專利名稱:可溶性聚酰亞胺的生產(chǎn)工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種有機(jī)高分子材料的生產(chǎn)方法,特別是涉及一種可溶性聚酰亞胺的 生產(chǎn)工藝。
背景技術(shù):
聚酰亞胺(Polyimide,PI)是一種很好的工程材料,因其在性能和合成方面的突 出特點(diǎn),不論是作為結(jié)構(gòu)材料或是功能材料,在航空、航天、微電子、納米、液晶、分離膜等領(lǐng) 域都得到了廣泛的應(yīng)用。近年來,對(duì)聚酰亞胺的研究、開發(fā)和利用也很活躍,對(duì)聚酰亞胺性 能的研究也很多,從可溶性方面、復(fù)合材料等方面也都在進(jìn)行著研究。在微電子器件領(lǐng)域, 聚酰亞胺可作為絕緣層、緩沖層、保護(hù)層等功能,電子器件的電極材料一般為金屬鋁,因此, 在長期的使用過程中,鋁電極會(huì)被腐蝕從而造成器件性能的改變。為此,有的采用在鋁電 極上淀積一層鈍化層(如氮化硅)的辦法來保護(hù)鋁電極,有的則直接使用貴金屬(如金、銀 等)作為電極。當(dāng)前聚酰亞胺導(dǎo)電薄膜大多通過在聚酰亞胺成膜之前,在溶劑中添加導(dǎo)電 粒子或納米材料(如碳納米管等),然后經(jīng)亞胺化后生成?;蛘呤窃诰埘啺繁∧こ赡ひ院?再經(jīng)表面處理,通過化學(xué)方法將金屬摻入聚酰亞胺,在其薄膜表面形成導(dǎo)電薄膜。對(duì)前者來 說,由于采用有機(jī)溶劑,導(dǎo)電粒子或納米材料有可能因?yàn)榉植疾痪斐缮傻木埘啺?薄膜表面導(dǎo)電不均勻,影響性能;而對(duì)后者來說,工藝復(fù)雜,成本較高。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種生產(chǎn)效率高、成本低廉和導(dǎo)電性均勻的可溶性聚酰亞 胺的生產(chǎn)工藝。為實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明的技術(shù)解決方案是本發(fā)明是一種可溶性聚酰亞胺的生產(chǎn)工藝,它包括以下步驟(1)聚酰胺酸溶液的配制將均苯二酐PMDA和二苯醚二胺ODA按1 1的比例在 非質(zhì)子溶液(DMF或DMAC)中在_20°C 室溫的溫度下反應(yīng),反應(yīng)時(shí)將均苯二酐以固態(tài)形式 加入到二苯醚二胺的溶液中,同時(shí)開始攪拌,生成的聚酰胺酸溶液清澈透明;型硅襯底的清洗采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)濕法清洗工藝(RCA清洗工藝)對(duì)硅襯底進(jìn) 行清洗,用氮?dú)獯蹈桑?3)P型硅襯底的氧化依以下步驟對(duì)P型硅襯底進(jìn)行氧化,①1000°C溫度下用干 氧純氧氧化3小時(shí),②在100(TC溫度下用濕氧純氧氧化3小時(shí),③在100(TC溫度下用干氧 純氧氧化3小時(shí),順序生長二氧化硅氧化層,厚度為700-900nm ;(4)蒸鍍含硅的鋁電極二用真空鍍膜的方法在二氧化硅氧化層上蒸鍍含硅的鋁電 極,其中硅的含量為5-7%,鋁電極中參入少量硅的目的是增強(qiáng)鋁電極與硅襯底上氧化層之 間的粘合度;(5)在鋁電極上旋涂聚酰胺酸在涂敷之前先將聚酰胺酸在室溫下靜置1小時(shí),以 避免旋涂的過程中出現(xiàn)氣泡、孔洞等缺陷影響聚酰亞胺膜的質(zhì)量;然后,以7000轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速在已蒸鍍好的硅鋁電極上旋涂聚酰胺酸薄膜。步驟(1)中的均苯二酐使用用升華得到的均苯二酐以避免水解。步驟(1)中,在攪拌時(shí)外加冷卻。所述的非質(zhì)子溶液為DMF或DMAC。采用上述方案后,由于本發(fā)明用均苯二酐PMDA不經(jīng)過二酐,直接和二苯醚二胺 ODA聚合得到聚酰亞胺,與通常采用聚酰亞胺與其他材料混合加工的方法制備聚酰亞胺復(fù) 合材料而使聚酰亞胺薄膜導(dǎo)電的功能相比較,本發(fā)明具有生產(chǎn)工藝簡單、成本低廉和導(dǎo)電 性均勻等特點(diǎn),而且與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝兼容,可用于集成電路生產(chǎn)工藝中鋁電極的保護(hù)。此外,在研制電容型濕度傳感器的過程中,采用摻硅的金屬電極來增加電極與氧 化層之間的粘合強(qiáng)度,采用可溶性聚酰亞胺作為感濕介質(zhì),結(jié)果發(fā)現(xiàn)在硅-鋁電極上涂敷 聚酰亞胺薄膜后聚酰亞胺薄膜如同純鋁電極一樣導(dǎo)電。將此種聚酰亞胺薄膜用作濕度傳感 器的電極,則可以在不增加鈍化層或者使用貴金屬的情況下使用簡單的工藝來達(dá)到保護(hù)電 極的目的,不僅可以節(jié)約成本,并可以使傳感器的性能得到極大保證。下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
圖1是亞胺化后聚酰亞胺薄膜的顯微鏡照片;圖2A是采用本發(fā)明生產(chǎn)純鋁電極的樣品斷面SEM照片;圖2B是采用本發(fā)明生產(chǎn)含有鋁微粒的硅鋁電極樣品斷面SEM照片;圖3為帶有不同形狀的島狀微粒的界面圖;
圖4為島狀微粒界面的EDS能譜圖;圖5為兩個(gè)不同的島狀微粒面分布(MAP)圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明是一種可溶性聚酰亞胺的生產(chǎn)工藝,它包括以下步驟(1)聚酰胺酸溶液的配制將均苯二酐PMDA和二苯醚二胺ODA按1 1的比例在 非質(zhì)子溶液(DMF或DMAC)中在_20°C 室溫的溫度下反應(yīng),反應(yīng)時(shí)將均苯二酐以固態(tài)形式 加入到二苯醚二胺的溶液中,同時(shí)開始攪拌(必要時(shí)需要外加冷卻),生成的聚酰胺酸溶液 清澈透明;型硅襯底的清洗采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)濕法清洗工藝(RCA清洗工藝)對(duì)硅襯底進(jìn) 行清洗,用氮?dú)獯蹈桑?3)P型硅襯底的氧化依以下步驟對(duì)P型硅襯底進(jìn)行氧化,①1000°C溫度下用干 氧純氧氧化3小時(shí),②在100(TC溫度下用濕氧純氧氧化3小時(shí),③在100(TC溫度下用干氧 純氧氧化3小時(shí),順序生長二氧化硅氧化層,厚度為700-900nm。(4)蒸鍍含硅的鋁電極二用真空鍍膜的方法在二氧化硅氧化層上蒸鍍含硅的鋁電 極,其中硅的含量為5-7%,鋁電極中參入少量硅的目的是增強(qiáng)鋁電極與硅襯底上氧化層之 間的粘合度。鋁電極厚度為1.4um。(5)在鋁電極上旋涂聚酰胺酸在涂敷之前先將聚酰胺酸在室溫下靜置1小時(shí),以 避免旋涂的過程中出現(xiàn)氣泡、孔洞等缺陷影響聚酰亞胺膜的質(zhì)量;然后,以7000轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)
4速在已蒸鍍好的硅鋁電極上旋涂聚酰胺酸薄膜。此外,在步驟(1)中所用的均苯二酐采用剛升華得到的均苯二酐以避免水解。性能測試導(dǎo)電性樣品自然冷卻以后,測試聚酰亞胺膜表面的絕緣性能,發(fā)現(xiàn)其導(dǎo)通狀態(tài)良好。在 顯微鏡下觀察聚酰亞胺膜表面,發(fā)現(xiàn)表面有很多黑色斑點(diǎn)(如圖1所示),黑點(diǎn)的大小不一 致,分布不規(guī)則,但大面積來看密度是均勻的。用XP-3型臺(tái)階儀測試,聚酰亞胺膜的厚度 0.45um,表層的黑點(diǎn)呈凸起狀,高度為0. 15um 0. 38um不等。用四探針法測試其方塊電阻 為0. 02 Ω/,導(dǎo)通狀態(tài)良好。而在未涂敷聚酰亞胺薄膜的硅鋁電極上,Al薄膜的方塊電阻亦 為0. 02 Ω/,因此可以認(rèn)為聚酰亞胺薄膜的導(dǎo)電性很好。表面成分起初本發(fā)明人認(rèn)為是在聚酰胺酸亞胺化的過程中,聚酰氨酸中的某種成分與鋁電 極發(fā)生了相互作用,在亞胺化過程中由于某種作用發(fā)生了金屬化,造成鋁元素在聚酰亞胺 薄膜中的擴(kuò)散而導(dǎo)致了聚酰亞胺薄膜的導(dǎo)電。為此,用Hitachi S-4800型場發(fā)射掃描電子 顯微鏡(Field emission scanning electron microscopy, FE-SEM)觀察樣品斷面的微觀 形貌和結(jié)構(gòu),并結(jié)合能譜(Energy di spersivespectrometry,EDS)分析樣品微區(qū)元素組成 及分布。(I)SEM 測試首先,分別對(duì)采取純鋁電極和硅鋁電極的樣品進(jìn)行了斷面掃描,圖2A、圖2B為二 者的SEM照片。在采用純鋁電極時(shí),聚酰亞胺薄膜、鋁電極均非常平整;而采用硅鋁電極時(shí), 除了大部分區(qū)域如純鋁電極一樣平整之外,還存在許多如圖2B所示的島狀微粒。圖3為帶 有不同形狀的島狀微粒的樣品斷面。⑵PI薄膜EDS分析為確定島狀微粒的成分,我們選取了圖2B中含有島狀微粒的斷面進(jìn)行EDS分析, 圖4和表1分別為其中一個(gè)鋁微粒的EDS能譜圖,除N元素由于儀器的原因無法測出外樣 品中只含有C、0、Al、Si四種元素。從圖4中可以看出,該島狀微粒主要由鋁元素組成。由 于硅襯底及Si02層的存在,測得的Si元素成分與鋁較為接近。定量結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種可溶性聚酰亞胺的生產(chǎn)工藝,其特征在于它包括以下步驟(1)聚酰胺酸溶液的配制將均苯二酐PMDA和二苯醚二胺ODA按1 1的比例在非質(zhì) 子溶液中在-20°C 室溫的溫度下反應(yīng),反應(yīng)時(shí)將均苯二酐以固態(tài)形式加入到二苯醚二胺 的溶液中,同時(shí)開始攪拌,生成的聚酰胺酸溶液清澈透明;O) P型硅襯底的清洗采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)濕法清洗工藝對(duì)硅襯底進(jìn)行清洗,用氮?dú)獯蹈桑?3)P型硅襯底的氧化依以下步驟對(duì)P型硅襯底進(jìn)行氧化,①1000°C溫度下用干氧純 氧氧化3小時(shí),②在100(TC溫度下用濕氧純氧氧化3小時(shí),③在100(TC溫度下用干氧純氧 氧化3小時(shí),順序生長二氧化硅氧化層,厚度為700-900nm ;(4)蒸鍍含硅的鋁電極二用真空鍍膜的方法在二氧化硅氧化層上蒸鍍含硅的鋁電極, 其中硅的含量為5-7%,鋁電極中參入少量硅的目的是增強(qiáng)鋁電極與硅襯底上氧化層之間 的粘合度;(5)在鋁電極上旋涂聚酰胺酸在涂敷之前先將聚酰胺酸在室溫下靜置1小時(shí),以避免 旋涂的過程中出現(xiàn)氣泡、孔洞等缺陷影響聚酰亞胺膜的質(zhì)量;然后,以7000轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速在 已蒸鍍好的硅鋁電極上旋涂聚酰胺酸薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可溶性聚酰亞胺的生產(chǎn)工藝,其特征在于步驟(1)中的均 苯二酐使用剛升華得到的均苯二酐以避免水解。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可溶性聚酰亞胺的生產(chǎn)工藝,其特征在于步驟(1)中,在攪 拌時(shí)外加冷卻。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可溶性聚酰亞胺的生產(chǎn)工藝,其特征在于所述的非質(zhì)子溶 液為DMF或DMAC。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可溶性聚酰亞胺的生產(chǎn)工藝,它包括聚酰胺酸溶液的配制、P型硅襯底的清洗、P型硅襯底的氧化、蒸鍍含硅的鋁電極等步驟。由于本發(fā)明用均苯二酐PMDA不經(jīng)過二酐,直接和二苯醚二胺ODA聚合得到聚酰亞胺,與通常采用聚酰亞胺與其他材料混合加工的方法制備聚酰亞胺復(fù)合材料而使聚酰亞胺薄膜導(dǎo)電的功能相比較,本發(fā)明具有生產(chǎn)工藝簡單、成本低廉和導(dǎo)電性均勻等特點(diǎn),而且與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝兼容,可用于集成電路生產(chǎn)工藝中鋁電極的保護(hù)。
文檔編號(hào)H01L21/28GK102110599SQ20101053536
公開日2011年6月29日 申請(qǐng)日期2010年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月1日
發(fā)明者楊建紅, 賈水英 申請(qǐng)人:蘭州大學(xué)