利用微波能量固化热塑性塑料的方法技术

一种用于使热塑性塑料、尤其是聚酰亚胺致密化以用于与电子电路结合使用，同时产生改进的物理特性和高度的结晶度的方法，所述方法涉及在通常低于玻璃转变温度100℃或更低的温度持续约50至100分钟的时间的变频微波(VFM)处理。所述方法尤其适用于基于BPDA

【技术实现步骤摘要】
利用微波能量固化热塑性塑料的方法
[0001]本申请是申请日为2014年3月18日申请的申请号为201480024311.X，并且专利技术名称为“利用微波能量固化热塑性塑料的方法”的专利技术专利申请的分案申请。
[0002]专利技术背景


[0003]本专利技术涉及用于使热塑性聚合物致密化的装置和方法，并且更具体地涉及用于在所选基板上产生具有提高的结晶度的致密热塑性膜的方法。

技术介绍

[0004]相关技术描述
[0005]聚酰亚胺对于微电子行业而言是具有吸引力的材料，因为它们的机械、电气和化学特性极佳。常规热固化所用工艺时间通常在4至6小时范围；需要放慢温度升降速率以及在各种温度均延长的维持时间，以便实现缓慢的反应速率、反应副产物和溶剂的除气以及聚合物链的取向。减少固化这些聚合物所需的处理时间将会增加产量并且减少总体生产成本。
[0006]基于聚酰胺酸的聚酰亚胺(诸如3，3
′
，4，4
′‑
联苯四羧酸二酐(BPDA)与对苯二胺(PPD))对于电子封装应用是合乎需要的，在所述电子封装应用中，低残余应力电介质是必不可少的。这个聚合物的许多独特特性均归因于其主链(backbone)的刚性以及在固化期间发生的高度取向性。这种取向对于实现低热膨胀系数(CTE)、形成低应力膜是关键的。
[0007]这类聚合物体系的一个明显缺点是固化温度较高(通常为350℃)，这阻碍了它在许多先进的半导体系统中的使用，其中较小特征尺寸以及对应地减少的扩散距离严重限制可提供给各种工艺步骤的热预算。例如，最近有篇论文已报道了这种聚合物体系优良的特性(表1)，但是所有已报道的膜已经在310℃至350℃处理过(无论通过常规烘炉固化、快速热板固化还是微波固化)[K
·
D
·
法恩沃斯(K.D.Farnsworth)等人，Variable Frequency Microwave Curing of 3，3
′
，4，4
’‑
Biphenyltetracarboxylic acid dianhydride/P
‑
Phenylenediamine(BPDA/PPD)，Intl.Journal of Microcircuits and Electronic Packaging 23：162
‑
71(2002)]。虽然VFM固化明显更快，但是固化温度并未改变，并且在此范围内的固化温度大大超过许多感兴趣的应用所允许的最大温度。将这些聚合物体系应用于电子应用的需求可能因以下事实而遇到困难：市售型号BPDA/PPD已存在了30年以上，然而使用非常有限。
[0008]表1：通过现有技术方法而得到的典型固化PI 2611特性
[0009]方法热固热板VFM特性
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最终固化温度，℃350350350总体固化时间，秒(s)18,00036001200[100]Si上的残余应力，MPa635.34.2
CTE，ppm/℃36.63.8抗拉强度(Tensile strength)，Gpa＞0.374＞0.0841＞0.36110KHz下的介电常数3.063.093.3410KHz下的损耗正切(Loss tangent)0.00320.004260.0033双折射率0.2249
‑
0.2237固化程度100％87
‑
108％82
‑
102％降解温度，℃539
‑
540
[0010]目标以及优点
[0011]本专利技术的目标包括以下内容：提供用于使热塑性膜致密化的改进方法；提供用于使半导体基板上的热塑性膜致密化的方法；提供用于利用具有改进特性的热塑性膜来涂布半导体晶片的方法；提供用于制造具有提高的结晶度的热塑性膜的低温工艺；以及，提供用于在所选基板上以受控取向来产生聚酰亚胺膜的方法。结合附图阅读以下说明，本专利技术的这些和其他目标及优点将会通过考虑以下说明变得明显。

技术实现思路

[0012]根据本专利技术的一个方面，一种用于使热塑性膜致密化的方法包括：
[0013]将热塑性塑料以可溶态(soluble form)沉积在所选基板上；
[0014]软烘(soft baking)所述膜以去除残余溶剂；以及
[0015]在不高于所述热塑性塑料的玻璃转变温度(glass transition temperature)T
g
以下100℃的温度，通过VFM将所述膜固化20至120分钟。
[0016]根据本专利技术的另一方面，一种用于制造微电子器件的方法包括：
[0017]制备半导体晶片，在所述半导体晶片上带有集成电路；
[0018]将热塑性膜以可溶态沉积在所述半导体晶片上；
[0019]软烘所述膜以去除残余溶剂；以及
[0020]在不高于所述热塑性塑料的玻璃转变温度T
g
以下100℃的温度，通过VFM将所述膜固化20至120分钟。
[0021]根据本专利技术的另一方面，一种电子器件包括：
[0022]半导体，在所述半导体上具有功能集成电路；以及
[0023]在所述半导体上的基本致密的热塑涂层，所述涂层具有在300℃至400℃的范围内的T
g
。
附图说明
[0024]随附本说明书并形成为本说明书部分的附图被包括来图示本专利技术的某些方面。参考附图中示出的示例性的且因而非限制性的实施方式，将更容易清楚本专利技术的以及随本专利技术提供的系统的部件和操作的更清楚的概念，其中相同数字(如果所述数字在多于一个附图中出现)指示相同元件。附图中的特征不一定按比例绘制。
[0025]图1是BPDA
‑
PPD的结构的示意图。
[0026]图2示出各种条件下固化的BPDA
‑
PPD膜的模量(modulus)。
[0027]图3示出与图2相同的条件下固化的BPDA
‑
PPD膜的硬度。
[0028]图4示出在各个时间上通过VFM在200℃固化的BPDA
‑
PPD的亚胺化百分比。
[0029]图5示出聚酰亚胺PMDA
‑
ODA的扭结链特性。
[0030]图6示出可为线性聚酰亚胺提供双官能聚酰胺酸段的分子的一些替代种类。
[0031]图7示出可为聚酰亚胺提供双官能胺的分子的一些替代种类。
具体实施方式
[0032]一般来说，本专利技术提供了用于在足够低的温度使热塑性塑料、尤其是聚酰亚胺致密化以用于与电子电路结合使用，同时产生改进物理特性和高度的结晶度的方法。本专利技术尤其适用于基于BPDA
‑
PPD的聚合物，但是在本公开内容中随后将会清楚，这种方法一般也可以适用于具有相同的特征的其他有意设计的聚酰亚胺结构。
[0033]聚合物BPDA
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于使热塑性膜致密化的方法，包括：将可溶态(soluble form)的热塑性塑料沉积到基板上，以形成膜；软烘(soft baking)所述膜以去除残余溶剂；以及在低于所述热塑性塑料的玻璃转变温度T
g
至少100℃的温度下，通过变频微波(VFM)将所述膜固化达20至120分钟，其中执行所述固化的步骤直到所述膜的热膨胀系数匹配所述基板的热膨胀系数。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热塑性塑料包含具有双官能聚酰胺酸段和双官能胺段的聚酰亚胺，并且所述聚酰亚胺具有在300℃至400℃的范围内的T
g
。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述聚酰亚胺包含3，3
′
，4，4
′‑
联苯四羧酸二酐/对苯二胺(BPDA
‑
PPD)，并且在约175℃至225℃的温度下进行所述VFM固化。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述VFM固化包括在至少
±
5％的所选中心频率的带宽上，以扫描的方式施加微波功率。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基板包括半导体晶片，所述半导体晶片上具有集成电路。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热塑性塑料包含从以下各项组成的群组中选择的聚合物：聚酰亚胺、聚烯烃、聚乙烯、聚碳酸酯和丙烯腈。7.如权利要求6所述的方法，其进一步包括以下步骤：降低所述热塑性塑料的多分散性指数(PDI)。8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，通过以下方式降低所述PDI：使用包括体积排阻色谱法的分离技术；或在用于所述热塑性塑料的初始材料成型过程中，限制热塑性塑料封端反应的初始形成。9.一种制造微电子器件的方法，包括：制备半导体晶片，在所述半导体晶片上带有集成电路；将可溶态的热塑性塑料沉积在所述半导体晶片上，以形成膜；软烘所述膜以去除残余溶剂；以及在低于所述热塑性塑料的玻璃转变温度T
g
至少100℃的温度下，通过VFM将所述膜固化达20至120分钟，其中执行所述固化的步骤直到所述膜的热膨胀系数匹配所述半导体晶片的热膨胀系数。10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述热塑性塑料包含具有双官能聚酰胺酸段和双官能胺段的聚酰亚胺，并且所述聚酰亚胺具有在300℃至400℃的范围内的T

【专利技术属性】
技术研发人员：罗伯特，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：发明
国别省市：