Полиимидная композиция для защиты кристаллов полупроводниковых приборов и интегральных схем

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ПОЛИИМИДНАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ЗАЩИТЫ КРИСТАЛЛОВ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ И ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ(71) Заявители Учреждение образования Белорусский государственный технологический университет Научно-исследовательское республиканское унитарное предприятие Минский НИИ радиоматериалов(72) Авторы Крутько Эльвира Тихоновна Глоба Анастасия Ивановна Галиева Жаннета Николаевна Жарская Тамара Александровна Глоба Иван Иванович(73) Патентообладатели Учреждение образования Белорусский государственный технологический университет Научно-исследовательское республиканское унитарное предприятие Минский НИИ радиоматериалов(56) КРУТЬКО Э.Т. и др. Труды Белорусского государственного технологического университета. Серия . Химия и технология органических веществ,2003. Вып. . - . 106-109. МАРТИНКЕВИЧ А.А. и др. Весц Нацыянальнай акадэм навук Беларус. Серыя хмчных навук. - 1999. -2. . 85-88.20040572, 2005. КРУТЬКО Э.Т. и др. Полиимиды. Синтез, свойства, применение. - Мн., БГТУ,2002. - . 183-185.1438210 1, 1996.(57) Полиимидная композиция для защиты кристаллов полупроводниковых приборов и интегральных схем, включающая растворенную в диметилформамиде полиамидокислоту и аэросил, отличающаяся тем, что дополнительно содержит ,-бис-малеинимид и оксид гадолиния при следующем соотношении компонентов в растворителе, мас.полиамидокислота 45,15-88,98 аэросил 4,98-30,61,-бис-малеинимид 4,98-19,12 оксид гадолиния 1,06-5,12. Изобретение относится к области полимерных композиционных материалов на основе полиимидов и может быть использовано в технологии производства элементов микроэлектроники. Полиимидные материалы обладают комплексом ценных свойств, благодаря которому уже достаточно широко используются в различных целях при производстве микроэлектронных устройств 1. Однако эти материалы имеют и ряд недостатков, обнаруживающихся при их использовании в конкретных целях. Например, при применении полиимидов для создания за 11322 1 2008.12.30 щитных покрытий интегральных схем и микроэлектронных устройств сильное негативное влияние на выход годных приборов оказывают высокая усадка покрытия при его сушке и термообработке, приводящая к обрывам токопроводящих элементов, низкая адгезия к полупроводниковым подложкам, недостаточная планаризация поверхности. Для устранения этих и других негативных эффектов широко используется модифицирование полиимидов,создание композиционных материалов. Например, известны отверждаемые композиции на основе бис-малеинимидов и диаминов различного химического строения 2. Такие композиции, использующиеся в качестве высокотермостойких связующих армированных пластиков, имеют высокую термическую стабильность и теплостойкость, но,не обладая достаточной пленкообразующей способностью, образуют хрупкие покрытия. Наиболее близким к данному изобретению по технической сущности и достигаемому результату является композиционный материал, состоящий из полиамидокислоты, бисмалеинимида, высокодисперсного оксида кремния, т.е. аэросила, используемого в качестве активного наполнителя, и ,-диметилформамида 3. Данная композиция позволяет получать покрытия, обладающие более высокой по сравнению с ненаполненным полиимидом прочностью и значительно более низкой усадкой при термообработке покрытия. Однако выход годных изделий при использовании такой композиции для защиты кристаллов полупроводниковых приборов и интегральных схем все же сравнительно низкий, по-видимому, из-за достаточно большого различия в коэффициентах термического расширения материалов покрытия и элементов схем и низкой адгезии покрытия к полупроводниковым подложкам и элементам микроэлектронных устройств. Задача данного изобретения - повышение выхода годных приборов и интегральных схем за счет снижения усадки защитного покрытия, повышения его адгезии к полупроводниковым подложкам и элементам микроэлектронных устройств и планаризующей способности. Поставленная задача достигается тем, что полиимидная композиция, включающая растворенную в диметилформамиде (ДМФА) полиамидокислоту (ПАК) и аэросил, дополнительно содержит ,-бис-малеинимид (БМИ) и оксид гадолиния при следующем соотношении компонентов в растворителе, мас.полиамидокислота 45,15-88,98 аэросил 4,98-30,61,-бис-малеинимид 4,98-19,12 оксид гадолиния 1,06-5,12. Выявленный эффект повышения выхода годных изделий при использовании для создания защитного покрытия на кристаллах связан, по-видимому, с тем, что введение в ПАК в качестве модификатора БМИ повышает прочность образующегося покрытия и его адгезию к элементам структуры, а оксид гадолиния оказывает положительное влияние на теплофизические характеристики покрытия, благодаря чему достигается меньшая разница между коэффициентами термического расширения материалов, из которых изготовлены функциональные элементы кристалла, и защитного покрытия, обеспечивая меньшую вероятность повреждения микроэлементов структуры по причине несогласованности этих характеристик. Экспериментально установлено, что эффект снижения усадки защитного покрытия и повышения выхода годных изделий может быть достигнут только при таком сочетании качественного и количественного состава, которое предлагается в заявляемой композиции. При отсутствии одного из компонентов или при отклонении содержания каждого из них выше или ниже указанных пределов качество защитного покрытия резко снижается. ДМФА использовали при синтезе ПАК и приготовлении композиции в качестве растворителя. 2 11322 1 2008.12.30 ПАК получали низкотемпературной поликонденсацией пиромеллитового диангидрида с 4,4-диаминодифенилоксидом в ДМФА 4. Композиции готовили путем введения при перемешивании в 13 -ный раствор ПАК в ДМФА расчетных количеств БМИ, полученного по способу, описанному в 5, аэросила 6 и оксида гадолиния 7. После введения всех компонентов композицию перемешивали 0,5 ч до полного растворения БМИ и образования однородной суспензии неорганических компонентов в растворе модифицированной ПАК. Затем композицию разбавляли ДМФА из расчета 10 мас. ч. на 1 мас. ч. ПАК. Для проверки эксплуатационных характеристик композицию наносили с помощью шприца-дозатора на поверхность кристалла 133 ТМ-2, формировали пленку толщиной 50,1 мкм, высушивая ее при температуре 90-100 С в течение 40-50 мин. Затем проводили термообработку при температуре 300-350 С в течение 30-35 мин в атмосфере азота. Контроль внешнего вида кристаллов проводили с помощью микроскопа МБС-1 при увеличении 100 х. Усадку защитного покрытия определяли по относительному изменению линейных размеров защитного покрытия до и после термообработки с помощью интерферометра Линника типа МИИ-4 путем измерения толщины защитного покрытия до и после термообработки при 300-350 С. С этой целью на кремниевую пластину с термически осажденной окисью кремния на поверхности наносили полиимидную композицию, сушили,формировали окна методом фотолитографии и последующего травления, покрывали пластину тонким слоем металла методом вакуумного напыления до и после термообработки соответственно. Получение полиимидной композиции для защиты кристаллов полупроводниковых приборов и интегральных схем иллюстрируется примерами конкретного исполнения. Пример 1. Композицию готовят путем введения при перемешивании в 7,7 г 13 -ного раствора в ДМФА ПАК формулы, 0,056 г (4,98 мас. ) аэросила и 0,012 г (1,07 мас. ) оксида гадолиния. Удельная вязкость 0,5 -ного раствора использованной для приготовления композиции ПАК в ДМФА составляла 1,87. После введения всех компонентов композицию перемешивали 0,5 ч до полного растворения БМИ и образования однородной суспензии неорганических компонентов в модифицированной ПАК. Затем полученную композицию разбавляли ДМФА из расчета 10 мас. ч. на 1 мас. ч. ПАК. Нанесение полиимидной композиции на поверхность кристалла 133 ТМ-2, формирование пленки, ее сушку и термообработку, контроль статических параметров кристаллов проводили, как описано выше. Выход годных приборов составил 99,2 . Остальные примеры конкретного исполнения, осуществленные по методике примера 1, приведены в таблице. 11322 1 2008.12.30 Состав и свойства композиций Состав композиций, мас.Пример 1 2 3 4 5 6 7 8 9 прототип Выход годных приборов при конУсадка,троле статических параметров,14,0 99,2 9,0 99,7 11,0 98,8 21,0 79,1 29,0 76,0 24,0 79,1 16,0 77,2 25,0 81,0 19,0 Как видно из таблицы, защитные покрытия, полученные из предлагаемой полиимидной композиции, имеют по сравнению с прототипом более низкую усадку в процессе сушки и термообработки после нанесения на полупроводниковые кристаллы, обеспечивая существенно более высокий выход годных изделий. Благодаря этому предлагаемый композиционный материал может найти широкое применение для создания защитных покрытий в различных микроэлектронных приборах на предприятиях микроэлектронной,радиотехнической и др. отраслей промышленности. Источники информации 1. Крутько Э.Т., Прокопчук Н.Р., Мартинкевич А.А., Дроздова Д.А. Полиимиды. Синтез, свойства, применение. - Мн., 2002. - . 284-292. 2. А.с. СССР 1445154, МПК 708 73/10, 1988. 3. Крутько Э.Т. и др. Влияние твердой поверхности на процесс формирования полиимидной пленки. Труды БГТУ. Химия и технология органических веществ. Вып. 11. 2003. - . 106-109 (прототип). 4. Адрова Н.А. и др. Полиимиды - новый класс термостойких полимеров. - Л. Наука,1968. - . 10-21. 5. Воложин А.И. и др. Синтез ,-бис-имидов ненасыщенных циклоалифатических дикарбоновых кислот. Весц АН БССР. Сер. м. навук. - 1974. -1. - . 98-100. 6. ГОСТ 14922-77. Аэросил. Технические условия. 7. Химическая энциклопедия. - М. Сов. энциклопедия. Т. 1, 1988. - С. 876. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4