JPS59107522A - Method for formation of polyimide layer having excellent adhesive property on surface of element consisting of silicon containing material - Google Patents

Method for formation of polyimide layer having excellent adhesive property on surface of element consisting of silicon containing material

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JPS59107522A
JPS59107522A JP58229291A JP22929183A JPS59107522A JP S59107522 A JPS59107522 A JP S59107522A JP 58229291 A JP58229291 A JP 58229291A JP 22929183 A JP22929183 A JP 22929183A JP S59107522 A JPS59107522 A JP S59107522A
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polyimide layer
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Abstract

PURPOSE:To enable to form a polyimide layer of excellent close-contacting and dampproof properties by a method wherein a specific ratio of diaminosiloxane and non-silicon containing diamine are simultaneously polymerization-reacted with aromatic tetracarboxylic acid dianhydride. CONSTITUTION:The diaminosiloxane as indicated in general formula I and the diamine containing no silicon atom in a molecule are simultaneously polymerization-reacted with aromatic tetracarboxylic acid dianhydride. When performing said polymerization reaction, the mixing ratio of diaminosiloxane is brought within the range of 1-4mol% of the total quantity of diamino compound, and the silicon content contained in final reactant is to be made at 0.5wt% or below, and a siloxane denatured polyimide precursor is obtained. This polyimide precursor is applied to the surface of a semiconductor element. Then, a polyimide layer is formed by performing a high temperature heat treatment. As a result, a polyimide layer of excellent close-contacting and dampproof properties on the surface of element consisting of silicon-containing material can be obtained.

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は珪素含有材からなる素地表面に密着性良好な
ポリイミド′層を形成する方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method for forming a polyimide layer with good adhesion on the surface of a substrate made of a silicon-containing material.

従来、半導体素子用などとして耐熱性、電気絶縁性、機
械的強度など多くのすくれた利点を有するポリイミド、
ポリアミドイミド、ポリヒダントインなどの耐熱性高分
子の使用が検討されてきた。しかるに、これらの耐熱性
高分子からなる層は、シリコンウェハ、ガラスなどの素
地表面との密着性に劣る問題があった。
Conventionally, polyimide, which has many advantages such as heat resistance, electrical insulation, and mechanical strength, has been used for semiconductor devices.
The use of heat-resistant polymers such as polyamideimide and polyhydantoin has been considered. However, these layers made of heat-resistant polymers have a problem of poor adhesion to substrate surfaces such as silicon wafers and glass.

このことから、上記耐熱性高分子層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。ごの方法は、分子骨格中に
ジアミノシロキサンからRM 専される3i−0−3i
結合を導入して、この結合部分によりシリコンウェハ、
ガラスなどの珪素含有材の珪素原子との間に化学的結合
の手を持たゼ、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。
For this reason, various proposals have been made to improve the adhesion of the heat-resistant polymer layer, one of which is
Regarding imides, there is a method in which diaminosiloxane is used as the diamino compound when synthesizing a polyimide precursor through a polymerization reaction between an aromatic tetracarboxylic dianhydride and a diamino compound. This method uses 3i-0-3i containing RM from diaminosiloxane in the molecular skeleton.
By introducing a bond, the silicon wafer,
The aim is to improve adhesion by having a chemical bond between the silicon atoms of a silicon-containing material such as glass and using this as an active site for adhesion to the silicon-containing material.

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層の耐湿特性を大きく
…なう欠点があった。しかも、ジアミノシロキサンの過
剰使用はボリイミ)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っ
た。また、同様に、前記提案法のなかには、ジアミノシ
ロキサンを過剰量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(用いないつまり分子内に珪
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
の問題が生しるばかりか、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コノF間てばら
つぎやすく、安定した性能が得られなかったこの発明は
、上記の如き観点から、珪素含有材か、らなる素地表面
に対して密着性にすくれしがも耐湿特性良好なポリイミ
ド層を形成でき、またこのポリイミド層が本来の耐熱性
、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C臥鋭意検i=
1を重ねた結果、見い出されたものである。
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 layer will be greatly affected. There was a drawback. Furthermore, excessive use of diaminosiloxane was not necessarily desirable in terms of inherent heat resistance, electrical insulation, mechanical strength, etc. Similarly, in the proposed method, there are polyimide precursors synthesized using an excessive amount of diaminosiloxane, and polyimide precursors synthesized using diamines that do not use diaminosiloxane (that is, they do not contain silicon atoms in the molecule). There is also a method of making a mixture with a precursor, but even in this case, the same problem as mentioned above occurs because the silicon content in the mixture is large, and since it is a mixture, it has poor adhesion, moisture resistance, and Other general characteristics tend to vary among KonoFs, and stable performance could not be obtained.From the above point of view, this invention has problems with adhesion to silicon-containing materials or substrate surfaces made of silicon-containing materials. In order to obtain a siloxane-modified polyimide precursor that can form a polyimide layer with good moisture resistance properties, and which can also provide inherent heat resistance, electrical insulation, mechanical strength, etc., extensive research has been carried out.
This was discovered by repeating 1.

すなわち、この発明は、珪素含有材からなる素地表面に
、次の一般式 ([、は二価の有機基、R′は一価の有機基であり、n
は1〜1,000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シアミンとを同
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
に当たって、上記のジアミノシロキサンの使用割合を、
ジアミノ化合物全体量の1〜4モル%の範囲でかつIυ
柊反応物中に含まれてくる珪素含有量が0.5重M%以
下となるようにして得たシロキサン変性ポリイミド前駆
体を塗布し、ついで高温加熱処理してポリイミド層を形
成することを特徴とする珪素含有材からなる素地表面に
密着性良好なポリイミド層を形成する方法に係るもので
ある。
That is, this invention provides the following general formula ([, is a divalent organic group, R' is a monovalent organic group, n
is an integer from 1 to 1,000) and cyamine, which does not contain a silicon atom in its molecule, are simultaneously polymerized with an aromatic tetracarboxylic dianhydride. The percentage
In the range of 1 to 4 mol% of the total amount of diamino compounds and Iυ
The method is characterized in that a siloxane-modified polyimide precursor obtained in such a way that the silicon content contained in the Hiiragi reaction product is 0.5% by weight or less is applied, and then subjected to high temperature heat treatment to form a polyimide layer. The present invention relates to a method for forming a polyimide layer with good adhesion on the surface of a substrate made of a silicon-containing material.

このように、この発明においては、ポリイミド層の密着
性を改善するためにもち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ザン結
合部分がごく僅かなものとなるために、ポリイミド層の
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、機械的強度を1員なう心配もな
いことを見い出したものである。
As described above, in this invention, the diaminosiloxane used to improve the adhesion of the polyimide layer is necessary and sufficient within the above specified range, and when used in such a proportion, the amount of moist heat in the polyimide precursor increases. Since the number of siloxane bonding parts that are easily broken by decomposition or acid or alkali is extremely small, the moisture resistance of the polyimide layer is not reduced, and the heat resistance, electrical insulation, and mechanical strength inherent to polyimide are improved. I discovered that there is no need to worry about becoming a member.

この発明において一般式+11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ってもよく、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。
In the diaminosiloxane represented by the general formula +11 in this invention, the two R1s and each R' in the formula may be the same or different, and a wide variety of conventionally known diaminosiloxanes are included. Typical examples are as follows.

父 /′ / し6t15   りし113   シb jisごの発
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); %式%(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R,と同一であっても異なるものであってもよい。と
くに好適なものは、゛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
フェニレンジアミン、4・4′−ジアミノジフェニルメ
タン、4・4′−ジアミノジフェニルエーテル、2・2
′−ビス(4−アミノフェニル)プロパン、3・3′−
ジアミノジフェニルスルホン、44′−ジアミノジフェ
ニルスルホン、4・4′−ジアミノジフェニルスルフィ
ド、ヘンジジン、ヘンジンン−3・3′−ジカルボン酸
、ヘンジジン−3・3′−ジスルホン酸、ベンジジン−
3−モノカルボン酸、ベンジシン−3−モノスルホン酸
、3・3゛−ノメトキシーヘンジシン、パラ−ビス(4
−アミノフェノキン)ヘンゼン、メクービス(4アミノ
フェノキシ)ヘンセン、メタキシリレンジアミン、パラ
キンリレンジアミンなどが挙げられる。
The diamine that does not contain a silicon atom in its molecule (hereinafter simply referred to as silicon-free diamine) used in the invention of father/'/shi6t15 rishi113 shib jis has the following general formula (2); % formula %(2) (R2 is a divalent organic group not containing a silicon atom) It may be the same as or different from R in +1+. Particularly preferred 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'-
Diaminodiphenylsulfone, 44'-diaminodiphenylsulfone, 4,4'-diaminodiphenylsulfide, henzidine, henzidine-3,3'-dicarboxylic acid, henzidine-3,3'-disulfonic acid, benzidine-
3-monocarboxylic acid, benzicine-3-monosulfonic acid, 3,3゛-nomethoxyhendicine, para-bis(4
-aminophenoquine) Hensen, Mecoubis(4-aminophenoxy) Hensen, metaxylylenediamine, paraquinlylenediamine, and the like.

この発明においてl二部のソ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)
; %式% (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
以下の如くである。ずなわら、ピロメリ。
In this invention, the aromatic tetracarboxylic dianhydride to be polymerized with a diamino compound consisting of two parts of soaminosiloxane and a silicon-free diamine is represented by the following general formula (3).
It is represented by the formula % (Ar is a tetravalent organic group), and representative examples thereof are as follows. Zunawara, Piromeri.

l二無水物、3・3′・4・4′−ヘンゾフエノンテI
・ラカルポン酸二無水物、3・3′・4・4′−ビフェ
ニルテトラカルボン酸二無水物、2・3・3′・4′−
ビフェ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、l・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−ジカルボキンフェニル)プロパン二
無水物、ビス(3・4−ジカルボキノフ1ニル)スルホ
ンニ無水物、3・4・9・lO−ペリレンテトラカルボ
ン酸二無水物、ビス(34−ジカルボキノフェニル)エ
ーテルニ無水11)>、2・2゛−ビス(2・3−ジカ
ルポキノフェニル)プロパン二無水物、l・1′−ビス
(2・3−ノカルポキンフェニル)エクンニtry< 
水物、ヘンセン−1・2・3・4−テl−ラカルホン該
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、l・2・7・8−フェナントレンテトラ
カルボン酸二無水物などがある。
l dianhydride, 3,3',4,4'-henzofuenonte I
・Lacarboxylic dianhydride, 3,3',4,4'-biphenyltetracarboxylic dianhydride, 2,3,3',4'-
Biphenyltetracarboxylic dianhydride, 2, 3, 6, 7
-Naphthalenetetracarboxylic dianhydride, l.2.5.
6-naphthalenetetracarboxylic dianhydride, 1, 4, 5
・8-Naphthalenetetracarboxylic dianhydride, 2.2'
-bis(3,4-dicarboquinophenyl)propane dianhydride, bis(3,4-dicarboquinophenyl)sulfone dianhydride, 3,4,9,lO-perylenetetracarboxylic dianhydride, bis( 34-Dicarboquinophenyl)ether dianhydride 11)>, 2,2′-bis(2,3-dicarpoquinophenyl)propane dianhydride, l・1′-bis(2,3-nocarpoquinophenyl) Ekunni try<
hydrate, Hensen-1,2,3,4-tel-lacarphone dianhydride, 2,3,6,7-anthracenetetracarboxylic dianhydride, l,2,7,8-phenanthrenetetracarboxylic acid There are dianhydrides, etc.

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′−ビフェ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°C12気圧のプレッシャ
ークツカーテスト (以下、単にp c ’rと略す)
による電気特性がもっと・もずくれた、つまり耐湿特性
の極めて良好なポリイミド層が得られる。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。
A particularly suitable aromatic tetracarboxylic dianhydride for this invention is 3,3',4,4'-biphenyltetracarboxylic dianhydride. When this dianhydride is used, the pressure test (hereinafter simply abbreviated as pc'r) can be carried out under a high temperature and high humidity atmosphere, for example at 121°C and 12 atm.
This results in a polyimide layer with even more deformed electrical properties, that is, extremely good moisture resistance. Of course, the moisture resistance can be improved even when other dianhydrides are used.

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反応させてのち混合する方式では、
密着性および11・1湿特性のばらつきを生じ、品質の
安定化を図りえないまた、このとき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、最
終反応物であるポリイミド前駆体中に含まれてくる珪素
原子含有量が0.5重量%以下となるようにしなければ
ならない。これらの量的関係をいずれも満足しなければ
、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、必要に応して一方を多少
多くしても差し支えない。
In this invention, it is necessary to simultaneously polymerize the diaminosiloxane and the silicon-free diamine with the aromatic tetracarboxylic dianhydride. For example, it is not possible to polymerize both diamino compounds separately and then mix them together. ,
This causes variations in adhesion and 11.1 moisture properties, making it impossible to stabilize the quality.In addition, as already mentioned, the diaminosiloxane used at this time is preferably 1 to 4 mol% of the total amount of the diamino compound. must be 3 to 3.5 mol%, and the silicon atom content contained in the polyimide precursor, which is the final reactant, must be 0.5% by weight or less. If none of these quantitative relationships are satisfied, it becomes difficult to achieve both adhesion and moisture resistance. The ratio of the diamino compound consisting of the diaminosiloxane and the silicon-free diamine to the aromatic tetracarboxylic dianhydride is usually equimolar, but if necessary, one may be slightly increased.

一重合反応は、従来公知の方法に(ISシて行えばよく
、一般乙こ有機溶媒の存在下、窒素ガス気流中下に重合
発熱を勘案して通常60゛C以下、とくに好適には30
°C以下に制限しながら高い重合度が得られるまで反応
させればよい。この重合度は反応物の固有粘度〔η〕を
調べることHlよって節用に検知できるものである。
The monopolymerization reaction may be carried out by a conventionally known method (IS) in the presence of a general organic solvent in a nitrogen gas stream, usually at a temperature of 60°C or less, particularly preferably at a temperature of 30°C or less, taking into account the polymerization heat generated.
The reaction may be allowed to proceed until a high degree of polymerization is obtained while limiting the temperature to below °C. This degree of polymerization can be conveniently detected by examining the intrinsic viscosity [η] of the reactant.

有機溶媒としては、たとえ:よ凡−メチル−2−ピロリ
ドン、N−N′−ジメチルアセトアミ)、N−N’−ジ
メチルポルムアミド、N−N’−ジメチルスルホキシド
、ヘキサメチルホスポルアミドなどの高極性塩’A l
i溶媒が用いられる。この種の)8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って脱水剤で
充分に脱水しておくのがよい。またこれらのC容媒とと
もにトルエン、キンレン、ヘンヅニトリル、ヘンゼン、
フェ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
させない範囲にずべきである。
Examples of organic solvents include methyl-2-pyrrolidone, N-N'-dimethylacetamide, N-N'-dimethylpolamide, N-N'-dimethylsulfoxide, hexamethylphosporamide, etc. Highly polar salt 'A l
i solvent is used. All of these 8 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. good. In addition to these C carriers, toluene, quinolene, henzonitrile, henzene,
A general-purpose solvent such as phenol can also be used in combination. However, the amount used should be within a range that does not reduce the solubility of the polyimide precursor produced.

このようにしてこの発明によって得られるポリイミド前
駆体は、つぎの一般式(4)にて示されるように、珪素
不含ジアミン吉ジアミノシロキサンとがアミド結合を介
して芳香族テトラカルボン酸二無水物へ付加した結合華
位が、ランダムであるポリマー構造であり、ボリイミ1
′前駆体の分子4j’fにごく僅かのソIコキサン結合
がNJ■み込まれた構造を有することを特融としでいる
As shown in the following general formula (4), the polyimide precursor thus obtained by the present invention has a structure in which silicon-free diamine diaminosiloxane and aromatic tetracarboxylic dianhydride are bonded via an amide bond. It is a polymer structure in which the bond positions added to are random, and the polyimide 1
The special advantage is that the precursor molecule 4j'f has a structure in which a very small amount of so I coxane bond is incorporated into NJ'.

p (R1、RZ、R’、nおよびΔrは]);1記のとお
り、rn/n +m=0.0 t〜o、o 4である)
! (R1、RZ、R′、A r Xn 、7!およびmは
前記のとおりである) この発明においては、かかるポリイミド前駆体を硅素含
何月からなる素地表I「1に塗布したのち、高温加熱処
理して脱水、環化することにより、ンリコン・”ノエハ
、ガラスに対してずくれた密着性を示す前記の一般i’
s、 f51で示される如きボリイミ:、からなる層を
形成することができる。このポリイミド層は耐湿特性に
ずくれているとともに、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箱It l生など
を具備しており、これら特性が要求される従来公知の各
種用途に有効に応用できる利点がある。
p (R1, RZ, R', n and Δr]); As described in 1, rn/n + m = 0.0 t~o, o 4)
! (R1, RZ, R', A r By heat treatment, dehydration, and cyclization, the above-mentioned general i' exhibits poor adhesion to glass.
It is possible to form a layer consisting of a polyimide as shown by s and f51. This polyimide layer has excellent moisture resistance properties, as well as its inherent good heat resistance, chemical resistance, mechanical properties, and excellent electrical properties. It has the advantage that it can be effectively applied to various known uses.

なお、半導体素子にポリイミド層を形成する用途などに
あっては、ボリイミF形成+AT4としては、イオン性
不純物に汚染されることをさげなりればならない。Na
“、K” 、Ca2゛、なとのカチオン性不純物、CE
−などのアニオン性不純物などからのlη染を受けない
ように注意しなければならず、特にNa’ イオンはI
も導体の電気特性に悪影響を′及はず。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   ノのち、使用すべきである。例えば、
Na’ イメンで5PPM以下、好適にはIP))M以
下であることが望ましい。
Note that in applications such as forming a polyimide layer on a semiconductor element, contamination with ionic impurities must be avoided when forming polyimide F+AT4. Na
“, K”, Ca2゛, cationic impurity, CE
Care must be taken to avoid lη staining from anionic impurities such as -, especially Na' ions.
should also have an adverse effect on the electrical properties of the conductor. 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 Na' is 5 PPM or less, preferably IP)) M or less.

以下にこの発明の実施例を記載する。以下においてポリ
イミド+iii駆体の重合度(分子■1)を示ずパラメ
ーターとして固有粘度(η〕を用いるが、この固有粘度
はC8媒としてN−メチル−2−ピロリドンを使用し、
i、1lll定温度30±0.o1°C(恒温槽)で次
式にしたがって求めfこものである。
Examples of this invention will be described below. In the following, the degree of polymerization (molecule ■1) of the polyimide + III precursor is not shown, but the intrinsic viscosity (η) is used as a parameter.
i, 1lll constant temperature 30±0. It is calculated according to the following formula at o1°C (constant temperature bath).

〔η〕−βn(t/Lo)/c L:ウヘローデ粘度a1て測定されるポリマー溶液の落
下時間 tO;上記同様ζこ測定される溶媒の落下時間C;ポリ
イミド前駆体(ポリマー)濃度(o、5重量%とじた) 実施例1 攪拌装置、冷却管、温度91および窒素置換装置外付し
た5 00mj!のフラスコを水浴上に固定し?。五酸
化リンで一昼夜乾燥しさらに:戊圧蒸留し〉精製N−メ
チルー2−ピロリドン280.90 gを」−記フラス
コ中に加え、窒素を流し込んだ。
[η]-βn(t/Lo)/c L: Falling time tO of the polymer solution measured by Uherode viscosity a1; Falling time tO of the solvent measured as above ζ; Polyimide precursor (polymer) concentration (o , 5% by weight) Example 1 500mj with external stirring device, cooling pipe, temperature 91 and nitrogen purging device! Fix the flask on a water bath? . After drying over phosphorus pentoxide for a day and night, and then performing vacuum distillation, 280.90 g of purified N-methyl-2-pyrrolidone was added to the flask, and nitrogen was flushed into the flask.

次いで1mpのマイクロシリンジにより前記弐イで示さ
れるビス(3−アミノプロピル)テトラメチルジソロキ
ザン0.87g(0,0035モル)、ついで4・4′
−ジアミノジフェニルエーテル19.3g (0,09
65モル)を仕込み、溶解するまでff1l牛した。つ
き゛に3・3゛・4・4゛−ヒフェニルテ1−ラカルポ
ン酸二無水物29.4 g (0,1モル)を徐々に冷
力11シた。反応系を30’c以下となるよ・うに保持
しながら透明粘稠)8液となるまで攪拌した。
Next, 0.87 g (0,0035 mol) of bis(3-aminopropyl)tetramethyldisoloxane shown in 2 above was added using a 1 mp microsyringe, and then 4.4'
-diaminodiphenyl ether 19.3g (0,09
65 mol) and stirred until dissolved. 29.4 g (0.1 mol) of 3.3'.4.4'-hyphenylte-1-lacarboxylic acid dianhydride was then gradually added to the mixture under cooling power for 11 hours. The reaction system was stirred while maintaining the temperature at 30'C or less until a transparent and viscous solution was obtained.

このようにして得られたポリイミド前駆体は、その固有
粘度が1.67で、珪素含有量が0.397重里%であ
った。ごのn;J駆体を含む溶液をシリコンウェハ上に
スピンコードして熱風乾燥機中150℃で1時間、20
0℃で1時間、250℃で6時間加熱してポリイミド層
を形成した。このようにして形成されたポリイミド層の
赤外吸収スペクトルは、1780cm−’および172
0 cm−’ニイミ7 ド基形成にもとづ< >C=Oの吸収が認められた。形
成されたボリイミF層は強靭であり、常態でのシリコン
ウェハへの密着性は良好であった。またPCT処理後で
も剥離せず密着性か高度に改善されていることが判った
The polyimide precursor thus obtained had an intrinsic viscosity of 1.67 and a silicon content of 0.397%. The solution containing the N;
A polyimide layer was formed by heating at 0° C. for 1 hour and at 250° C. for 6 hours. The infrared absorption spectrum of the polyimide layer thus formed is 1780 cm-' and 172 cm-'.
Absorption of <>C=O was observed based on the formation of a 0 cm-'niimi7 do group. The formed Boliimi F layer was strong and had good adhesion to the silicon wafer under normal conditions. It was also found that the adhesiveness was highly improved without peeling even after PCT treatment.

実施例2 N8媒として精製N・N′−ジメチルアセ1−アミドを
2F!1.46g、ジアミノソロキザンとして前記口で
示されるビス(4−アミノブチル)テトラメチルジシロ
キサンを0.97g (0,0035モル)使用した以
外は実施例1と同様にしてポリイミド前駆体の15重量
%溶液をつくった。
Example 2 Purified N·N'-dimethylace1-amide was used as an N8 medium at 2F! The polyimide precursor 15 A wt% solution was made.

このときのポリイミド前駆体の固有粘度は1.81であ
り、また珪素含有量は0.396重量%であった。
The intrinsic viscosity of the polyimide precursor at this time was 1.81, and the silicon content was 0.396% by weight.

−1,記のポリイミド前駆体溶液を用いて実施例1と同
様の条件てシリコンウェハ上にポリイミド層を形成した
とごろ、層の強靭性および密着性は実施例1の場合と同
様であった。
-1. When a polyimide layer was formed on a silicon wafer under the same conditions as in Example 1 using the polyimide precursor solution described above, the toughness and adhesion of the layer were the same as in Example 1. .

実施例3 +a ”JJ N−メチル−2−ピロリドンの使用量ヲ
237、83 gとし、芳香族テトラカルボン酸二無水
物としてピロメリット酸二無水物を21.8g(0゜1
モル)使用した以外は、実施例1と同様にしてポリイミ
ド前駆体の15重■%ン容液をつくった。
Example 3 +a "JJ The amount of N-methyl-2-pyrrolidone used was 237.83 g, and pyromellitic dianhydride was 21.8 g (0°1
A 15% by weight solution of the polyimide precursor was prepared in the same manner as in Example 1, except that mol) was used.

このようにして得られたポリイミド前駆体の固有粘度は
1.65で珪素含有量は0.469重量%であった。こ
の前駆体を含む?′8液を実施例1と同様にスピンコー
ドして、熱風乾燥機中で150“Cで1時間、200°
Cで1時間、300°Cで1時間加熱してポリイミド層
を形成した。形成されたポリイミド層は強靭であり、常
態およびP CI”による密着性はいずれも良好でシリ
コンウェハからの剥離は認められなかった。
The polyimide precursor thus obtained had an intrinsic viscosity of 1.65 and a silicon content of 0.469% by weight. Contains this precursor? '8 solution was spin-coded in the same manner as in Example 1 and dried at 200°C for 1 hour at 150"C in a hot air dryer.
A polyimide layer was formed by heating at 300° C. for 1 hour and at 300° C. for 1 hour. The formed polyimide layer was strong, had good adhesion both under normal conditions and with PCI, and no peeling from the silicon wafer was observed.

実施例4 精製N−メチル−2−ピロリドンの使用量を295、6
7 gとし、芳香族テトラカルボン酸二無水物として3
・3′・4・4′−へンゾフェノンテトラカルボン酸二
無水物32.2g<0.1モル)を、また珪素不合ジア
ミンとして4・4′−ジアミノジフェニルメタン19.
107g (0,0965モル)を使用した以外は、実
施例1と同様にして稈有粘度1.38で、珪素含有■が
0.377重■%のポリイミド前駆体の1.5MM%溶
液をつくった。
Example 4 The amount of purified N-methyl-2-pyrrolidone used was 295,6
7 g, and 3 as aromatic tetracarboxylic dianhydride.
・3', 4, 4'-henzophenone tetracarboxylic dianhydride (32.2 g < 0.1 mol) and 4, 4'-diaminodiphenylmethane 19.
A 1.5 MM% solution of a polyimide precursor having a culm viscosity of 1.38 and a silicon content of 0.377% by weight was prepared in the same manner as in Example 1, except that 107 g (0,0965 mol) was used. Ta.

上記のポリイミド前駆体溶液を用いて実施例1と同様の
条件でシリコンウェハ」二にボリイミF′層を形成した
ところ、層の密着性は実施例1の場合と同様であったが
、6ケ月経時後の引張抗張力が初期値の40%に低下し
ていたことが認められた。このように皮膜の強靭性は経
時劣化することがわかったが、充分に使用できる程度の
強靭性であった。
When a polyimide F' layer was formed on a silicon wafer'2 using the above polyimide precursor solution under the same conditions as in Example 1, the adhesion of the layer was the same as in Example 1, but after 6 months. It was observed that the tensile strength after time had decreased to 40% of the initial value. Although it was found that the toughness of the film deteriorated over time, it was still strong enough to be used.

実施例5 精製N−メチル−2−ピロリ[ンの使用量を259、3
6 gとし、芳香族テl−ラカルポン酸二無水物として
3・3′・4・4′−ヒフェニルテトラカルボン酸二無
水物14.7 g (0,05モル)とピロメリット酸
二無水物10.9 g (0,05モル)とを使用した
以外は実施例1と同様の操作でポリイミド前駆体の15
重量%溶液をつくった。
Example 5 The amount of purified N-methyl-2-pyrrolidine used was 259,3
6 g, 14.7 g (0.05 mol) of 3,3',4,4'-hyphenyltetracarboxylic dianhydride and pyromellitic dianhydride as aromatic tetracarboxylic dianhydride. 10.9 g (0.05 mol) of the polyimide precursor was used in the same manner as in Example 1 except that 15
A wt% solution was made.

得られたポリイミド前駆体の固有粘度は1.52で、ま
た珪素含有量は0.430重量%であった。
The obtained polyimide precursor had an intrinsic viscosity of 1.52 and a silicon content of 0.430% by weight.

上記のポリイミド前駆体溶液を用いて実施例3と同様に
してシリコンウェハ上にポリイミド層を形成したところ
、層の強靭性および密着性は実施例1の場合と同様であ
った。
When a polyimide layer was formed on a silicon wafer using the above polyimide precursor solution in the same manner as in Example 3, the toughness and adhesion of the layer were the same as in Example 1.

比較例1 精製N−メチル−2−ピロリドンの使用1iヲ280.
07g、4・4′−ジアミノジフェニルエーテルの使用
量を19.9 g (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と同様にして固有粘度が2.37で、珪素含有
量が0.057重量%のポリイミド前駆体の15重量%
溶液をつくった。
Comparative Example 1 Use of purified N-methyl-2-pyrrolidone 1iwo280.
07 g, the amount of 4,4'-diaminodiphenyl ether used was 19.9 g (0,0995 mol), bis(3-
Except that the amount of (aminopropyl)tetramethyldisiloxane used was 0.1243g (0,0005 mol).
15% by weight of a polyimide precursor having an intrinsic viscosity of 2.37 and a silicon content of 0.057% by weight in the same manner as in Example 1
I made a solution.

この溶液を用いて実施例1と同し条件でシリコンウェハ
」二にポリイミド層を形成したところ、常態ではシリコ
ンウェハより剥離していなかったがP C′rでは容易
に剥離した。
When a polyimide layer was formed on a silicon wafer using this solution under the same conditions as in Example 1, it did not peel off from the silicon wafer under normal conditions, but it peeled off easily with PC'r.

比較例2 精製N−メチルー2−ピロリドンの使用量を281.8
6g、4・4′−ジアミノジフェニルエーテルの使用量
を18.6 g (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]、
7395g (0,007モル)とした以外は、実施例
1と同様にしてボリイミ1−前駆体a15重量%溶液を
つくった。
Comparative Example 2 The amount of purified N-methyl-2-pyrrolidone used was 281.8
6 g, the amount of 4,4'-diaminodiphenyl ether used is 18.6 g (0,093 mol), the amount of bis(3-aminopropyl)tetramethyldisiloxane used],
A 15% by weight solution of Boliimi 1-precursor a was prepared in the same manner as in Example 1, except that the amount was 7395 g (0,007 mol).

このようにして得られたボリイミ1′前駆体の固有粘度
は0.80で、実施例1で得られたポリイミド前駆体よ
りも低分子量であった。また、この前駆体の珪素含有量
は0.791重量%であった。
The polyimide 1' precursor thus obtained had an intrinsic viscosity of 0.80, and had a lower molecular weight than the polyimide precursor obtained in Example 1. Moreover, the silicon content of this precursor was 0.791% by weight.

このようにして得られたポリイミド前駆体を用いて実施
例1と同様の条件でシリコンウェハ上にポリイミド層を
形成したところ、層の強靭性および密着性は実施例1の
場合と同等であった。
When a polyimide layer was formed on a silicon wafer using the polyimide precursor thus obtained under the same conditions as in Example 1, the toughness and adhesion of the layer were the same as in Example 1. .

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′−ジアミノジフェニルエーテルとを実施例3
と同し割合で別々にピロメリッ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
15重預%溶液を得た。ジアミノソ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&t、2. O
Oであった。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%であった。
Comparative Example 3 Bis(3-aminopropyl)tetramethyldisiloxane and 4,4'-diaminodiphenyl ether were prepared in Example 3.
After carrying out a polymerization reaction with pyromellitic dianhydride separately in the same proportion as the above, both were mixed to obtain a 15% solution of the polyimide precursor mixture. The intrinsic viscosity of the polyimide precursor obtained from diaminosoloxane is 0.63, the intrinsic viscosity of the polyimide precursor obtained from silicon-free diamine &t, 2. O
It was O. The silicon content in the polyimide precursor mixture was 0.469% by weight.

この溶液を用いて実施例3と同様の条件でシリコンウェ
ハ上にポリイミド層を形成したところ、シリコンウェハ
との密着性は実施例3に較べて劣っており、特性がばら
つきやず<pc”Fで容易に剥離する場合があった。
When a polyimide layer was formed on a silicon wafer using this solution under the same conditions as in Example 3, the adhesion to the silicon wafer was inferior to that in Example 3, and the characteristics did not vary. In some cases, it peeled off easily.

比較例4 精製N−メチル−2−ピロリドンの使用量を187、5
2 gとし、芳香族テトラカルボン酸二無水物としてピ
ロメリット酸二無水物を21.8g(0゜1モル)、珪
素不含ジアミンとしてパラ−フェニレンジアミンを10
.42g (0,0965モル)、ジアミノソロキサン
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と同様にしてポリイミド前駆体の15重量
%溶液をつくった。
Comparative Example 4 The amount of purified N-methyl-2-pyrrolidone used was 187.5
2 g, 21.8 g (0°1 mole) of pyromellitic dianhydride as the aromatic tetracarboxylic dianhydride, and 10 g of para-phenylenediamine as the silicon-free diamine.
.. 15 of the polyimide precursor was prepared in the same manner as in Example 1, except that 0.87 g (0.0035 mol) of bis(3-aminopropyl)tetramethyldisiloxane was used as diaminosoloxane. A wt% solution was made.

このポリイミド前駆体の固有粘度は1.58で、その珪
素含有量は0.594重量%であった。このようにして
得られたポリイミド前I!1区体溶液を用G1て実施例
1と同様の操作でンリコンウエノ\上GこHミリ/ミド
層を形成したところ、層の密着性は実施例1と同様であ
った。
The intrinsic viscosity of this polyimide precursor was 1.58, and its silicon content was 0.594% by weight. The polyimide prepared in this way was prepared as follows: When a layer was formed using the G1 solution in the same manner as in Example 1, the adhesion of the layer was the same as in Example 1.

つぎに、上記実施例1〜5および比較例1〜4で得られ
た各ポリイミド層につき、同一環境条件下で密着性およ
び電気絶縁性に関する試験を行った。結果は、次の表に
示されるとおりてあった。
Next, the polyimide layers obtained in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 4 were tested for adhesion and electrical insulation under the same environmental conditions. The results were as shown in the following table.

なお、各ポリイミド層の厚みは、すべて50±5μに3
ffJ PIしたものである。
The thickness of each polyimide layer is 3 to 50±5μ.
ffJ PI.

上記の表から明らかなように、この発明の実施例1〜5
に係るポリイミド層は高温品温時の電気特性に−づくれ
かつ密着性にもずくれていることが判る。また、とくに
芳香族テトラカルボン酸二無水物として3・3′・4・
4′−ビフェニルテトラカルホン酸二無水物を用いた実
施例1および2は、他の二無水物を用いた実施例3〜5
に較べて上記両特性とくに高温高温時の電気特性に格段
にずくれていることも判る。
As is clear from the above table, Examples 1 to 5 of this invention
It can be seen that the polyimide layer has poor electrical properties and poor adhesion at high temperatures. In addition, especially as aromatic tetracarboxylic dianhydride, 3, 3', 4,
Examples 1 and 2 using 4'-biphenyltetracarphonic dianhydride are similar to Examples 3 to 5 using other dianhydrides.
It can also be seen that both of the above properties, especially the electrical properties at high temperatures, are significantly different from those of the above.

一方、比較例1から形成されたポリイミド層は電気特性
に劣るごとは無いがシリコンウェハに対する密着性に劣
っていた。また、比較例2.4から形成されたポリイミ
ド層は密着性にそれはと問題は無いものの高温高湿度下
での電気特性に劣り、たとえば比較例2のものは実施例
1から形成されたポリイミド層と比較して体積)曳航率
で約1/100の測定結果であった。また、比較例3は
珪素不含ポリイミド前駆体と珪素含有ポリイミド前駆体
の混合溶液から形成されたボリイミl一層であるが、こ
の場合、全体の珪素含有量がこの発明の範囲に入ってい
ても、密着性、高温高湿下の電気特性にそれほど好結果
が得られていないことが判る。
On the other hand, the polyimide layer formed in Comparative Example 1 had no inferior electrical properties, but poor adhesion to the silicon wafer. In addition, although the polyimide layer formed from Comparative Example 2.4 has no problems with adhesion, it has inferior electrical properties under high temperature and high humidity. The measurement result was about 1/100 of the towing rate (volume). Comparative Example 3 is a single layer of polyimide formed from a mixed solution of a silicon-free polyimide precursor and a silicon-containing polyimide precursor, but in this case, even if the total silicon content is within the range of the present invention. It can be seen that good results were not obtained in terms of adhesion and electrical properties under high temperature and high humidity.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] fi+珪素含有材からなる素地表面に、次の一般式(R
,は二価の有機基、R′は一価の有機基であり、nは1
〜1,000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を同時に
芳香族テトラカルホン酸二無水物と重合反応させるに当
たって、上記のジアミノシロキサンの使用割合を、ジア
ミノ化合物全体量の1〜4モル%の範囲でかつ最終反応
物中に含まれてくる珪素含有量が0.5重1%以下とな
るようにして得たシロキザン変性ポリイミド前駆体を塗
布し、ついで高温加熱処理してポリイミド層を形成する
ことを特徴とする珪素含有材からなる素地表面に密着性
良好なポリイミド層を形成する方法。
The following general formula (R
, is a divalent organic group, R' is a monovalent organic group, and n is 1
In simultaneously polymerizing diaminosiloxane (which is an integer of 1,000 to 1,000) and a diamine that does not contain a silicon atom in the molecule with aromatic tetracarphonic dianhydride, the proportion of the diaminosiloxane used is as follows: Coating a siloxane-modified polyimide precursor obtained in a range of 1 to 4 mol% of the total amount of the diamino compound and such that the silicon content contained in the final reaction product is 0.5% by weight or less, A method for forming a polyimide layer with good adhesion on the surface of a substrate made of a silicon-containing material, the method comprising then performing a high-temperature heat treatment to form a polyimide layer.
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