KR20190082511A - 벤질 알코올기 함유 전구체 고분자, 이로부터 형성된 절연막 및 이를 사용한 절연막 형성 방법 - Google Patents

벤질 알코올기 함유 전구체 고분자, 이로부터 형성된 절연막 및 이를 사용한 절연막 형성 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예들은 말단 캡핑기 및 링커기 중 적어도 하나로서 벤질알코올기를 포함하고, 폴리아믹산 또는 폴리히드록시 아마이드 구조를 갖는 전구체 고분자를 제공한다. 벤질알코올기의 가교에 의해 기계적 특성이 향상된 고분자 구조가 형성될 수 있다.

Description

벤질 알코올기 함유 전구체 고분자, 이로부터 형성된 절연막 및 이를 사용한 절연막 형성 방법{PRECURSOR POLYMER CONTAINING BENZYL ALCOHOL GROUP, INSULATION LAYER FORMED FROM THE SAME AND METHOD OF FORMING INSULATION LAYER USING THE SAME}
본 발명은 벤질 알코올기를 포함하는 전구체 고분자, 이로부터 형성된 절연막 및 이를 사용한 절연막 형성 방법에 관한 것이다.
최근 반도체 소자, 디스플레이 장치 등의 전자 소자 분야에서, 패턴들의 임계 치수가 갈수록 감소하면서, 고해상도 구조가 구현되고 있다.
예를 들면, 반도체 소자에 포함되는 인터커넥션 라인, 비트 라인 등과 같은 배선들의 라인 앤 스페이스(L/S)가 감소하면서 높이도 감소함에 따라, 외부의 미소한 충격에도 상기 배선의 무너지거나 열 손상이 발생할 수 있다. 예를 들면, 상기 배선을 덮는 유기 절연막의 경화 온도가 증가하거나, 경화 수축이 발생하는 경우 배선 역시 손상될 수 있다.
또한, 최근 플렉시블 디스플레이 장치가 개발되면서 디스플레이 패널의 기판 또는 절연 구조를 유연성을 갖는 유기 절연막으로 형성하고 있다. 상기 유기 절연막 형성을 위한 고온 경화 공정 시 디스플레이 장치에 포함된 회로 구조들이 열 손상 될 수 있다.
상기 유기 절연막 소재로서 폴리이미드(polyimide) 또는 폴리벤족사졸(polybenzoxazole)이 채용되고 있으며, 상술한 배선, 기판 등의 열 손상 방지를 위해 저온 경화 공정이 수행될 필요가 있다. 따라서, 예를 들면 250℃ 이하의 저온 경화를 통해서도 원하는 탄성, 내화학성, 경도를 갖는 폴리이미드 또는 폴리벤족사졸 혹은 이의 전구체 구조가 적용될 필요가 있다.
예를 들면, 한국공개특허 제10-2016-0063715호는 수용성 폴리아믹산을 사용한 폴리이미드 제조 방법을 개시하고 있으나, 충분한 저온 경화 특성을 구현하기에는 한계가 있다.
한국공개특허공보 제 10-2016-0063715호
본 발명의 일 과제는 향상된 경화성 및 신뢰성을 갖는 벤질 알코올기 함유 전구체 고분자를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 과제는 상기 벤질 알코올기 함유 전구체 고분자로부터 형성되며 향상된 경화도 및 신뢰성을 갖는 절연막을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 과제는 상기 벤질 알코올기 함유 전구체 고분자를 사용하여 절연막을 형성하는 방법을 제공하는 것이다.
1. 말단 캡핑기 및 링커기 중 적어도 하나로서 벤질알코올기를 포함하고, 폴리아믹산 또는 폴리히드록시 아마이드 구조를 갖는 전구체 고분자.
2. 위 1에 있어서, 상기 벤질알코올기는 상기 링커기로 제공되며, 하기의 화학식 1로 표시되는 화합물로부터 유래하는 전구체 고분자:
[화학식 1]
Figure pat00001
(화학식 1중, Ar1은 탄소수 6 내지 12의 방향족 탄화수소 그룹임).
3. 위 2에 있어서, 상기 벤질알코올기는 하기의 화학식 1-1 또는 1-2의 화합물로부터 유래하는, 전구체 고분자:
[화학식 1-1]
Figure pat00002
[화학식 1-2]
Figure pat00003
.
4. 위 1에 있어서, 상기 벤질알코올기는 상기 말단 캡핑기로 제공되며, 하기의 화학식 2로 표시되는 화합물로부터 유래하는 전구체 고분자:
[화학식 2]
Figure pat00004
(화학식 2 중, Ar2는 탄소수 6 내지 12의 방향족 탄화수소 그룹임).
5. 위 4에 있어서, 상기 벤질알코올기는 하기의 화학식 2-1 내지 2-3의 화합물들로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나로부터 유래하는, 전구체 고분자:
[화학식 2-1]
Figure pat00005
[화학식 2-2]
Figure pat00006
[화학식 2-3]
Figure pat00007
.
6. 위 1에 있어서, 하기 화학식 3으로 표시되는 폴리아믹산 구조를 포함하는, 전구체 고분자:
[화학식 3]
Figure pat00008
(화학식 3중, Ar1 및 Ar2는 탄소수 6 내지 12의 방향족 탄화수소 그룹이고, R1은 방향족기를 포함하는 2가의 유기기이고, R2는 방향족기를 포함하는 4가의 유기기이고, n1 및 n2는 각각 1 내지 10,000의 자연수임).
7. 위 6에 있어서, 폴리이미드 전구체로 제공되는 전구체 고분자.
8. 위 1에 있어서, 하기 화학식 4로 표시되는 폴리히드록시 아마이드 구조를 포함하는, 전구체 고분자:
[화학식 4]
Figure pat00009
(화학식 4중, Ar1 및 Ar2는 탄소수 6 내지 12의 방향족 탄화수소 그룹이고, R3는 방향족기를 포함하는 4가의 유기기이고, R4는 방향족기를 포함하는 2가의 유기기이고, n1 및 n2는 각각 1 내지 10,000의 자연수임).
9. 위 8에 있어서, 폴리벤족사졸 전구체로 제공되는 전구체 고분자.
10. 위 1 내지 9 중 어느 한 항의 전구체 고분자를 포함하는 조성물을 기판 상에 코팅하여 도막을 형성하는 단계; 및
상기 도막을 100 내지 200℃의 온도에서 경화하는 단계를 포함하는, 절연막 형성 방법.
11. 위 1 내지 9중 어느 한 항의 전구체 고분자가 경화된 폴리이미드 구조 또는 폴리벤족사졸 구조를 포함하는 절연막.
12. 위 11에 있어서, 디스플레이 장치의 기판 또는 반도체 장치의 배선 보호막으로 사용되는 절연막.
본 발명의 실시예들에 따른 전구체 고분자는 예를 들면, 폴리이미드 전구체 또는 폴리 벤족사졸 전구체로 제공되며 벤질알코올기를 전구체 고분자 말단에 또는 고분자의 반복단위 내에 포함할 수 있다.
상기 벤질알코올기는 경화 공정을 통해 추가 가교사이트로 제공되어 상기 전구체 고분자 내부에서 이미드화 또는 벤족사졸화 되는 동시에 고분자들끼리 네트워킹이 형성될 수 있다. 따라서, 상대적으로 저온에서 경화 공정이 수행되더라도 충분한 경화도, 경도 및 탄성과 같은 기계적 물성을 확보할 수 있다.
상기 전구체 고분자를 사용하여 반도체 장치 또는 디스플레이 장치에 적용되며, 저온 경화를 통해서도 향상된 경화도, 탄성, 내화학성을 갖는 절연막을 형성할 수 있다.
본 발명의 실시예들은, 벤질알코올기를 함유하는 말단 캡핑기 또는 링커기를 포함하며 저온 경화 공정을 통해 폴리이미드 혹은 폴리벤족사졸 계열의 네트워크 구조를 형성할 수 있는 전구체 고분자를 제공한다. 또한, 상기 전구체 고분자를 사용하여 형성된 절연막 및 이의 형성방법이 제공된다.
이하, 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다.
< 벤질 알코올기를 함유하는 전구체 고분자>
본 출원에서 사용되는 용어 "전구체 고분자"는 중합체 구조를 가지면서 추가 가교 혹은 경화를 통해 다른 고분자 구조로 변환되는 전구체로서 제공되는 화합물을 의미할 수 있다. 본 발명의 실시예들을 통해 제공되는 전구체 고분자는 폴리이미드 혹은 폴리벤족사졸의 전구체로서 제공될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 전구체 고분자가 폴리이미드 전구체로 제공되는 경우, 상기 전구체 고분자는 폴리아믹산(polyamic acid) 구조를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 전구체 고분자가 폴리벤족사졸 전구체로 제공되는 경우, 상기 전구체 고분자는 폴리히드록시 아마이드(polyhydroxy amide) 구조를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 상기 전구체 고분자는 벤질 알코올기를 함유할 수 있다. 상기 벤질 알코올기는 상기 전구체 고분자의 말단 캡핑기 및/또는 링커기로 포함될 수 있다.
상기 벤질 알코올기는 아민기를 포함할 수 있다. 상기 벤질 알코올기가 상기 전구체 고분자의 링커기로 포함되는 경우, 상기 벤질 알코올기는 상기 전구체 고분자의 반복 단위 내에 함유될 수 있다. 이 경우, 상기 벤질 알코올기는 벤질 알코올기 함유 디아민(diamine) 화합물로부터 유래될 수 있다.
상기 벤질 알코올기 함유 디아민 화합물은 예를 들면, 하기의 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00010
화학식 1중, Ar1은 탄소수 6 내지 12의 방향족 탄화수소 그룹일 수 있다. 상기 방향족 탄화수소 그룹은 2개의 벤젠 링이 결합된 구조를 포함할 수도 있다.
예를 들면, 상기 디아민 화합물은 하기의 화학식 1-1 또는 화학식 1-2로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 1-1]
Figure pat00011
[화학식 1-2]
Figure pat00012
화학식 1-2의 경우, 바람직하게는 아민기들은 히드록실기와 메타(metha) 위치에 결합될 수 있다. 이 경우, 상기 디아민 화합물은 하기 화학식 1-2-1의 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 1-2-1]
Figure pat00013
상기 아민기들이 오쏘(ortho) 위치게 결합된 경우, 상기 디아민 화합물은 히드록실기와의 입체 장애로 실질적으로 전구체 고분자의 단량체들과의 반응에 참여하지 못할 수 있다. 상기 아민기들이 파라위치에 결합된 경우, 상기 디아민 화합물의 반응성이 지나치게 증가하여 상기 전구체 고분자의 단량체들의 중합 반응이 오히려 저해될 수 있다.
상기 벤질 알코올기가 상기 전구체 고분자의 말단 캡핑기로 제공되는 경우, 상기 벤질 알코올기는 벤질 알코올기 함유 모노아민 화합물로부터 유래될 수 있다.
예를 들면, 상기 벤질 알코올기 함유 모노아민 화합물은 하기 화학식 2로 표시될 수 있다.
[화학식 2]
Figure pat00014
화학식 2 중, Ar2는 탄소수 6 내지 12의 방향족 탄화수소 그룹일 수 있다. 바람직하게는 상기 모노아민 화합물은 하기 화학식 2-1 내지 2-3의 화합물들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
[화학식 2-1]
Figure pat00015
[화학식 2-2]
Figure pat00016
[화학식 2-3]
Figure pat00017
상기 벤질 알코올기가 상기 전구체 고분자의 말단 캡핑기로 제공되는 경우, 상기 벤질 알코올기 함유 모노아민 화합물은 상기 전구체 고분자의 분자량 조절제로서 작용할 수도 있다.
일부 예시적인 실시예들에 있어서, 상기 벤질 알코올기를 함유하는 전구체 고분자는 폴리아믹산 구조를 포함하는 폴리이미드 전구체로서 제공되며, 예를 들면 하기의 화학식 3으로 표시될 수 있다. 화학식 3에 표시된 바와 같이, 상기 벤질 알코올기는 전구체 고분자의 말단 캡핑기 및 링커기로서 각각 포함될 수 있다.
[화학식 3]
Figure pat00018
화학식 3중, Ar1 및 Ar2는 화학식 1 및 2에서 정의된 바와 같다. R2는 방향족기를 포함하는 4가의 유기기를 나타낼 수 있다. R1은 방향족기를 포함하는 2가의 유기기를 나타낼 수 있다. n1 및 n2는 반복수를 나타내는 자연수이다. 예를 들면, n1 및 n2는 1 내지 10,000의 자연수 일 수 있다.
n1으로 표시된 단위는 디아민 전구체 및 이산 무수물(diacid anhydride) 전구체가 서로 결합하여 생성된 아믹산 단위를 나타내며, n2로 표시된 단위는 벤질알코올기가 링커기로 결합된 아믹산 단위를 나타낼 수 있다.
상기 디아민 전구체 및 이산 무수물 전구체로서 폴리이미드 혹은 폴리아믹산 합성을 위해 당해 기술분야에서 상용되는 화합물들을 특별한 제한없이 사용할 수 있다.
비제한적인 예로서 상기 디아민 전구체 및 상기 이산 무수물 전구체는 각각 하기의 화학식 3-1 및 화학식 3-2로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 3-1]
Figure pat00019
[화학식 3-2]
Figure pat00020
예를 들면, 이산 무수물 전구체가 상기 화학식 3-2의 화합물을 포함하는 경우, -CF3기가 전자 끌개 그룹으로 작용하여 디아민 전구체의 친핵성 공격을 촉진할 수 있다. 따라서, 낮은 온도에서도 용이하게 폴리아믹산 구조를 수득할 수 있다.
일부 예시적인 실시예들에 있어서, 상기 벤질 알코올기를 함유하는 전구체 고분자는 폴리히드록시 아미드 구조를 포함하는 폴리벤족사졸 전구체로서 제공되며, 예를 들면 하기의 화학식 4으로 표시될 수 있다. 화학식 4에 표시된 바와 같이, 상기 벤질 알코올기는 전구체 고분자의 말단 캡핑기 및 링커기로서 각각 포함될 수 있다.
[화학식 4]
Figure pat00021
화학식 4중, Ar1 및 Ar2는 화학식 1 및 2에서 정의된 바와 같다. R4는 방향족기를 포함하는 2가의 유기기를 나타낼 수 있다. R3은 방향족기를 포함하는 4가의 유기기를 나타낼 수 있다. n3 및 n4는 반복수를 나타내는 자연수이다. 예를 들면, n3 및 n4는 1 내지 10,000의 자연수 일 수 있다.
n3으로 표시된 단위는 디아미노알코올 전구체, 및 디카르복실산 전구체 혹은 디아실 할라이드 전구체가 서로 결합하여 생성된 히드록시 아마이드 단위를 나타내며, n4로 표시된 단위는 벤질알코올기가 링커기로 결합된 히드록시 아마이드 단위를 나타낼 수 있다.
상기 디아미노 알코올 전구체 및 디아실 할라이드 전구체로서 폴리히드록시 아마이드 및 폴리벤족사졸 합성을 위해 당해 기술분야에서 상용되는 화합물들을 특별한 제한없이 사용할 수 있다.
비제한적인 예로서 상기 디아미노 알코올 전구체 및 상기 디아실 할라이드 전구체는 각각 하기의 화학식 4-1 및 화학식 4-2로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 4-1]
Figure pat00022
[화학식 4-2]
Figure pat00023
화학식 3으로 표시된 전구체 고분자는 후속 열경화 공정을 통해 폴리이미드 구조로 변환될 수 있다. 예를 들면, 화학식 3의 n1 및 n2로 표시된 단위들 내에서 인접한 카르복실기 및 아민기 사이의 탈수 축합에 의해 이미드화 반응이 진행되어 폴리이미드 구조가 형성될 수 있다.
화학식 4로 표시된 전구체 고분자는 후속 열경화 공정을 통해 폴리벤족사졸 구조로 변환될 수 있다. 예를 들면, 화학식 4의 n3 및 n4로 표시된 단위들 내에서 인접한 아마이드 그룹 및 히드록실 그룹 사이의 탈수 축합에 의해 옥사졸화 반응이 진행되어 폴리벤족사졸 구조가 형성될 수 있다.
상기 이미드화 반응 또는 옥사졸화 반응과 함께 벤질알코올기를 포함하는 말단 캡핑기 및 링커기들을 통해 서로 다른 전구체 고분자들끼리 네트워킹이 생성될 수 있다. 예들 들면, 말단 캡핑기들의 아릴링들 사이, 말단 캡핑기 및 링커기의 아릴링들 사이 및/또는 링커기들의 아릴링들 사이에서의 중합 반응에 의해 입체적인 가교가 생성될 수 있다.
이에 따라, 고분자 구조의 추가적인 가교 또는 네트워킹에 의해 경화도가 추가로 상승되며, 상대적으로 저온에서도 충분한 경화성 절연막이 형성될 수 있다.
<절연막 및 절연막의 형성 방법>
본 발명의 실시예들은 상술한 전구체 고분자를 사용하여 형성된 절연막 및 절연막의 형성 방법을 제공한다.
본 출원에 사용된 용어 "절연막"은 층 구조 뿐만 아니라, 절연 패턴, 절연 기판을 포괄하는 의미로 사용된다.
예시적인 실시예들에 따르면, 상기 벤질 알코올기 함유 전구체 고분자를 포함하는 절연막 코팅 조성물을 제조할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 절연막 코팅 조성물은 상기 화학식 3으로 표시되는 폴리이미드 전구체 고분자를 포함할 수 있다. 상기 폴리아미드 전구체 고분자는 화학식 1 또는 2로 표시되는 벤질알코올기 함유 디아민 및/또는 모노아민 화합물, 디아민 전구체 및 이산 무수물 전구체를 유기 용매에 혼합하고 용액 중합 반응을 유도하여 형성될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 절연막 코팅 조성물은 상기 화학식 4로 표시되는 폴리벤족사졸 고분자를 포함할 수 있다. 상기 폴리아미드 전구체 고분자는 화학식 1 또는 2로 표시되는 벤질알코올기 함유 디아민 혹은 모노아민 화합물, 디아미노알코올 전구체 및 디아실 할라이드 전구체(또는 디카르복실산 전구체)를 유기 용매에 혼합하고 용액 중합 반응을 유도하여 형성될 수 있다.
상기 유기 용매는 예를 들면, 에틸렌글리콜모노메틸에테르, 에틸렌글리콜모노에틸 에테르, 메틸셀로솔브아세테이트, 에틸셀로솔브아세테이트, 디에틸렌글리콜모노메틸에테르, 디에틸렌 글리콜모노에틸에테르, 프로필렌글리콜메틸에테르, 프로필렌글리콜메틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜프로필에테르아세테이트, 1-메톡시-2-프로판올 아세테이트, 1-메톡시-2-프로판올, 디에틸렌글리콜디메틸에테르, 에틸 락테이트, 톨루엔, 자이렌, 메틸에틸케톤, 사이클로헥사논, 헵타논, γ-부티로 락톤, N-메틸-2-피롤리돈(NMP), m-크레졸 등을 포함 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 절연막 코팅 조성물은 이미드화 혹은 옥사졸화 반응 촉진을 위한 촉매를 더 포함할 수도 있다. 예를 들면, 상기 촉매는 아세트산 무수물 (acetic anhydride), 피리딘(pyridine) 등과 같은 유기 아민, p-톨루엔술폰산(ptoluenesulfonic acid) 또는 히드록시 벤조산과 같은 유기산 계열 화합물을 포함할 수 있다. 상기 촉매가 포함되는 경우 화학적 이미드화(혹은 옥사졸화) 및 열 이미드화(혹은 옥사졸화)가 동시에 진행될 수 있다.
상기 절연막 코팅 조성물에 있어서, 상기 유기 용매에 혼합되는 총 전구체들 대비 상기 벤질알코올기 함유 전구체(상기 벤질알코올기 함유 모노아민 또는 디아민 화합물)의 당량비는 약 5 내지 10몰%일 수 있으며, 조성물 총 중량 중 유기 용매의 함량은 약 50 내지 95 중량%일 수 있다. 이 경우, 적절한 상기 폴리이미드 혹은 폴리벤족사졸의 분자량이 획득될 수 있으며, 조성물의 코팅성이 향상될 수 있다.
상기 절연막 코팅 조성물을 기판 상에 도포한 후, 열 경화 공정을 통해 폴리이미드 구조 또는 폴리벤족사졸 구조를 포함하는 절연막이 형성될 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 상기 열 경화 공정은 250℃ 이하의 온도에서 수행되는 저온 경화 공정을 포함하며, 일부 실시예들에 있어서, 100 내지 200℃의 범위에서 수행될 수 있다.
상술한 바와 같이, 벤질알코올기를 통해 추가적인 고분자 네트워킹이 형성되므로 저온경화를 통해서도 충분한 경도 및 탄성을 갖는 절연막이 형성될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 절연막은 디스플레이 장치의 박막 트랜지스터(TFT) 어레이 기판과 같은 플렉시블 특성을 갖는 유연 기판으로 활용될 수 있다.
예를 들면, 캐리어 기판 상에 상기 절연막 코팅 조성물을 코팅하여 예비 기판을 형성할 수 있다. 이후 상기 예비 기판에 대해 상술한 저온 경화 공정을 수행하여 상기 유연 기판을 형성할 수 있다.
이후, 상기 유연 기판 상에 TFT 어레이를 형성하고, 상기 TFT 어레이를 덮는 절연 구조를 형성한 후, 상기 캐리어 기판을 제거할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 캐리어 기판의 탈착 혹은 제거를 촉진하기 위해 상기 캐리어 기판 상에 상기 절연막 코팅 조성물을 도포하기 전에 희생층을 형성할 수도 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 절연막은 반도체 장치의 층간 절연막 또는 배선 보호막 과 같은 절연 구조로 활용될 수 있다. 예를 들면, 상기 절연막 코팅 조성물이 배선이 형성된 반도체 소자의 기판 상에 코팅되고 경화 공정을 통해 폴리이미드 혹은 폴리벤족사졸을 포함하는 보호막이 형성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 절연막 코팅 조성물은 광 개시제와 같은 광활성 제제를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 절연막 코팅 조성물은 감광성을 가질 수 있으며, 노광 및 현상 공정을 통해 패터닝될 수도 있다. 이 경우, 상기 절연막은 상기 배선을 선택적으로 덮도록 패터닝될 수도 있다.
상기 광활성 제제는 G-라인, I-라인 등에 대하여 반응성을 갖는 디아조 나프타퀴논(diazo naphta quinone; DNQ) 혹은 나프토퀴논 디아자이드(naphtoquinone diazaide; NQD) 계열의 화합물일 수 있다.
또한, 상기 절연막 코팅 조성물은 상기 전구체 고분자와 상기 광활성 제제로부터 유도된 광반응을 통해 가교될 수 있는 가교제를 더 포함할 수도 있다. 상기 가교제는 예를 들면, 디비닐아릴, 디비닐알칸, 프탈릭 무수물, 테트라하이드로프탈릭 무수물, 나딕 메틸 무수물, 클로로엔딕 무수물, 페놀-포름알데하이드, 헥사메틸렌테타민, 아릴 에폭사이드, 알킬 에폭사이드 등을 들 수 있다. 이들은 단독 또는 2종 이상이 조합되어 사용될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 절연막 코팅 조성물을 기판 상에 도포 후, 제1 베이킹(예를 들면, 소프트 베이킹) 공정이 수행될 수 있다. 이후, 노광 공정이 수행되고, 제2 베이킹(예를 들면, 노광 후 베이킹(PEB) 혹은 하드 베이킹) 공정이 수행되어 상기 절연막이 형성될 수 있다.
상기 제1 및 제2 베이킹 공정은 모두 250℃ 이하의 온도(예를 들면, 100 내지 200℃)에서 수행되는 저온 경화 공정일 수 있다.
상술한 바와 같이, 예시적인 실시예들에 따른 폴리이미드 또는 폴리벤족사졸 구조의 절연막은 저온 경화를 통해 형성되므로, 절연막의 경화 수축, 고온 경화에 따른 배선, TFT, 절연 구조의 기계적, 열적 손상을 억제할 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예들 및 비교예를 포함하는 실험예를 제시하나, 이들 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 첨부된 특허청구범위를 제한하는 것이 아니며, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 실시예에 대한 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
실시예 및 비교예
하기에 기재된 바와 같이 전구체 혼합물 10중량부를 NMP 용제 90중량부에 용해시키고, 상온에서 10시간 동안 천천히 반응시켜 전구체 고분자가 용해된 절연막 코팅 조성물이 제조되었다. 중합체의 중량평균 분자량(Mw)은 겔 투과 크로마토그래피(GPC)를 활용한 폴리스티렌 환산 분자량으로 측정되었다.
실시예 1: 폴리아믹산 구조의 폴리이미드 전구체 고분자의 합성
Figure pat00024
,
Figure pat00025
,
Figure pat00026
,
Figure pat00027
(8: 1.6 : 0.8 : 10 몰비율)의 중합반응으로 생성된 전구체 고분자(중량평균분자량: 12,500)
실시예 2: 폴리아믹산 구조의 폴리이미드 전구체 고분자의 합성
Figure pat00028
,
Figure pat00029
,
Figure pat00030
,
Figure pat00031
(8: 1.6 : 0.8 : 10 몰비율)의 중합반응으로 생성된 전구체 고분자(중량평균분자량: 11,800)
실시예 3: 폴리히드록시 아마이드 구조의 폴리벤족사졸 전구체 고분자의 합성
Figure pat00032
,
Figure pat00033
,
Figure pat00034
,
Figure pat00035
(8: 1.6 : 0.8 : 10 몰비율)의 중합반응으로 생성된 전구체 고분자(중량평균분자량: 10,800)
실시예 4: 폴리히드록시 아마이드 구조의 폴리벤족사졸 전구체 고분자의 합성
Figure pat00036
,
Figure pat00037
,
Figure pat00038
,
Figure pat00039
(8: 1.6 : 0.8 : 10 몰비율)의 중합반응으로 생성된 전구체 고분자(중량평균분자량: 10,500)
실시예 5: 폴리아믹산 구조의 폴리이미드 전구체 고분자의 합성
Figure pat00040
,
Figure pat00041
,
Figure pat00042
(9.6 : 0.8 : 10 몰비율)의 중합반응으로 생성된 전구체 고분자(중량평균분자량: 12,500)
실시예 6: 폴리히드록시 아마이드 구조의 폴리벤족사졸 전구체 고분자의 합성
Figure pat00043
,
Figure pat00044
,
Figure pat00045
(9.6 : 0.8 : 10 몰비율)의 중합반응으로 생성된 전구체 고분자(중량평균분자량: 11,800)
실시예 7: 폴리히드록시 아마이드 구조의 폴리벤족사졸 전구체 고분자의 합성
Figure pat00046
,
Figure pat00047
,
Figure pat00048
,
Figure pat00049
(8: 1.6 : 0.8 : 10 몰비율)의 중합반응으로 생성된 전구체 고분자(중량평균분자량: 10,300 )
비교예 1: 폴리아믹산 구조의 폴리이미드 전구체 고분자의 합성
Figure pat00050
,
Figure pat00051
,
Figure pat00052
(9.6 : 0.8: 10 몰비율)의 중합반응으로 생성된 전구체 고분자(중량평균분자량: 12,100)
비교예 2: 폴리히드록시 아마이드 구조의 폴리벤족사졸 전구체 고분자의 합성
Figure pat00053
,
Figure pat00054
,
Figure pat00055
(9.6 : 0.8: 10 몰비율)의 중합반응으로 생성된 전구체 고분자(중량평균분자량: 11,900)
실험예
실시예 및 비교예들에 따른 절연막 코팅 조성물을 실리콘 웨이퍼 상에 스핀 코팅한 후, 200℃의 온도로 1시간 동안 경화하여 1,000 Å 두께의 폴리이미드 절연막을 형성하였다. 형성된 상기 폴리이미드 절연막에 대해 아래와 같이 물성을 평가하였으며, 결과는 하기의 표 1에 나타낸다.
(1) 내용제성 평가
실시예 및 비교예들의 폴리이미드 절연막을 NMP 용제 내에 침지한 후 85℃로 가열하면서 10시간 동안 방치하여 용제 처리 전/후의 절연막 외관 상의 변화를 확인하여 아래와 같이 평가하였다.
<내용제성 판정>
◎: 절연막 표면 외관 변화 없음
○: 절연막 표면 상에 일부 딤플(dimple) 관찰
△: 절연막 표면의 일부 손상, 박리 관찰됨
×: 절연막의 두께가 전체적으로 감소됨
(2) 탄성률 평가
시마즈 제작소에서 제조한 오토 그래프 AGS-10kN을 사용하여, 크로스 헤드 스피드 100 mm/min, 척간 거리 50 mm, 필름 폭 10 mm로 폴리이미드 절연막의 인장 탄성률을 측정하였다
◎: 인장 탄성률 10GPa 이상
○: 인장 탄성률 8GPa 이상
△: 인장 탄성률 5 GPa 이상 및 8 GPa 미만
×: 인장 탄성률 5 GPa 미만
내용제성 탄성률
실시예 1 ◎ ◎
실시예 2 ◎ ◎
실시예 3 ◎ ◎
실시예 4 ◎ ◎
실시예 5 ○ ○
실시예 6 ○ ○
실시예 7 ○ ○
비교예 1 △ △
비교예 2 × ×
표 1을 참조하면, 예시적인 실시예들에 따른 벤질알코올기가 함유된 실시예들에 전구체 고분자들의 경우 비교예들에 비해 현저히 향상된 내용제성 및 탄성률이 획득되었다. 상기 벤질알코올기 함유 그룹이 말단 캡핑기 및 링커기로 포함된 실시예 1 내지 4의 경우, 보다 향상된 탄성 특성이 구현되었다.

Claims (12)

  1. 말단 캡핑기 및 링커기 중 적어도 하나로서 벤질알코올기를 포함하고, 폴리아믹산 또는 폴리히드록시 아마이드 구조를 갖는 전구체 고분자.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 벤질알코올기는 상기 링커기로 제공되며, 하기의 화학식 1로 표시되는 화합물로부터 유래하는 전구체 고분자:
    [화학식 1]
    Figure pat00056

    (화학식 1중, Ar1은 탄소수 6 내지 12의 방향족 탄화수소 그룹임).
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 벤질알코올기는 하기의 화학식 1-1 또는 1-2의 화합물로부터 유래하는, 전구체 고분자:
    [화학식 1-1]
    Figure pat00057

    [화학식 1-2]
    Figure pat00058
    .
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 벤질알코올기는 상기 말단 캡핑기로 제공되며, 하기의 화학식 2로 표시되는 화합물로부터 유래하는 전구체 고분자:
    [화학식 2]
    Figure pat00059

    (화학식 2 중, Ar2는 탄소수 6 내지 12의 방향족 탄화수소 그룹임).
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 벤질알코올기는 하기의 화학식 2-1 내지 2-3의 화합물들로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나로부터 유래하는, 전구체 고분자:
    [화학식 2-1]
    Figure pat00060

    [화학식 2-2]
    Figure pat00061

    [화학식 2-3]
    Figure pat00062
    .
  6. 청구항 1에 있어서, 하기 화학식 3으로 표시되는 폴리아믹산 구조를 포함하는, 전구체 고분자:
    [화학식 3]
    Figure pat00063

    (화학식 3중, Ar1 및 Ar2는 탄소수 6 내지 12의 방향족 탄화수소 그룹이고, R1은 방향족기를 포함하는 2가의 유기기이고, R2는 방향족기를 포함하는 4가의 유기기이고, n1 및 n2는 각각 1 내지 10,000의 자연수임).
  7. 청구항 6에 있어서, 폴리이미드 전구체로 제공되는 전구체 고분자.
  8. 청구항 1에 있어서, 하기 화학식 4로 표시되는 폴리히드록시 아마이드 구조를 포함하는, 전구체 고분자:
    [화학식 4]
    Figure pat00064

    (화학식 4중, Ar1 및 Ar2는 탄소수 6 내지 12의 방향족 탄화수소 그룹이고, R3는 방향족기를 포함하는 4가의 유기기이고, R4는 방향족기를 포함하는 2가의 유기기이고, n1 및 n2는 각각 1 내지 10,000의 자연수임).
  9. 청구항 8에 있어서, 폴리벤족사졸 전구체로 제공되는 전구체 고분자.
  10. 청구항 1 내지 9 중 어느 한 항의 전구체 고분자를 포함하는 조성물을 기판 상에 코팅하여 도막을 형성하는 단계; 및
    상기 도막을 100 내지 200℃의 온도에서 경화하는 단계를 포함하는, 절연막 형성 방법.
  11. 청구항 1 내지 9중 어느 한 항의 전구체 고분자가 경화된 폴리이미드 구조 또는 폴리벤족사졸 구조를 포함하는 절연막.
  12. 청구항 11에 있어서, 디스플레이 장치의 기판 또는 반도체 장치의 배선 보호막으로 사용되는 절연막.
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