JPH0259622B2 - - Google Patents

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JPH0259622B2
JPH0259622B2 JP58229292A JP22929283A JPH0259622B2 JP H0259622 B2 JPH0259622 B2 JP H0259622B2 JP 58229292 A JP58229292 A JP 58229292A JP 22929283 A JP22929283 A JP 22929283A JP H0259622 B2 JPH0259622 B2 JP H0259622B2
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JP
Japan
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solution
protective film
polyimide
precursor
siloxane
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JP58229292A
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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
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Publication of JPH0259622B2 publication Critical patent/JPH0259622B2/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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  • Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)
  • Polymers With Sulfur, Phosphorus Or Metals In The Main Chain (AREA)
  • Macromolecular Compounds Obtained By Forming Nitrogen-Containing Linkages In General (AREA)

Description

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

この発明は半導体素子の保護膜形成方法に関す
る。 従来、半導体素子の表面保護膜(パツシベーシ
ヨン膜)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。 一方、ダイオードのジヤンクシヨン保護膜は、
従来、シリコンゴム、シリコンワニスなどが用い
られ、半導体素子のP−N接合面(ジヤンクシヨ
ン)を保護する機能をもたせているが、一般にシ
リコン化合物は水に対して本質的に透過性であ
り、半導体を総合的に評価した場合、耐湿性とい
う面で信頼性の低下はさけられなかつた。このジ
ヤンクシヨン保護膜にも、近年、ポリマー自体が
耐湿特性にすぐれるポリイミドなどの耐熱性高分
子が応用されるようになつてきた。 このように、ポリイミドを中心とした耐熱性高
分子が各種半導体処理用保護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
リイミド保護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
て合成されたポリイミド前駆体との混合物とする
方法もあるが、この場合でも混合物中に占める珪
素含有量が大であるため前述と同様の問題が生じ
るばかりか、混合物であるが故に密着性ないし耐
湿特性さらにその他の一般特性がロツト間でばら
つきやすく、安定した性能が得られなかつた。 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、ポリイミド保護膜の性能に悪影響をお
よぼす結果となる。 この発明は、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保護膜
を与え、またこのポリイミド保護膜が本来の耐熱
性、電気絶縁性、機械的強度などを具備しうるよ
うなシロキサン変性ポリイミド前駆体を得るため
に、鋭意検討を重ねた結果、見い出されたもので
ある。 すなわち、この発明は、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面に塗布したの
ち高温加熱処理してポリイミド保護膜を形成する
ことを特徴とする半導体素子の保護膜形成方法に
係るものである。 このように、この発明においては、ポリイミド
保護膜の密着性を改善するために用いられるジア
ミノシロキサンは、前記特定範囲が必要かつ充分
なものであり、かかる使用割合にすると、ポリイ
ミド前駆体中に占める湿熱分解や酸ないしアルカ
リにより切断されやすいシロキサン結合部分がご
く僅かなものとなるために、ポリイミド保護膜の
耐湿特性を低下させることがなく、またポリイミ
ド本来の耐熱性、電気絶縁性、機械的強度などを
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保護膜としてのす
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
珪素不含ジアミンとからなるジアミノ化合物と重
合反応させる芳香族テトラカルボン酸二無水物
は、次の一般式(3); (Arは四価の有機基である) で表されるものであり、その代表的なものを例示
すると、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、表面保護膜ないしジヤンクシヨン保護
膜としての性能を大きく向上させることができ
る。もちろん、他の二無水物を使用する場合でも
耐湿特性の向上を図りうるが、パツシベーシヨン
膜などとして応用する場合その膜厚を厚くするの
が望ましい。 この発明においては、上記のジアミノシロキサ
ンと珪素不含ジアミンとを同時に芳香族テトラカ
ルボン酸二無水物と重合反応させることが必要
で、たとえば両ジアミノ化合物を別々に重合させ
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%、好適には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ンとからなるジアミ
ノ化合物の芳香族テトラカルボン酸二無水物に対
する使用割合は、通常等モルとされるが、必要に
応じて一方を多少多くしても差し支えない。 重合反応は、従来公知の方法に準じて行えばよ
く、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、半導体素子表面の保護膜としてのポリイ
ミドは、イオン性不純物に汚染されることをさけ
なければならない。Na+、K+、Ca2+などのカチ
オン性不純物、Cl-などのアニオン性不純物など
からの汚染を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保護膜の電気特
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、また半導体に適
用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面に塗工
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
イミドからなる保護膜を形成することができる。
このポリイミド保護膜は耐湿特性に非常にすぐれ
ているとともに、その本来の良好な耐熱性、耐薬
品性、機械的特性および卓越した電気絶縁性を具
備しており、半導体素子の表面保護膜やダイオー
ドのジヤンクシヨン保護膜としてすぐれた性能を
発揮する。 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のマイクロシリンジによりビス(3
−アミノプロピル)テトラメチレンジシロキサン
(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
ルエーテル19.3g(0.0965モル)を仕込み、溶解
するまで撹拌した。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
イミド表面保護膜(パツシベーシヨン膜)を形成
した。このポリイミド保護膜の赤外吸収スペクト
ルは、1780cm-1および1720cm-1にイミド基形成に
もとづく>C=Oの吸収が認められた。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、芳香族テトラカルボン酸二無水
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表面保護膜を形成した。 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素子(P−N
接合面)上にはけ塗りしたのち加熱処理してポリ
イミドからなるジヤンクシヨン保護膜を形成し
た。この保護膜は、6ケ月経過後の引張抗張力が
初期値の40%に低下したが、ジヤンクシヨン保護
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′−ジアミノジフエニルエーテ
ルの使用量を19.9g(0.0995モル)、ビス(3−
アミノプロピル)テトラメチルジシロキサンの使
用量を0.1243g(0.0005モル)とした以外は、実
施例1と同様にして重合反応を行つて、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表面保護膜
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表面保護膜
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
してポリイミド表面保護膜を形成した。 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表
面保護膜を形成した。 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保護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、ポリイミド保護膜を形成する際の塗布性(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
リイミド保護膜を形成したときの試験結果であ
る。
The present invention relates to a method of forming a protective film for a semiconductor element. Conventionally, the surface protection film (passivation film) of semiconductor elements has been developed using CVD (Chemical Vapor
Although the use of silicon dioxide has been considered using methods such as deposition (deposition) method, its application to semiconductors has been delayed because thin silicon dioxide films have drawbacks such as being prone to cracks and having many pinholes. There is. 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.
It is an organic material that is attracting attention because it does not cause cracks even when formed into a thick film and has minimal pinholes. On the other hand, the diode juncture protective film is
Conventionally, silicone rubber, silicone varnish, etc. have been used to protect the P-N junction surface (junction) of semiconductor devices, but silicone compounds are generally permeable to water and are not suitable for semiconductor devices. When comprehensively evaluated, a decrease in reliability was unavoidable in terms of moisture resistance. In recent years, heat-resistant polymers such as polyimide, which themselves have excellent moisture resistance, have been used for this junction protective film. As described above, heat-resistant polymers, mainly polyimide, are being considered as protective films for various semiconductor processing, but these types of heat-resistant polymers have a high adhesion to device surfaces such as silicon wafers. It has the disadvantage that it is inferior in quality and difficult to adhere to, 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 polyimide protective film will be greatly affected. There is a problem of damage. 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, a polyimide precursor synthesized using an excess of diaminosiloxane and a polyimide precursor synthesized without using diaminosiloxane at all, that is, using a diamine that does not contain a silicon atom in the molecule. There is also a method of using a mixture as a mixture, but even in this case, the silicon content in the mixture is large, causing the same problems as mentioned above, and because it is a mixture, it has poor adhesion, moisture resistance, and other general properties. It was not possible to obtain stable performance because the performance varied easily between the two. 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 polyimide protective film. In view of the above, the present invention provides a polyimide protective film 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 has properties such as 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.
A method for forming a protective film for a semiconductor device, which method comprises heating and aging the precursor to lower the intrinsic viscosity of the precursor, applying this solution to the surface of the semiconductor device, and then applying high-temperature heat treatment to form a polyimide protective film. This is related. As described above, in this invention, the diaminosiloxane used to improve the adhesion of the polyimide protective film is necessary and sufficient within the above specified range, and when used in such a proportion, the diaminosiloxane is used to improve the adhesion of the polyimide protective film. Since the number of siloxane bonds that are easily broken by wet thermal decomposition or acids or alkalis is extremely small, the moisture resistance properties of the polyimide protective film are not reduced, and polyimide's inherent heat resistance, electrical insulation, and mechanical strength are maintained. It has been found that there is no need to worry about damaging such things. 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 protective 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 protective 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 N−R 2 −NH 2 ………(2) (R 2 is a divalent organic group not containing a silicon atom ) These include aromatic diamines, aliphatic diamines, and alicyclic diamines represented by It may be the same as or different from R 1 of . Particularly 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 diamine 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, in other words extremely good moisture resistance, was obtained through the 2-atm pressure pressure test (hereinafter simply referred to as PCT), and its performance as a surface protective film or junction protective film was greatly improved. can be done. Of course, it is possible to improve the moisture resistance properties by using other dianhydrides, but it is desirable to increase the thickness of the film when it is used as a passivation film. In this invention, it is necessary to simultaneously polymerize the diaminosiloxane and the silicon-free diamine with the 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 diamine to the aromatic tetracarboxylic dianhydride is usually equimolar, but one may be slightly increased if necessary. The polymerization reaction may be carried out according to 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 the polyimide used as a protective film on the surface of the semiconductor element must be prevented from being contaminated with ionic impurities. Care must be taken to avoid contamination from cationic impurities such as Na + , K + , Ca 2+ and anionic impurities such as Cl -. In particular, Na + ions can affect the electrical properties of the polyimide protective film. Adversely affect. 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 applied to semiconductors. 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 applied to the element surface 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 a protective film made of polyimide as represented by the above-mentioned general formula (5) which exhibits properties.
This polyimide protective film has excellent moisture resistance, as well as excellent heat resistance, chemical resistance, mechanical properties, and excellent electrical insulation properties, and is used as a surface protective film for semiconductor devices and diodes. Demonstrates excellent performance as a juncture protective film. 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, use a 1 ml microsyringe to
-aminopropyl) tetramethylenedisiloxane (diaminosiloxane of formula A above) 0.87g
(0.0035 mol) and then 19.3 g (0.0965 mol) of 4,4'-diaminodiphenyl ether were charged and stirred until dissolved. Thereafter, 29.4 g (0.1
mol) was added gradually. 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 thus obtained has a viscosity (hereinafter the same) measured using a BH type viscometer at 25°C that is at least the upper measurement 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 tough polyimide surface protection film (passivation film) was formed by heat treatment at 250°C for 6 hours. In the infrared absorption spectrum of this polyimide protective film, >C=O absorption due to imide group formation was observed at 1780 cm -1 and 1720 cm -1 . The spin coating was performed by dropping 2 to 3 g of the precursor solution at a rotation speed of 3500 rpm. Example 2 Same as Example 1 except that the amount of purified N/N'-dimethylformamide used was 125.91 g and 21.8 g (0.1 mol) of pyromellitic dianhydride was used as the aromatic tetracarboxylic dianhydride. A polymerization reaction is performed to produce a high molecular weight siloxane-modified polyimide precursor with a silicon content of 0.469% by weight, an intrinsic viscosity of 1.65, and a solution viscosity of 2,000,000 centipoise or more.
A 25% by weight solution 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℃.
A tough polyimide surface protective film 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. This precursor solution was applied to silicon wafer devices (P-N
A junction protective film made of polyimide was formed by brush coating and heat treatment on the joint surface (bonding surface). Although the tensile strength of this protective film decreased to 40% of the initial value after 6 months, it was still strong enough to be used as a junction protective film. Comparative Example 1 The amount of purified N・N′-dimethylformamide used was 148.27 g, the amount of 4・4′-diaminodiphenyl ether used was 19.9 g (0.0995 mol), and the amount of bis(3-
The polymerization reaction was carried out in the same manner as in Example 1, except that the amount of tetramethyldisiloxane (aminopropyl) used was 0.1243 g (0.0005 mol). A 25% by weight solution of a high molecular weight siloxane-modified polyimide precursor having a viscosity 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 a polyimide surface protective film. Comparative Example 2 The amount of purified N/N'-dimethylformamide used was 149.22 g, the amount of 4,4'-diaminophel ether used was 18.6 g (0.093 mol), and the amount of bis(3-aminopropyl)tetramethyldisiloxane was used. quantity
Example 1 except that it was 1.7395 g (0.007 mol)
Carry out a polymerization reaction in the same manner as above to reduce the silicon content.
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 a polyimide surface protective film. 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 a polyimide surface protective film. 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 a polyimide surface protective film. Next, the above Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 4
The polyimide protective film obtained was tested for adhesion and electrical insulation under the same environmental conditions. Moreover, the applicability (state of the coating film) when forming the polyimide protective 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 the test results when a polyimide protective film 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
れるポリイミド保護膜を形成でき、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保護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保護膜を形成したと
ころ、低分子量化が進みすぎているため保護膜に
ミクロクラツクが発生し、絶縁破壊電圧が低下
し、半導体表面保護膜ないしジヤンクシヨン保護
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 device surfaces such as silicon wafers, can overcome defects caused by coating film defects such as cracks and pinholes, and has excellent adhesion and It can be seen that a polyimide protective film with excellent heat resistance, low stress properties, mechanical strength, and moisture resistance can be formed, contributing to the stable supply and reliability improvement of semiconductor devices. In addition, in this invention, the aromatic tetracarboxylic dianhydride is 3,3',4,4'-
It is also clear that the effect is particularly remarkable in Example 1 using 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. 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 heating aging step in Example 1 to 6 hours, and using this, a polyimide protective film was formed in the same manner as above. After forming the
Although the properties of the coating film during spin coating were improved to some extent, some uneven thickness was observed and the coating properties were inferior to those of Example 1. Conversely, the heat treatment time
When a siloxane-modified polyimide precursor with an intrinsic viscosity of 0.28 and a solution viscosity of 600 centipoise was made for 60 hours and a polyimide protective film was formed using this, microcracks occurred in the protective film because the molecular weight had been reduced too much, resulting in insulation failure. The breakdown voltage decreased, and the film could not exhibit its performance as a semiconductor surface protective film or junction protective film.

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面に塗布したの
ち高温加熱処理してポリイミド保護膜を形成する
ことを特徴とする半導体素子の保護膜形成方法。
[Claims] 1. 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.
A method for forming a protective film for a semiconductor element, comprising: reducing the intrinsic viscosity of the precursor by heating and aging the precursor, and then applying this solution to the surface of the semiconductor element, followed by high-temperature heat treatment to form a polyimide protective film.
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