JPH0329292B2 - - Google Patents

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JPH0329292B2
JPH0329292B2 JP59205253A JP20525384A JPH0329292B2 JP H0329292 B2 JPH0329292 B2 JP H0329292B2 JP 59205253 A JP59205253 A JP 59205253A JP 20525384 A JP20525384 A JP 20525384A JP H0329292 B2 JPH0329292 B2 JP H0329292B2
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JP
Japan
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film
solution
forming
polyimide film
mol
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JP59205253A
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Kazumasa Igarashi
Naoki Inoe
Katsuhiko Yamaguchi
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Nitto Denko Corp
Original Assignee
Nitto Denko Corp
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Publication of JPH0329292B2 publication Critical patent/JPH0329292B2/ja
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    • HELECTRICITY
    • 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

Description

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

〔技術分野〕 この発明は、半導体素子のP−N接合部の露出
面等の素子表面にポリイミド絶縁皮膜を形成する
半導体素子表面への皮膜形成方法に関するもので
ある。 〔背景技術〕 従来、半導体素子のP−N接合部ジヤンクシヨ
ン保護膜あるいは半導体素子表面のパツシベーシ
ヨン膜等として、耐湿性と密着性に優れるポリイ
ミドシリコン、すなわち、シロキサン変性ポリイ
ミドが用いられてきた。ところが高圧大電流の半
導体素子、特に高圧ダイオードには、角形チツプ
形状の半導体素子からなるダイオードがあり、こ
のP−N接合部のジヤンクシヨン保護膜として、
従来のシロキサン変性ポリアミド酸溶液の加熱硬
化により得られるポリイミド膜を用いると、角形
チツプのエツジの部分の膜厚が薄くなりすぎて放
電する場合があり、製品歩留が低下し、初期良品
率の向上の点で問題があつた。すなわち、第1図
に示すような、通常用いられている丸型円筒状の
メサ型半導体素子製のシリコンダイオードでは、
N型領域3aとP型領域3bとをP−N接合面5
で接合してなる半導体素子4がリード線1a,1
bにハンダで接着され、これらがエポキシ樹脂等
のモールド材2で封止されている。半導体素子4
の表面は、リード線の一部を含んでポリイミド膜
6で被覆されている。ところが第2図のように半
導体素子4が角形チツプの場合、四隅のエツジ部
分では、ポリイミド膜6は非常に薄くなり、これ
がために放電し逆方向の漏れ電流が著しく増大す
ることがあつた。これはポリイミド膜形成用の塗
布溶液であるシロキサン変性ポリアミド酸のポリ
イミド形成成分濃度である固形分濃度が低いこと
に原因があつた。 一般に、ポリイミド絶縁皮膜の形成に用いられ
る塗布溶液は、不活性溶剤中にポリアミド酸もし
くはその誘導体を溶解して構成されている。しか
しながら、上記重合体は、高分子量のため、実使
用上溶解できる重合体濃度は一般に5〜30重量%
であり、さらに上記ダイオード等へ塗布する場合
には、ハケ塗り、デイスペンス法等の塗布作業性
をよくするため、さらに溶剤で希釈して溶液粘度
を通常50〜130センチポイズ(cps)に低下させて
いる。しかし、この粘度での重合体濃度は通常2
〜20重量%にも低下し、このため、角形チツプの
エツジの部分は極めて薄肉となる。そこでエツジ
カバー性を向上させるため複数回塗布によりエツ
ジの部分に肉付けする方法が試みられているが、
この方法では工程の増加となり作業性の低下を招
く。少なくとも、一回の塗布で充分なエツジカバ
ーを実現するためには、塗布溶液が固形分濃度の
高い高濃度溶液であることが必要である。さら
に、半導体素子のリード線への接着部分の段差が
100μm以上あつて最大皮膜厚みが100μm以上とな
つても透明強靭な皮膜を形成できることも必要で
ある。第4図は個別半導体である高圧トランジス
タの一実施例の横断面図である。すなわち、放熱
板の付いた銀メツキ銅フレーム8の上にパワート
ランジスタ素子11が固定され、アルミニウムワ
イヤ9でリードフレームとボンデイングされてお
り、この素子表面上に従来のポリアミド酸もしく
はその誘導体から形成されたポリイミド保護膜1
2が設けられ、これらがエポキシ樹脂等のモール
ド材10で封止されている。このポリイミド保護
膜12は、主に半導体の耐湿性向上の目的で使用
され、通常5〜20μm程度の膜厚で充分な特性を
発揮するが、アルミニウムワイヤ9のボンデイン
グ部(素子表面上)では、塗布溶液の表面張力の
ため、100μm以上の肉厚となる場合が多々あり、
この肉厚部でポリイミド膜が透明皮膜とならず粉
化する現象が生じていた。これは、従来のポリア
ミド酸系塗布溶液は厚膜形成能に欠けることに起
因する。このように粉化したポリイミド膜では、
絶縁耐電圧が著しく低下し、リーク電流の増加,
耐圧低下の原因となつていた。また、300μm以上
の厚みのある半導体素子の側面でも同様の問題が
生じていた。 〔発明の目的〕 この発明は、このような事情に鑑みなされたも
ので、煩雑な塗布作業を行うことなく、厚膜のポ
リイミド皮膜を形成しうる半導体素子表面への皮
膜形成方法の提供をその目的とする。 〔発明の開示〕 上記の目的を達成するため、この発明の半導体
素子表面への皮膜形成方法は、素子表面にポリイ
ミド皮膜形成用溶液が塗工された半導体素子を準
備する工程と、ポリイミド皮膜形成用溶液中の皮
膜形成成分を加熱硬化させてポリイミド皮膜化す
る工程を備えた半導体素子表面への皮膜形成方法
であつて、上記ポリイミド皮膜形成用溶液とし
て、下記のA成分99〜80モル%およびB成分1〜
20モル%からなるジアミノ化合物と芳香族テトラ
カルボン酸エステルとを不活性溶媒に等モルもし
くは略等モル溶解し加熱処理することにより得ら
れたイミド環含有低分子量重合体溶液を用いると
いう構成をとる。 A:(a)下記の一般式(1)で表わされる芳香族4核体
ジアミン 〔式(1)中、R1,R2は水素、炭素1〜4のアル
キル基またはCF3であり、互いに同じであつても
異なつていてもよい。R3,R4,R5,R6は水素、
ハロゲンまたは炭素数1〜4のアルキル基であ
り、互いに同じであつても異なつていてもよい。〕 (b)上記(a)およびB成分以外の分子内にケイ素
原子を含まないジアミン からなるジアミン。 ただし、(a)と(b)の相互のモル比は100:0〜
70:30である。 B:下記の一般式(2)で示されるジアミノシロキサ
〔式(2)中、R7は二価の有機基、R8は一価の有
機基であり、nは1〜1000の整数である。〕 すなわち、この発明は、有機溶媒に対する親和
性をもつ前記一般式(1)の芳香族4核体ジアミン
と、半導体素子表面に対する接着性の高い上記一
般式(2)のジアミノシロキサンとを併用し、これら
ジアミンと、ジアミンに対して鋭敏に反応する芳
香族テトラカルボン酸二無水物ではなく、それよ
りもやや反応性の低いエステルとを不活性溶媒中
に溶解し加熱処理を施すことにより、ポリアミド
酸よりも著しく低分子量体であつて、イミド環を
有しているにもかかわらず溶解性の極めてよい分
子量200000以下の、イミド環を含む重合体(縮合
部分が全てイミド化したポリイミド、一部未閉環
部分を残し残余がイミド化したポリイミド−ポリ
アミド酸構造のポリマーもしくはオリゴマー)を
生成させ、ポリイミド皮膜形成用溶液の高濃度化
を図り、半導体素子表面に形成するポリイミド膜
の厚膜形成を可能にするものである。 上記、イミド環含有低分子量重合体溶液(ポリ
イミド皮膜形成用溶液)の処理対象となる半導体
素子表面とは、通常、P−N接合部の露出面を意
味する。しかし、この露出面にガラスパツシベー
シヨン膜等が形成されている場合も含まれる。 このイミド環含有低分子量重合体溶液は、上記
式(1)で表される芳香族4核体ジアミン(A成分)
と上記式(2)で表されるジアミノシロキサン(B成
分)を用いて構成される。芳香族4核体ジアミン
として好適なものは、2,2−ビス〔4−(4−
アミノフエノキシ)フエニル〕プロパンがあげら
れる。それ以外の好ましい代表例として、2,2
−ビス〔3−メチル−4−(4−アミノフエノキ
シ)フエニル〕プロパン、2,2−ビス〔3−ク
ロロ−4−(4−アミノフエノキシ)フエニル〕
プロパン、1,1−ビス〔4−(4−アミノフエ
ノキシ)フエニル〕エタン、1,1−ビス〔3−
メチル−4−(4−アミノフエノキシ)フエニル〕
メタン、1,1−ビス〔3−クロロ−4−(4−
アミノフエノキシ)フエニル〕エタン、1,1−
ビス〔3,5−ジメチル−4−(4−アミノフエ
ノキシ)フエニル〕エタン、ビス〔4−(4−ア
ミノフエノキシ)フエニル〕メタン、ビス〔3−
メチル−4−(4−アミノフエノキシ)フエニル〕
メタン、ビス〔3−クロロ−4−(4−アミノフ
エノキシ)フエニル〕エタン、ビス〔3,5−ジ
メチル−4−(4−アミノフエノキシ)フエニル〕
メタン等があげられる。 なお、上記一般式(1)で表される芳香族4核体ジ
アミンのうちの30モル%までは、従来の分子内に
ケイ素原子を含まないジアミンをA成分の一部と
して用いることができる。それ以上の使用は、得
られるポリイミド皮膜形成用溶液(以下「皮膜形
成液」と略す)の厚膜形成能が損なわれるように
なるので止める必要がある。このような従来のジ
アミンを例示すると、メタフエニレンジアミン、
パラフエニレンジアミン等の1核体ジアミン、
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′−ジスルホ
ン酸、ベンジジン−3−モノスルホン酸、ベンジ
ジン−3−モノカルボン酸、3,3′−ジメトキシ
ベンジジン等の2核体ジアミン、4,4″−ジアミ
ノ−p−ターフエニル、1,4−ビス(m−アミ
ノフエノキシ)ベンゼン、1,4−ビス(p−ア
ミノフエノキシ)ベンゼン、1,4−ビス(m−
アミノスルホニル)ベンゼン、1,4−ビス(p
−アミノフエニルスルホニル)ベンゼン、1,4
−ビス(m−アミノフエニルチオエーテル)ベン
ゼン、1,4−ビス(p−アミノフエニルチオエ
ーテル)ベンゼン等の3核体ジアミン、4,4′−
ジアミノジフエニルエーテル−3−カルボンアミ
ド、3,4′−ジアミノジフエニルエーテル−4−
カルボンアミド、3,4′−ジアミノジフエニルエ
ーテル−3′−カルボンアミド、3,3′−ジアミノ
ジフエニルエーテル−4−カルボンアミド等のジ
アミノカルボンアミド化合物、4,4′−(4−ア
ミノフエノキシ)ジフエニルスルホン、4,4′−
(3−アミノフエノキシ)ジフエニルスルホン、
4,4′−(4−アミノフエノキシ)ジフエニルス
ルフイド、4,4′−(4−アミノフエノキシ)ビ
フエニル等の一般式(1)に含まれない4核体ジアミ
ンやヘキサメチレンジアミン、ヘプタメチレンジ
アミン等の脂肪族ジアミン、1,4−ジアミノシ
クロヘキサン、イソホロンジアミン、4,4′ジア
ミノジシクロヘキシルメタン等の脂環族ジアミン
があげられる。 上記一般式(2)で表されるジアミノシロキサン
(B成分)は、生成ポリイミド膜の、半導体素子
に対する密着性を向上させるため、密着性向上剤
として用いられる。しかしながら、多量に使用す
ると生成ポリイミド膜の耐熱性等が損なわれるよ
うになるため、その使用量は、ジアミノ化合物全
体の1〜20モル%に設定する必要がある。好まし
いのは1〜4モル%である。すなわち、ジアミノ
シロキサンの使用量が20モル%を超えると、生成
ポリイミド皮膜の耐熱性および耐湿性が低下し、
逆に1モル%未満になると、半導体素子に対する
密着性に劣るようになるからである。このような
ジアミノシロキサンの代表例はつぎのとおりであ
る。 この発明は、このようなA成分、B成分からな
るジアミノ化合物と反応させる酸類として、芳香
族テトラカルボン酸エステルを用いる。このよう
な芳香族テトラカルボン酸エステルとしては、通
常、分子量200〜700程度のものが用いられる。こ
の種のエステルは、例えば、芳香族テトラカルボ
ン酸二無水物と、炭素数4以下の一価アルコール
とを反応させてつくられる。このようなアルコー
ルを例示すると、メタノール,エタノール,n−
プロパノール,sec−プロパノール,n−ブタノ
ール,sec−ブタノール,tert−ブタノールがあ
げられる。これらのアルコールのなかでも、メタ
ノール,エタノール,n−プロパノール,sec−
ブタノールを用いることが好ましく、最も好まし
いのはメタノール,エタノールである。上記一価
アルコールと反応させる芳香族テトラカルボン酸
二無水物の代表的なものを例示すると、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′−(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があ
げられる。 エステル化は、芳香族テトラカルボン酸二無水
物に対して過剰量のアルコールを反応容器に加
え、アルコールの沸点で加熱還流し、無水物基1
個に対してアルコールを少なくとも1個以上反応
させた構造の芳香族テトラカルボン酸ジエステル
以上の多エステルとし、反応終了後に過剰のアル
コールを留去することにより行うことができる。 上記芳香族テトラカルボン酸エステルのうち、
特に好適なものは、3,3′−4,4′−ビフエニル
テトラカルボン酸ジメチルエステルおよび3−
3′,4,4′−ビフエニルテトラカルボン酸ジエチ
ルエステルである。これら好適なエステルは、通
常は酸無水物基を有していない。そして、これら
の芳香族テトラカルボン酸エステルを用いた場
合、最も厚膜のポリイミド膜が形成でき、しか
も、形成されたポリイミド膜は、ポリアミド酸を
経由して得られる同一構造のポリイミド膜と同等
の特性を備えている。もちろん上記のエステル以
外の他の二無水物エステルを使用する場合でも厚
膜形成ができるが、加熱条件をより緩和して行う
等の手段をとることが好ましい。 この発明は、まず、上記の原料を用い、例えば
つぎのようにして皮膜形成液を製造する。すなわ
ち、式(1)で表される芳香族4核体ジアミンを中心
とするA成分99〜80モル%および式(2)で表される
ジアミノシロキサンからなるB成分1〜20モル%
の組成のジアミノ化合物と、芳香族テトラカルボ
ン酸エステルとを等モルもしくは略等モル不活性
溶媒中に、室温または70℃以下の温度で溶解し、
均一透明溶液にしたのち、80〜200℃に加熱し、
脱アルコール反応により重縮合を進める。その結
果、目的とする皮膜形成液が得られる。このよう
にして得られた皮膜形成液は、イミド環含有重合
体が低分子量であり、しかもその重合体中に、溶
媒親和性の高い芳香族4核体ジアミンが導入され
ているため、ポリイミド形成成分である上記重合
体を高濃度で溶解しうる。この皮膜形成液中のポ
リイミド形成成分濃度である固形分濃度(上記重
合体濃度)は、使用する用途によつて種々変わり
得るが、目安としては塗布溶液の溶液粘度を
100cps(25±0.1℃において)に調整したときの固
形分濃度が20重量%以上になるようにすることが
好ましい。 なお、上記不活性溶媒溶液に対する加熱処理
は、上記のように80〜200℃の温度で行うことが
好ましい。加熱を上記温度条件で行うことにより
分子量が2100〜200000の低分子量の、イミド環を
含む重合体が得られるようになる。ここで、上記
分子量は、ポリスチレンを基準物質とし、展開溶
媒としてテトラヒドロフランを用いるゲルパーミ
エーシヨンクロマトグラフイーにより求めた重量
平均分子量を示している。また、芳香族テトラカ
ルボン酸エステルのエステル基の種類によつて
は、まれに脱アルコール化反応の反応速度が速く
なり、イミド環を含む重合体の分子量が200000に
とどまらずそれ以上に高分子量化し、不活性溶媒
に不溶化することも起こりうる。そのような場合
には、反応を低温で行う等により対処することが
できる。 また、芳香族テトラカルボン酸エステルおよび
ジアミノ化合物を溶解する上記不活性溶媒とは、
上記エステルおよびジアミノ化合物と反応せず、
しかも上記生成低分子量重合体を溶解しうる有機
溶媒のことである。そのような不活性溶媒の一例
として、N−メチル−2−ピロリドン、N,
N′−ジメチルホルムアミド、N,N′−ジメチル
アセトアミド、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等の高極性塩基性溶
媒があげられる。もちろんこれ以外の溶媒、例え
ばテトラヒドロフラン,アセトフエノン,シクロ
ヘキサノン,トリエチレングリコールジメチルエ
ーテル,ジオキサンも用いることができる。ま
た、これらの溶媒と、トルエン,キシレン,ベン
ゾニトリル,ベンゼン,フエノールのような汎用
溶媒を併用することもできる。しかし、その使用
量は生成重合体の溶解度を低下させない範囲に抑
制する必要がある。 つぎに、上記のようにして得られた皮膜形成液
を用い、下記のようにして半導体素子表面にポリ
イミド皮膜を形成する。すなわち、上記皮膜形成
液を半導体素子表面に塗工する。この場合、通常
は素子表面だけでなく、その近傍部分にも上記皮
膜形成液は塗工される。そして、この皮膜形成液
は高濃度液であるため、一回の塗布で厚肉の塗布
層を形成できる。ついで、これを200〜350℃に加
熱する。その結果、皮膜形成液中の低分子量重合
体が重合してポリイミド化がなされ厚膜のポリイ
ミド膜が形成される。なお、上記皮膜形成液中に
は、まれに未反応モノマーが含まれることがある
が、この未反応モノマーは、上記塗膜に対する
200〜350℃の加熱の際、低分子量重合体(ポリマ
ーとオリゴマー)と反応するため、特別に除去す
る必要はない。そして、上記のようにして半導体
素子表面に形成されたポリイミド膜は、ポリイミ
ド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有する。したがつて、
従来公知の各種用途に応用しうる。 なお、上記皮膜形成液は、厚膜形成性に優れて
いると同時に成形性にも優れていることから、各
種充填剤を分散したペーストのバインダーとして
も有用である。すなわち、銀粉,金粉,パラジウ
ム粉等の導電性充填剤を分散してなる耐熱性導電
性ペーストのバインダーとして、チツプボンデイ
ング用、電子部品の電極用等に使用できる。ま
た、ウラン,トリウム含量が5ppb以下の有機ま
たは無機質フイラーを分散して、ソフトエラー防
止スクリーン印刷用ペーストとしても使用でき
る。 〔発明の効果〕 以上のように、この発明は、前記一般式(1)の芳
香族4核体ジアミンと一般式(2)のジアミノシロキ
サンを併用し、これらジアミンと、芳香族テトラ
カルボン酸エステルとを反応させることによりつ
くられた、高濃度のイミド環含有低分子量重合体
溶液をポリイミド皮膜形成用溶液として用いるた
め、この溶液の一回の塗布、加熱処理により厚膜
のポリイミド膜を半導体素子表面に形成しうるよ
うになる。したがつて、従来のように溶液を何回
も塗り重ねる手間が不要になる。すなわち、角形
のエツジ部が薄膜になるため何回もの塗り重ねを
要していた従来の角形チツプ形状の半導体素子に
対しても、一回の塗布でそのエツジ部の膜厚を充
分な厚さに仕上げうるようになる。また、これま
でのポリアミド酸溶液では粉化現象を生じるため
実現不可能であつた100μmを超える厚膜のポリイ
ミド膜を容易に形成しうるようになる。特に、こ
の発明は、上記ジアミンと芳香族テトラカルボン
酸エステルをそのまま溶解し、これをポリイミド
皮膜形成用溶液として用いるのではなく、かなり
反応させてから用いるため、半導体素子表面に対
しての塗布後の加熱処理の際、芳香族テトラカル
ボン酸エステルから遊離するアルコールが殆どな
い。したがつて、ポリイミド膜に、遊離アルコー
ルの大気中への逃散の際に生ずる微小孔が生じな
いという優れた効果が得られる。このように、こ
の発明によれば、一回の塗布で半導体素子上に
100μm以上の透明ポリイミド絶縁膜を形成しう
る。したがつて、ダイオード,トランジスタの保
護膜以外にもサイクリスタさらにはIC,LSI等の
集積回路の厚膜が必要とされる保護膜の形成に有
用である。特に、VLSIのメモリーセルのα線シ
ールド膜は、通常20〜70μmの膜厚が要求され、
この厚み出しのために従来はポリアミド酸もしく
はその誘導体からなる塗布溶液を多量にスピンナ
ー法やポツテイング法で塗布していたのである
が、ポリイミド膜が粉化しないように塗布量を厳
しく制御し、また塗布精度を管理する等高度で複
雑な工程を要していた。しかし、この発明によれ
ば、一回の塗布で所定の膜厚のものを形成するこ
とができるため、上記のような高度で複雑な工程
が不要になり、全体の工程の簡素化ならびに作業
の簡素化を実現しうるようになる。 また、この発明は、透明電極を含むガラス基板
からなる液晶セルの液晶配向膜,積層板,各種絶
縁皮膜にも応用しうる。 つぎに、実施例について説明する。 なお、以下の実施例において、溶液粘度および
固形分濃度はつぎのようにして測定した。 (1) 溶液粘度 E型回転粘度計で、25±0.1℃で測定した。 (2) 固形分濃度 固形分濃度(%)=W3−W1/W2−W1×100 ここに、W1:シヤーレの重量(g) W2:試料とシヤーレの重量(g) W3:150℃で60分さらに200℃で60分乾
燥した後の試料とシヤーレの重量
(g) 実施例 1 撹拌装置、冷却管および温度計を付したフラス
コ中に、3,3′,4,4′−ビフエニルテトラカル
ボン酸二無水物29.4g(0.1モル)とメタノール
160g(5モル)を加え、64〜65℃で6時間、反
応系が透明となるまで加熱還流した。その後過剰
のメタノールを留去し、さらに減圧下でメタノー
ル残分を完全に留去した。得られたエステル化物
は、酸価が311であり、IRスペクトルから3,
3′−4,4′−ビフエニルテトラカルボン酸ジメチ
ルエステルであることが確認された。つぎに、こ
のようにして得られた3,3′,4,4′−ビフエニ
ルテトラカルボン酸ジメチルエステル35.8g
(0.1モル)と、2,2−ビス〔4−(4−アミノ
フエノキシ)フエニル〕プロパン39.57g
(0.0965モル)とビス(3−アミノプロピル)テ
トラメチルジシロキサン0.87g(0.0035モル)と
をN−メチル−2−ピロリドン69.8g中に加え、
40℃で2時間撹拌して透明溶液とし、引き続いて
80℃で20時間撹拌を続け透明粘稠溶液(皮膜形成
液)とした。このようにして得られた皮膜形成液
は、固形分濃度が50.3%であり、溶液粘度が
4000cpsであつた。 つぎに、上記の皮膜形成液が水中に投じ、生成
再沈ポリマーを減圧乾燥したのち赤外吸収スペク
トル測定をしたところ、第6図に示すように、
1780cm-1および1720cm-1にイミド基にもとづく>
C=Oの特性吸収帯が現れていた。この結果から
上記ポリマーは、イミド環を含む重合体であるこ
とが確認された。 実施例 2 実施例1と同様な反応容器に、3,3′,4,
4′−ビフエニルテトラカルボン酸二無水物29.4g
(0.1モル)とn−プロパノール300g(5モル)
を加え、97℃で4時間、反応系が透明となるまで
加熱還流した。その後過剰のn−プロパノールを
留去し、3,3′,4,4′−ビフエニルテトラカル
ボン酸ジn−プロピルエステルを合成した。つい
で、得られた3,3′,4,4′−ビフエニルテトラ
カルボン酸ジn−プロピルエステル41.4gに、
2,2−ビス〔4−(4−アミノフエノキシ)フ
エニル〕プロパン38.95g(0.095モル)とビス
(3−アミノプロピル)テトラメチルジシロキサ
ン1.24g(0.005モル)とN−メチル−2−ピロ
リドン81.6gとを加え、60℃で2時間撹拌したの
ち、105℃で2時間、さらに150℃で1時間撹拌
し、目的とする皮膜形成液をつくつた。得られた
皮膜形成液の固形分濃度は50.5%、溶液粘度は
4900cpsであつた。 つぎに、上記のようにして得られた皮膜形成液
を水中に投入し、生成再沈ポリマーを減圧乾燥し
たのち赤外吸収スペクトル測定をしたところ、第
7図に示すように、1780cm- 1および1720cm-1にイ
ミド基にもとづく>C=Oの特性吸収帯が現れて
いた。これより、上記ポリマーは、イミド環を含
む重合体であることが確認された。 実施例 3 3,3′,4,4′−ビフエニルテトラカルボン酸
二無水物に代えて、3,3′,4,4′−ベンゾフエ
ノンテトラカルボン酸二無水物を同モル使用し
た。それ以外は実施例1と同様にして固形分濃度
50.0%、溶液粘度1800cpsの皮膜形成液をつくつ
た。 つぎに、上記のようにして得られた皮膜形成液
を水中に投入し、生成再沈ポリマーを減圧乾燥し
たのち赤外吸収スペクトル測定をしたところ、第
8図に示すように、1780cm-1および1720cm-1にイ
ミド基にもとづく>C=Oの特性吸収帯が見られ
イミド環を含む重合体であることが確認された。 実施例 4 2,2−ビス〔4−(4−アミノフエノキシ)
フエニル〕プロパン41.0g(0.1モル)に代えて、
2,2−ビス〔4−(4−アミノフエノキシ)フ
エニル〕プロパン33.62g(0.082モル)とビス
(3−アミノプロピル)テトラメチルジシロキサ
ン4.47g(0.018モル)を用いた。それ以外は実
施例1と同様にして、固形分濃度50.0%、溶液粘
度1300cpsの皮膜形成液を得た。 つぎに、上記のようにして得られた皮膜形成液
を水中に投入し、生成再沈ポリマーを減圧乾燥し
たのち赤外吸収スペクトル測定をしたところ、第
9図に示すように、1780cm-1および1720cm-1にイ
ミド基にもとづく>C=Oの特性吸収帯が見られ
イミド環を含む重合体であることが確認された。 比較例 1 芳香族テトラカルボン酸二無水物をエステル化
せず、そのまま用いた。すなわち、実施例1と同
様の反応容器に、3,3′,4,4′−ビフエニルテ
トラカルボン酸二無水物29.4g(0.1モル)と2,
2−ビス〔4−(4−アミノフエノキシ)フエニ
ル〕プロパン39.57g(0.0965モル)とビス(3
−アミノプロピル)テトラメチルジシロキサン
0.87g(0.0035モル)とN−メチル−2−ピロリ
ドン279.4gとを加え、30℃以下(特に室温付近
ないしそれに近い温度)の温度に保ちながら撹拌
した。これによつて重合反応はすみやかに進行し
て反応系の粘度が上昇し、固形分濃度19.9%、溶
液粘度2000000cps以上のポリアミド酸溶液を得
た。つぎに、これを60℃に保つて加熱・熟成を行
い溶液粘度を3000cpsまで低下させ、引き続きN
−メチル−2−ピロリドンで溶液粘度が105cpsに
なるように希釈した。このポリアミド酸溶液の固
形分濃度は10.5%であつた。 比較例 2 実施例1と同様の反応容器に、実施例1で得ら
れた3,3′,4,4′−ビフエニルテトラカルボン
酸ジメチルエステル35.8g(0.1モル)と4,4′−
ジアミノジフエニルエーテル19.3g(0.0965モ
ル)とビス(3−アミノプロピル)テトラメチル
ジシロキサン0.87g(0.0035モル)とをN−メチ
ル−2−ピロリドン49.6g中に加え、40℃で2時
間撹拌して完全に溶解し、引き続いて80℃で20時
間撹拌し透明粘稠溶液とした。この重合体溶液は
固形分濃度49.8%、溶液粘度は2000cpsであつた。 つぎに、実施例1〜4および比較例1〜2で得
られた塗布溶液を、角形チツプ形状を有する高圧
シリコンダイオードのP−N接合面上に、リード
フレームの一部を含んではけ塗りで塗布し、乾
燥,硬化後樹脂モールド材で封止して半導体装置
とした。第1表に、その乾燥,硬化条件、初期特
性(順方向電圧,良品率,逆方向耐電圧良品率…
…試料100ケ中の良品数で示す)および121℃,
2atmのスチーム・プレツシヤー・クツカー試験
(PCTと略す)後の逆方向漏れ電流良品率の測定
結果を示す。
[Technical Field] The present invention relates to a method for forming a polyimide insulating film on the surface of a semiconductor element, such as the exposed surface of a PN junction of a semiconductor element. [Background Art] Conventionally, polyimide silicon, that is, siloxane-modified polyimide, which has excellent moisture resistance and adhesion, has been used as a junction protection film for a PN junction of a semiconductor device or a passivation film on the surface of a semiconductor device. However, some high-voltage, large-current semiconductor devices, especially high-voltage diodes, include diodes made of square chip-shaped semiconductor devices, and as a junction protective film for this PN junction,
When conventional polyimide films obtained by heating and curing siloxane-modified polyamic acid solutions are used, the film thickness at the edges of square chips may become too thin and cause electrical discharge, resulting in lower product yields and lower initial good product rates. There was a problem with improvement. In other words, in a commonly used silicon diode made of a round cylindrical mesa semiconductor element, as shown in FIG.
The N-type region 3a and the P-type region 3b are connected to a P-N junction surface 5.
The semiconductor element 4 bonded with the lead wires 1a, 1
b with solder, and these are sealed with a molding material 2 such as epoxy resin. Semiconductor element 4
The surface of the wire including a part of the lead wire is covered with a polyimide film 6. However, when the semiconductor element 4 is a rectangular chip as shown in FIG. 2, the polyimide film 6 becomes very thin at the four corner edges, which causes discharge and causes a significant increase in leakage current in the reverse direction. This was caused by the low solid content concentration, which is the polyimide forming component concentration, of the siloxane-modified polyamic acid, which is a coating solution for forming a polyimide film. Generally, a coating solution used for forming a polyimide insulating film is composed of a polyamic acid or a derivative thereof dissolved in an inert solvent. However, because the above polymer has a high molecular weight, the concentration of polymer that can be dissolved in practical use is generally 5 to 30% by weight.
Furthermore, when applying to the above-mentioned diodes, etc., in order to improve the application workability such as brushing and dispensing methods, it is further diluted with a solvent to lower the solution viscosity to usually 50 to 130 centipoise (cps). There is. However, the polymer concentration at this viscosity is usually 2
As a result, the edge portion of the square chip becomes extremely thin. Therefore, in order to improve edge coverage, attempts have been made to apply multiple coats to thicken the edges.
This method increases the number of steps and reduces workability. At least in order to achieve sufficient edge coverage with one application, the coating solution needs to be a highly concentrated solution with a high solid content. Furthermore, there is a difference in level at the adhesive part of the semiconductor element to the lead wire.
It is also necessary to be able to form a transparent and tough film even if the thickness is 100 μm or more and the maximum film thickness is 100 μm or more. FIG. 4 is a cross-sectional view of one embodiment of a high voltage transistor, which is a discrete semiconductor. That is, a power transistor element 11 is fixed on a silver-plated copper frame 8 equipped with a heat sink, and bonded to a lead frame with aluminum wires 9. On the surface of this element, a power transistor element 11 made of conventional polyamic acid or its derivative is fixed. polyimide protective film 1
2 are provided, and these are sealed with a molding material 10 such as epoxy resin. This polyimide protective film 12 is mainly used for the purpose of improving the moisture resistance of semiconductors, and usually exhibits sufficient characteristics with a film thickness of about 5 to 20 μm. Due to the surface tension of the coating solution, the wall thickness is often over 100μm,
A phenomenon occurred in which the polyimide film did not become a transparent film but turned into powder in this thick part. This is due to the fact that conventional polyamic acid coating solutions lack the ability to form thick films. In the polyimide film powdered in this way,
The dielectric withstand voltage decreases significantly, resulting in an increase in leakage current.
This caused a drop in withstand pressure. Further, a similar problem has occurred on the side surfaces of semiconductor elements having a thickness of 300 μm or more. [Purpose of the Invention] The present invention was made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a method for forming a film on the surface of a semiconductor element, in which a thick polyimide film can be formed without complicated coating work. purpose. [Disclosure of the Invention] In order to achieve the above object, the method of forming a film on the surface of a semiconductor element of the present invention includes a step of preparing a semiconductor element whose element surface is coated with a solution for forming a polyimide film, and a step of forming a polyimide film. A method for forming a film on the surface of a semiconductor element comprising the step of curing film-forming components in a solution by heating to form a polyimide film, the polyimide film-forming solution containing 99 to 80 mol% of the following A component and B component 1~
It uses an imide ring-containing low molecular weight polymer solution obtained by dissolving 20 mol% of a diamino compound and an aromatic tetracarboxylic acid ester in equimolar or approximately equimolar amounts in an inert solvent and heat-treating the solution. . A: (a) Aromatic tetranuclear diamine represented by the following general formula (1) [In formula (1), R 1 and R 2 are hydrogen, an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, or CF 3 and may be the same or different from each other. R 3 , R 4 , R 5 , R 6 are hydrogen,
They are halogens or alkyl groups having 1 to 4 carbon atoms, and may be the same or different. (b) A diamine consisting of a diamine that does not contain a silicon atom in its molecule other than the components (a) and B above. However, the mutual molar ratio of (a) and (b) is 100:0 ~
It is 70:30. B: Diaminosiloxane represented by the following general formula (2) [In formula (2), R 7 is a divalent organic group, R 8 is a monovalent organic group, and n is an integer of 1 to 1000. ] That is, this invention uses in combination the aromatic tetranuclear diamine of the general formula (1) that has an affinity for organic solvents and the diaminosiloxane of the general formula (2) that has high adhesiveness to the surface of a semiconductor element. By dissolving these diamines and esters, which are slightly less reactive than aromatic tetracarboxylic dianhydrides, which are sensitive to diamines, in an inert solvent and subjecting them to heat treatment, polyamides can be produced. Polymers containing imide rings (polyimide in which all condensed parts are imidized, some By creating a polymer or oligomer with a polyimide-polyamic acid structure in which unclosed parts are left and the remainder is imidized, the solution for forming a polyimide film can be highly concentrated, making it possible to form a thick polyimide film on the surface of a semiconductor element. It is meant to be. The semiconductor element surface to be treated with the imide ring-containing low molecular weight polymer solution (polyimide film forming solution) usually means the exposed surface of the PN junction. However, it also includes a case where a glass pinning film or the like is formed on this exposed surface. This imide ring-containing low molecular weight polymer solution is an aromatic tetranuclear diamine (component A) represented by the above formula (1).
and diaminosiloxane (component B) represented by the above formula (2). A suitable aromatic tetranuclear diamine is 2,2-bis[4-(4-
Examples include aminophenoxy)phenyl]propane. Other preferred representative examples include 2,2
-bis[3-methyl-4-(4-aminophenoxy)phenyl]propane, 2,2-bis[3-chloro-4-(4-aminophenoxy)phenyl]
Propane, 1,1-bis[4-(4-aminophenoxy)phenyl]ethane, 1,1-bis[3-
Methyl-4-(4-aminophenoxy)phenyl]
Methane, 1,1-bis[3-chloro-4-(4-
aminophenoxy)phenyl]ethane, 1,1-
Bis[3,5-dimethyl-4-(4-aminophenoxy)phenyl]ethane, bis[4-(4-aminophenoxy)phenyl]methane, bis[3-
Methyl-4-(4-aminophenoxy)phenyl]
Methane, bis[3-chloro-4-(4-aminophenoxy)phenyl]ethane, bis[3,5-dimethyl-4-(4-aminophenoxy)phenyl]
Examples include methane. Note that up to 30 mol% of the aromatic tetranuclear diamine represented by the above general formula (1) can be a conventional diamine that does not contain a silicon atom in its molecule as part of the A component. Use beyond this point must be stopped because the ability of the resulting polyimide film-forming solution (hereinafter abbreviated as "film-forming solution") to form a thick film will be impaired. Examples of such conventional diamines include metaphenylenediamine,
Mononuclear diamines such as paraphenylene diamine,
4,4'-diaminodiphenylmethane, 4,4'-diaminodiphenyl ether, 2,2'-bis(4-
(aminophenyl)propane, 3,3'-diaminodiphenylsulfone, 4,4'-diaminodiphenylsulfone, 4,4'-diaminodiphenylsulfide, benzidine, benzidine-3,3'-disulfonic acid, benzidine- 3-monosulfonic acid, benzidine-3-monocarboxylic acid, dinuclear diamines such as 3,3'-dimethoxybenzidine, 4,4''-diamino-p-terphenyl, 1,4-bis(m-aminophenoxy)benzene , 1,4-bis(p-aminophenoxy)benzene, 1,4-bis(m-
aminosulfonyl)benzene, 1,4-bis(p
-aminophenylsulfonyl)benzene, 1,4
-trinuclear diamines such as bis(m-aminophenylthioether)benzene, 1,4-bis(p-aminophenylthioether)benzene, 4,4'-
Diaminodiphenyl ether-3-carbonamide, 3,4'-diaminodiphenyl ether-4-
Diaminocarbonamide compounds such as carbonamide, 3,4'-diaminodiphenyl ether-3'-carbonamide, 3,3'-diaminodiphenyl ether-4-carbonamide, 4,4'-(4-aminophenoxy) Diphenylsulfone, 4,4'-
(3-aminophenoxy)diphenylsulfone,
Tetranuclear diamines not included in general formula (1) such as 4,4'-(4-aminophenoxy) diphenyl sulfide, 4,4'-(4-aminophenoxy) biphenyl, hexamethylene diamine, heptamethylene diamine and alicyclic diamines such as 1,4-diaminocyclohexane, isophorone diamine, and 4,4'diaminodicyclohexylmethane. The diaminosiloxane (component B) represented by the above general formula (2) is used as an adhesion improver in order to improve the adhesion of the produced polyimide film to the semiconductor element. However, if a large amount is used, the heat resistance etc. of the produced polyimide film will be impaired, so the amount used needs to be set at 1 to 20 mol% of the total diamino compound. The preferred amount is 1 to 4 mol%. In other words, if the amount of diaminosiloxane used exceeds 20 mol%, the heat resistance and moisture resistance of the resulting polyimide film will decrease,
On the other hand, if it is less than 1 mol %, the adhesion to the semiconductor element will be poor. Representative examples of such diaminosiloxanes are as follows. In this invention, an aromatic tetracarboxylic acid ester is used as the acid to be reacted with the diamino compound consisting of the A component and the B component. As such an aromatic tetracarboxylic acid ester, one having a molecular weight of about 200 to 700 is usually used. This type of ester is produced, for example, by reacting an aromatic tetracarboxylic dianhydride with a monohydric alcohol having 4 or less carbon atoms. Examples of such alcohols include methanol, ethanol, n-
Examples include propanol, sec-propanol, n-butanol, sec-butanol, and tert-butanol. Among these alcohols, methanol, ethanol, n-propanol, sec-
It is preferable to use butanol, and methanol and ethanol are most preferable. Representative examples of the aromatic tetracarboxylic dianhydride reacted with the monohydric alcohol include pyromellitic dianhydride, 3,3',4,4'-benzophenonetetracarboxylic dianhydride, 3, 3', 4, 4'-
Biphenyltetracarboxylic dianhydride, 2,3,
3′,4′-biphenyltetracarboxylic dianhydride,
2,3,6,7-naphthalenetetracarboxylic dianhydride, 1,2,5,6-naphthalenetetracarboxylic dianhydride, 1,4,5,8-naphthalenetetracarboxylic dianhydride, 2, 2′-bis(3,4
-dicarboxyphenyl)propane dianhydride, bis(3,4-dicarboxyphenyl)sulfone dianhydride, 3,4,9,10-perylenetetracarboxylic dianhydride, bis(3,4-dicarboxyphenyl)propane dianhydride, carboxyphenyl)ether dianhydride, 2,2'-(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 things, 1, 2, 7, 8
-phenanthrenetetracarboxylic dianhydride. Esterification is carried out by adding an excess amount of alcohol to the aromatic tetracarboxylic dianhydride to a reaction vessel, heating to reflux at the boiling point of the alcohol, and converting the anhydride group into 1
This can be carried out by preparing a polyester of an aromatic tetracarboxylic acid diester or more having a structure in which at least one alcohol is reacted with each ester, and distilling off the excess alcohol after the reaction is completed. Among the above aromatic tetracarboxylic acid esters,
Particularly preferred are 3,3'-4,4'-biphenyltetracarboxylic acid dimethyl ester and 3-
3',4,4'-biphenyltetracarboxylic acid diethyl ester. These suitable esters usually do not have anhydride groups. When these aromatic tetracarboxylic acid esters are used, the thickest polyimide film can be formed, and the formed polyimide film is equivalent to a polyimide film with the same structure obtained via polyamic acid. It has characteristics. Of course, it is possible to form a thick film even when dianhydride esters other than the above-mentioned esters are used, but it is preferable to take measures such as relaxing the heating conditions. In this invention, first, a film-forming liquid is manufactured using the above raw materials, for example, in the following manner. That is, 99 to 80 mol% of A component mainly consisting of aromatic tetranuclear diamine represented by formula (1) and 1 to 20 mol% of B component consisting of diaminosiloxane represented by formula (2).
A diamino compound having a composition of
After making a homogeneous and transparent solution, heat it to 80-200℃,
Polycondensation proceeds by dealcoholization reaction. As a result, the desired film-forming liquid is obtained. The film forming solution obtained in this way has a low molecular weight imide ring-containing polymer, and furthermore, aromatic tetranuclear diamine with high solvent affinity is introduced into the polymer, so that polyimide formation is possible. The component polymer described above can be dissolved at a high concentration. The solid content concentration (the above polymer concentration), which is the concentration of the polyimide forming component in this film-forming solution, may vary depending on the application, but as a guide, the solution viscosity of the coating solution is
It is preferable that the solid content concentration is 20% by weight or more when adjusted to 100cps (at 25±0.1°C). Note that the heat treatment of the inert solvent solution is preferably performed at a temperature of 80 to 200°C as described above. By heating under the above temperature conditions, a low molecular weight polymer containing an imide ring having a molecular weight of 2,100 to 200,000 can be obtained. Here, the above molecular weight indicates the weight average molecular weight determined by gel permeation chromatography using polystyrene as a reference material and tetrahydrofuran as a developing solvent. In addition, depending on the type of ester group in the aromatic tetracarboxylic acid ester, the reaction rate of the dealcoholization reaction may become faster in rare cases, and the molecular weight of the polymer containing an imide ring may increase beyond 200,000. , insolubilization in inert solvents may also occur. Such cases can be dealt with by conducting the reaction at a low temperature, etc. In addition, the above-mentioned inert solvent that dissolves the aromatic tetracarboxylic acid ester and the diamino compound is
Does not react with the above esters and diamino compounds,
Furthermore, it refers to an organic solvent that can dissolve the produced low molecular weight polymer. An example of such an inert solvent is N-methyl-2-pyrrolidone, N,
N'-dimethylformamide, N,N'-dimethylacetamide, N,N'-dimethylsulfoxide,
Examples include highly polar basic solvents such as hexamethylphosphoramide. Of course, other solvents such as tetrahydrofuran, acetophenone, cyclohexanone, triethylene glycol dimethyl ether, and dioxane can also be used. Moreover, these solvents can also be used in combination with general-purpose solvents such as toluene, xylene, benzonitrile, benzene, and phenol. However, the amount used must be controlled within a range that does not reduce the solubility of the resulting polymer. Next, using the film forming liquid obtained as described above, a polyimide film is formed on the surface of the semiconductor element in the following manner. That is, the film forming liquid is applied to the surface of the semiconductor element. In this case, the film-forming liquid is usually applied not only to the element surface but also to the vicinity thereof. Since this film forming liquid is a highly concentrated liquid, a thick coating layer can be formed by one application. Then, heat this to 200-350°C. As a result, the low molecular weight polymer in the film forming solution is polymerized and converted into polyimide, forming a thick polyimide film. Note that the above film forming solution may occasionally contain unreacted monomers, but these unreacted monomers may have a negative effect on the above coating film.
Since it reacts with low molecular weight polymers (polymers and oligomers) when heated at 200-350°C, there is no need to remove it specifically. The polyimide film formed on the surface of the semiconductor element as described above has good heat resistance, chemical resistance, mechanical properties, and excellent electrical insulation properties inherent to polyimide. Therefore,
It can be applied to various conventionally known uses. The above film forming liquid is also useful as a binder for pastes in which various fillers are dispersed, since it is excellent in not only thick film forming properties but also moldability. That is, it can be used as a binder for a heat-resistant conductive paste in which conductive fillers such as silver powder, gold powder, palladium powder, etc. are dispersed, for chip bonding, electrodes of electronic parts, etc. It can also be used as a screen printing paste to prevent soft errors by dispersing an organic or inorganic filler with a uranium or thorium content of 5 ppb or less. [Effects of the Invention] As described above, the present invention uses the aromatic tetranuclear diamine of the general formula (1) and the diaminosiloxane of the general formula (2) together, and combines these diamines with an aromatic tetracarboxylic acid ester. A solution of a low molecular weight polymer containing a high concentration of imide rings, prepared by reacting with It becomes possible to form on the surface. Therefore, there is no need to apply the solution many times as in the past. In other words, even for conventional prismatic chip-shaped semiconductor devices, which required multiple coatings to form a thin film on the edges of the prismatic areas, it is now possible to reduce the film thickness at the edges to a sufficient thickness with a single coating. You will be able to finish it. Furthermore, it is now possible to easily form a polyimide film thicker than 100 μm, which has been impossible with conventional polyamic acid solutions due to the powdering phenomenon. In particular, in this invention, the diamine and aromatic tetracarboxylic acid ester are not dissolved as they are and used as a solution for forming a polyimide film, but are used after a considerable reaction. During the heat treatment, almost no alcohol is liberated from the aromatic tetracarboxylic acid ester. Therefore, an excellent effect can be obtained in that the polyimide film does not have micropores that occur when free alcohol escapes into the atmosphere. As described above, according to the present invention, it is possible to coat a semiconductor element with a single application.
A transparent polyimide insulating film with a thickness of 100 μm or more can be formed. Therefore, in addition to protective films for diodes and transistors, the present invention is useful for forming protective films for cyclers and integrated circuits such as ICs and LSIs that require thick films. In particular, the α-ray shielding film for VLSI memory cells usually requires a film thickness of 20 to 70 μm.
To achieve this thickness, conventionally a large amount of a coating solution made of polyamic acid or its derivatives was applied using a spinner method or potting method, but the amount of application was strictly controlled to prevent the polyimide film from turning into powder. This required sophisticated and complicated processes such as controlling coating accuracy. However, according to the present invention, it is possible to form a film with a predetermined thickness in a single application, which eliminates the need for the above-mentioned sophisticated and complicated processes, simplifying the overall process and making the work easier. It becomes possible to realize simplification. Further, the present invention can be applied to liquid crystal alignment films of liquid crystal cells made of glass substrates including transparent electrodes, laminates, and various insulating films. Next, examples will be described. In addition, in the following examples, solution viscosity and solid content concentration were measured as follows. (1) Solution viscosity Measured at 25±0.1°C using an E-type rotational viscometer. (2) Solid content concentration Solid content concentration (%) = W 3 - W 1 / W 2 - W 1 × 100 Where, W 1 : Weight of shear dish (g) W 2 : Weight of sample and shear dish (g) W 3 : Weight (g) of sample and shear after drying at 150°C for 60 minutes and further at 200°C for 60 minutes Example 1 In a flask equipped with a stirrer, cooling tube and thermometer, 3, 3', 4, 29.4 g (0.1 mol) of 4'-biphenyltetracarboxylic dianhydride and methanol
160 g (5 mol) was added, and the mixture was heated under reflux at 64 to 65° C. for 6 hours until the reaction system became transparent. Thereafter, excess methanol was distilled off, and the methanol residue was further completely distilled off under reduced pressure. The obtained esterified product has an acid value of 311, and the IR spectrum shows that it is 3.
It was confirmed to be 3'-4,4'-biphenyltetracarboxylic acid dimethyl ester. Next, 35.8 g of 3,3',4,4'-biphenyltetracarboxylic acid dimethyl ester obtained in this way
(0.1 mol) and 39.57 g of 2,2-bis[4-(4-aminophenoxy)phenyl]propane
(0.0965 mol) and 0.87 g (0.0035 mol) of bis(3-aminopropyl)tetramethyldisiloxane were added to 69.8 g of N-methyl-2-pyrrolidone,
Stir at 40°C for 2 hours to obtain a clear solution, followed by
Stirring was continued for 20 hours at 80°C to form a transparent viscous solution (film-forming liquid). The film-forming solution obtained in this way has a solid content concentration of 50.3% and a solution viscosity of
It was 4000cps. Next, the above film-forming solution was poured into water, and the resulting reprecipitated polymer was dried under reduced pressure, and then an infrared absorption spectrum was measured, as shown in Figure 6.
Based on imide groups at 1780 cm -1 and 1720 cm -1 >
A characteristic absorption band of C=O appeared. From this result, it was confirmed that the above polymer contained an imide ring. Example 2 In a reaction vessel similar to Example 1, 3, 3', 4,
4′-biphenyltetracarboxylic dianhydride 29.4g
(0.1 mol) and n-propanol 300g (5 mol)
was added and heated under reflux at 97°C for 4 hours until the reaction system became transparent. Thereafter, excess n-propanol was distilled off to synthesize 3,3',4,4'-biphenyltetracarboxylic acid di-n-propyl ester. Then, to 41.4 g of the obtained 3,3',4,4'-biphenyltetracarboxylic acid di-n-propyl ester,
38.95 g (0.095 mol) of 2,2-bis[4-(4-aminophenoxy)phenyl]propane, 1.24 g (0.005 mol) of bis(3-aminopropyl)tetramethyldisiloxane, and 81.6 g of N-methyl-2-pyrrolidone. After stirring at 60°C for 2 hours, stirring at 105°C for 2 hours and further at 150°C for 1 hour, the desired film-forming solution was prepared. The solid content concentration of the obtained film-forming solution was 50.5%, and the solution viscosity was
It was 4900cps. Next, the film-forming solution obtained as described above was poured into water, and the resulting reprecipitated polymer was dried under reduced pressure, and then an infrared absorption spectrum was measured . A characteristic absorption band >C=O based on the imide group appeared at 1720 cm -1 . From this, it was confirmed that the above polymer was a polymer containing an imide ring. Example 3 In place of 3,3',4,4'-biphenyltetracarboxylic dianhydride, the same mole of 3,3',4,4'-benzophenonetetracarboxylic dianhydride was used. Other than that, the solid content concentration was determined in the same manner as in Example 1.
A film-forming solution with a concentration of 50.0% and a solution viscosity of 1800 cps was prepared. Next, the film-forming solution obtained as described above was poured into water, and the resulting reprecipitated polymer was dried under reduced pressure, and then an infrared absorption spectrum was measured. A characteristic absorption band of >C=O based on imide groups was observed at 1720 cm -1 , and it was confirmed that this was a polymer containing imide rings. Example 4 2,2-bis[4-(4-aminophenoxy)
Phenyl]In place of propane 41.0g (0.1mol),
33.62 g (0.082 mol) of 2,2-bis[4-(4-aminophenoxy)phenyl]propane and 4.47 g (0.018 mol) of bis(3-aminopropyl)tetramethyldisiloxane were used. A film forming solution having a solid content concentration of 50.0% and a solution viscosity of 1300 cps was obtained in the same manner as in Example 1 except for the above. Next, the film-forming solution obtained as described above was poured into water, and the resulting reprecipitated polymer was dried under reduced pressure, and then an infrared absorption spectrum was measured. A characteristic absorption band of >C=O based on imide groups was observed at 1720 cm -1 , and it was confirmed that this was a polymer containing imide rings. Comparative Example 1 Aromatic tetracarboxylic dianhydride was used as it was without being esterified. That is, in the same reaction vessel as in Example 1, 29.4 g (0.1 mol) of 3,3',4,4'-biphenyltetracarboxylic dianhydride and 2,
39.57 g (0.0965 mol) of 2-bis[4-(4-aminophenoxy)phenyl]propane and bis(3
-aminopropyl)tetramethyldisiloxane
0.87 g (0.0035 mol) and 279.4 g of N-methyl-2-pyrrolidone were added and stirred while maintaining the temperature at 30° C. or lower (particularly at or near room temperature). As a result, the polymerization reaction proceeded quickly and the viscosity of the reaction system increased, yielding a polyamic acid solution with a solid content concentration of 19.9% and a solution viscosity of 2,000,000 cps or more. Next, this was heated and aged at 60°C to reduce the solution viscosity to 3000 cps, and then N
- Diluted with methyl-2-pyrrolidone to a solution viscosity of 105 cps. The solid content concentration of this polyamic acid solution was 10.5%. Comparative Example 2 In a reaction vessel similar to Example 1, 35.8 g (0.1 mol) of 3,3',4,4'-biphenyltetracarboxylic acid dimethyl ester obtained in Example 1 and 4,4'-
19.3 g (0.0965 mol) of diaminodiphenyl ether and 0.87 g (0.0035 mol) of bis(3-aminopropyl)tetramethyldisiloxane were added to 49.6 g of N-methyl-2-pyrrolidone and stirred at 40°C for 2 hours. The mixture was completely dissolved and then stirred at 80°C for 20 hours to form a clear viscous solution. This polymer solution had a solid content concentration of 49.8% and a solution viscosity of 2000 cps. Next, the coating solutions obtained in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 2 were brushed onto the P-N junction surface of a high-voltage silicon diode having a square chip shape, including a part of the lead frame. After coating, drying and curing, the semiconductor device was sealed with a resin molding material. Table 1 shows its drying and curing conditions, initial characteristics (forward voltage, good product rate, reverse withstand voltage good product rate...
…expressed as the number of non-defective products out of 100 samples) and 121℃,
The results of measuring the reverse leakage current yield after the 2 atm steam pressure cutter test (abbreviated as PCT) are shown.

【表】 実施例1〜4で作製したポリイミド形成用塗布
溶液を用いると、第3図に示すように、角形のエ
ツジの部分もポリイミド膜で厚く被覆でき、この
ため、エツジでの放電を防止でき、初期良品率の
向上を実現できるようになる。また、第5図に示
すように、上記実施例で得られた溶液を高圧トラ
ンジスタの絶縁皮膜として適用した場合にも、同
様の効果が認められた。また、上記実施例1〜
4、比較例1〜2により得られた塗布溶液を、そ
の溶液を構成する溶剤で順次希釈し所定濃度にお
ける粘度(25±1℃に測定)を測定してグラフ化
し第10図に示した。直線aは実施例1,bは実
施例2,cは実施例3,dは実施例4のそれを示
し、直線eは比較例1,fは比較例2のそれを示
す。第10図から明らかなように、実施例の溶液
は比較例のそれと比べて著しく固形分濃度が高い
ことがわかる。なお、比較例2は固形分濃度は高
いが、生成ポリイミド膜が不透明状となり実用に
耐えない。
[Table] When the polyimide forming coating solution prepared in Examples 1 to 4 is used, as shown in Figure 3, the edges of the rectangle can be covered thickly with a polyimide film, thereby preventing electrical discharge at the edges. This makes it possible to improve the initial non-defective product rate. Further, as shown in FIG. 5, similar effects were observed when the solution obtained in the above example was applied as an insulating film of a high voltage transistor. In addition, the above-mentioned Examples 1 to
4. The coating solutions obtained in Comparative Examples 1 and 2 were sequentially diluted with the solvents constituting the solutions, and the viscosity (measured at 25±1° C.) at a predetermined concentration was measured and graphed as shown in FIG. Straight line a shows that of Example 1, b shows that of Example 2, c shows that of Example 3, d shows that of Example 4, straight line e shows that of Comparative Example 1, and f shows that of Comparative Example 2. As is clear from FIG. 10, it can be seen that the solutions of Examples have significantly higher solid content concentrations than those of Comparative Examples. Although Comparative Example 2 has a high solid content concentration, the resulting polyimide film becomes opaque and cannot be put to practical use.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図A,第2図Aはそれぞれ従来の半導体装
置の一例の縦断面図、第1図B,第2図Bはその
横断面図、第4図は従来の半導体装置の他の例の
縦断面図、第3図Aはこの発明の方法を用いてつ
くられた半導体装置の一例の説明図、第3図Bは
その横断面図、第5図は同じくこの発明の方法を
用いてつくられた半導体装置の他の例の縦断面
図、第6図ないし第9図は実施例で得られたポリ
イミドの赤外吸収スペクトル図、第10図は塗布
溶液の固形分濃度−溶液粘度線図である。
1A and 2A are longitudinal cross-sectional views of an example of a conventional semiconductor device, FIG. 1B and FIG. 2B are cross-sectional views thereof, and FIG. 4 is a cross-sectional view of another example of a conventional semiconductor device. FIG. 3A is an explanatory diagram of an example of a semiconductor device manufactured using the method of the present invention, FIG. 3B is a cross-sectional view thereof, and FIG. A vertical cross-sectional view of another example of a semiconductor device, FIGS. 6 to 9 are infrared absorption spectra of polyimide obtained in Examples, and FIG. 10 is a solid content concentration-solution viscosity diagram of a coating solution. .

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 素子表面にポリイミド皮膜形成用溶液が塗工
された半導体素子を準備する工程と、ポリイミド
皮膜形成用溶液中の皮膜形成成分を加熱硬化させ
てポリイミド皮膜化する工程を備えた半導体素子
表面への皮膜形成方法であつて、上記ポリイミド
皮膜形成用溶液として、下記のA成分99〜80モル
%およびB成分1〜20モル%からなるジアミノ化
合物と芳香族テトラカルボン酸エステルとを不活
性溶媒に等モルもしくは略等モル溶解し加熱処理
することにより得られたイミド環含有低分子量重
合体溶液を用いることを特徴とする半導体素子表
面への皮膜形成方法。 A:(a)下記の一般式(1)で表される芳香族4核体ジ
アミン 〔式(1)中、R1,R2は水素,炭素1〜4のアル
キル基またはCF3であり、互いに同じであつても
異なつていてもよい。R3,R4,R5,R6は水素、
ハロゲンまたは炭素数1〜4のアルキル基であ
り、互いに同じであつても異なつていてもよい。〕 (b)上記(a)およびB成分以外の分子内にケイ素
原子を含まないジアミン からなるジアミン。 ただし、(a)と(b)の相互のモル比は100:0〜
70:30である。 B:下記の一般式(2)で示されるジアミノシロキサ
〔式(2)中、R7は二価の有機基、R8は一価の有
機基であり、nは1〜1000の整数である。〕 2 芳香族テトラカルボン酸エステルが、3,
3′,4,4′−ビフエニルテトラカルボン酸エステ
ルである特許請求の範囲第1項記載の半導体素子
表面への皮膜形成方法。 3 イミド環含有低分子量重合体溶液が、溶液粘
度を100cps(25±1℃)に調整したときの固形分
濃度が20重量%以上になるように設定されている
特許請求の範囲第1項または第2項記載の半導体
素子表面への皮膜形成方法。
[Claims] 1. A method comprising: preparing a semiconductor element whose surface is coated with a solution for forming a polyimide film; and heating and curing film-forming components in the solution for forming a polyimide film to form a polyimide film. A method for forming a film on the surface of a semiconductor element, wherein the solution for forming a polyimide film contains a diamino compound and an aromatic tetracarboxylic acid ester comprising 99 to 80 mol% of component A and 1 to 20 mol% of component B. 1. A method for forming a film on the surface of a semiconductor device, comprising using a solution of an imide ring-containing low molecular weight polymer obtained by dissolving the imide ring-containing low molecular weight polymer in an inert solvent in equimolar or approximately equimolar amounts and heat-treating the solution. A: (a) Aromatic tetranuclear diamine represented by the following general formula (1) [In formula (1), R 1 and R 2 are hydrogen, an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, or CF 3 and may be the same or different from each other. R 3 , R 4 , R 5 , R 6 are hydrogen,
They are halogens or alkyl groups having 1 to 4 carbon atoms, and may be the same or different. (b) A diamine consisting of a diamine that does not contain a silicon atom in its molecule other than the components (a) and B above. However, the mutual molar ratio of (a) and (b) is 100:0 ~
It is 70:30. B: Diaminosiloxane represented by the following general formula (2) [In formula (2), R 7 is a divalent organic group, R 8 is a monovalent organic group, and n is an integer of 1 to 1000. ] 2 Aromatic tetracarboxylic acid ester is 3,
The method for forming a film on the surface of a semiconductor device according to claim 1, wherein the 3',4,4'-biphenyltetracarboxylic acid ester is used. 3. Claim 1, wherein the imide ring-containing low molecular weight polymer solution is set so that the solid content concentration is 20% by weight or more when the solution viscosity is adjusted to 100 cps (25 ± 1 ° C.), or 2. The method for forming a film on the surface of a semiconductor element according to item 2.
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