
[Table] As is clear from the above table, the present invention has excellent coating properties on the surface of devices such as silicon wafers, can overcome defects caused by coating film defects such as cracks and pinholes, and has excellent adhesion and It is possible to form an interlayer insulating film made of polyimide that has excellent heat resistance, low stress properties, mechanical strength, and moisture resistance.
It can be seen that this contributes to stable supply of semiconductor devices and improved reliability. In addition, in this invention, 3.
It is also clear that the effect is particularly remarkable in Example 1, which uses 3', 4, 4'-biphenyltetracarboxylic dianhydride. On the other hand, unlike this invention, in the case where heat treatment is not performed after the polymerization reaction ("A" in each example), the coating properties are poor, and the amount of diaminosiloxane used is small (Comparative Example 1) On the other hand, when the amount used is large (Comparative Examples 2 and 4), the adhesion is impaired or the moisture resistance is deteriorated, and even if the amount of diaminosiloxane used is within the range of this invention, diaminosiloxane and silicon-free diamine It can also be seen that when a method of separately reacting these with an aromatic tetracarboxylic dianhydride (Comparative Example 3), good results were not obtained in terms of adhesion, moisture resistance, etc. In addition, as another experiment, a siloxane-modified polyimide precursor having an intrinsic viscosity of 0.75 and a solution viscosity of 30,000 centipoise was prepared by changing the heat treatment time in the heat aging step in Example 1 to 6 hours, and using this, a polyimide precursor made of polyimide was prepared in the same manner as above. When an interlayer insulating film was formed, the properties of the coating film upon spin coating were improved to some extent, but some thickness unevenness was observed, and the coating properties were inferior to that of Example 1. On the other hand, when a siloxane-modified polyimide precursor with an intrinsic viscosity of 0.28 and a solution viscosity of 600 centipoise was prepared by heating for 60 hours, and an interlayer insulating film made of polyimide was formed using this, the molecular weight was too low. As a result, microcracks occur in the insulating film, the dielectric breakdown voltage decreases, and the performance as an interlayer insulating film of a semiconductor element cannot be achieved.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 不活性溶媒中で、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からなるジアミノ化合物
を芳香族テトラカルボン酸二無水物と、上記ジア
ミノシロキサンがジアミノ化合物全体量の1〜4
モル%となる割合で重合反応させることにより、
珪素含有量が0.5重量%以下のシロキサン変性ポ
リイミド前駆体の溶液を得、この溶液を40〜80℃
で加熱熟成して上記前駆体の固有粘度を低下さ
せ、ついでこの溶液を半導体素子上に塗布したの
ち高温加熱処理してポリイミドからなる層間絶縁
膜を形成することを特徴とする半導体素子の層間
絶縁膜形成方法。
[Claims] 1. In an inert solvent, 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) A diamino compound consisting of a diamino siloxane represented by the formula (n is an integer from 1 to 1000) and a diamine that does not contain a silicon atom in the molecule is combined with an aromatic tetracarboxylic dianhydride, and the diamino siloxane is the total amount of the diamino compound. 1 to 4
By conducting a polymerization reaction at a ratio of mol%,
A solution of a siloxane-modified polyimide precursor with a silicon content of 0.5% by weight or less was obtained, and this solution was heated at 40 to 80°C.
interlayer insulation of a semiconductor element, characterized in that the intrinsic viscosity of the precursor is lowered by heating and aging in a wafer, and then this solution is applied onto a semiconductor element, and then subjected to high temperature heat treatment to form an interlayer insulation film made of polyimide. Film formation method.
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