可溶性聚酰亚胺的生产工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种可溶性聚酰亚胺的生产工艺，它包括聚酰胺酸溶液的配制、P型硅衬底的清洗、P型硅衬底的氧化、蒸镀含硅的铝电极等步骤。由于本发明专利技术用均苯二酐PMDA不经过二酐，直接和二苯醚二胺ODA聚合得到聚酰亚胺，与通常采用聚酰亚胺与其他材料混合加工的方法制备聚酰亚胺复合材料而使聚酰亚胺薄膜导电的功能相比较，本发明专利技术具有生产工艺简单、成本低廉和导电性均匀等特点，而且与标准CMOS工艺兼容，可用于集成电路生产工艺中铝电极的保护。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种有机高分子材料的生产方法，特别是涉及一种可溶性聚酰亚胺的 生产工艺。
技术介绍
聚酰亚胺(Polyimide，PI)是一种很好的工程材料，因其在性能和合成方面的突 出特点，不论是作为结构材料或是功能材料，在航空、航天、微电子、纳米、液晶、分离膜等领 域都得到了广泛的应用。近年来，对聚酰亚胺的研究、开发和利用也很活跃，对聚酰亚胺性 能的研究也很多，从可溶性方面、复合材料等方面也都在进行着研究。在微电子器件领域， 聚酰亚胺可作为绝缘层、缓冲层、保护层等功能，电子器件的电极材料一般为金属铝，因此， 在长期的使用过程中，铝电极会被腐蚀从而造成器件性能的改变。为此，有的采用在铝电 极上淀积一层钝化层(如氮化硅)的办法来保护铝电极，有的则直接使用贵金属(如金、银 等)作为电极。当前聚酰亚胺导电薄膜大多通过在聚酰亚胺成膜之前，在溶剂中添加导电 粒子或纳米材料(如碳纳米管等)，然后经亚胺化后生成。或者是在聚酰亚胺薄膜成膜以后 再经表面处理，通过化学方法将金属掺入聚酰亚胺，在其薄膜表面形成导电薄膜。对前者来 说，由于采用有机溶剂，导电粒子或纳米材料有可能因为分布不均而造成生成的聚酰亚胺 薄膜表面导电不均勻，影响性能；而对后者来说，工艺复杂，成本较高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种生产效率高、成本低廉和导电性均勻的可溶性聚酰亚 胺的生产工艺。为实现上述目的，本专利技术的技术解决方案是本专利技术是一种可溶性聚酰亚胺的生产工艺，它包括以下步骤(1)聚酰胺酸溶液的配制将均苯二酐PMDA和二苯醚二胺ODA按1 1的比例在 非质子溶液(DMF或DMAC)中在_20°C 室温的温度下反应，反应时将均苯二酐以固态形式 加入到二苯醚二胺的溶液中，同时开始搅拌，生成的聚酰胺酸溶液清澈透明；型硅衬底的清洗采用工业标准湿法清洗工艺(RCA清洗工艺)对硅衬底进 行清洗，用氮气吹干；(3)P型硅衬底的氧化依以下步骤对P型硅衬底进行氧化，①1000°C温度下用干 氧纯氧氧化3小时，②在100(TC温度下用湿氧纯氧氧化3小时，③在100(TC温度下用干氧 纯氧氧化3小时，顺序生长二氧化硅氧化层，厚度为700-900nm ；(4)蒸镀含硅的铝电极二用真空镀膜的方法在二氧化硅氧化层上蒸镀含硅的铝电 极，其中硅的含量为5-7%，铝电极中参入少量硅的目的是增强铝电极与硅衬底上氧化层之 间的粘合度；(5)在铝电极上旋涂聚酰胺酸在涂敷之前先将聚酰胺酸在室温下静置1小时，以 避免旋涂的过程中出现气泡、孔洞等缺陷影响聚酰亚胺膜的质量；然后，以7000转/分的转速在已蒸镀好的硅铝电极上旋涂聚酰胺酸薄膜。步骤(1)中的均苯二酐使用用升华得到的均苯二酐以避免水解。步骤(1)中，在搅拌时外加冷却。所述的非质子溶液为DMF或DMAC。采用上述方案后，由于本专利技术用均苯二酐PMDA不经过二酐，直接和二苯醚二胺 ODA聚合得到聚酰亚胺，与通常采用聚酰亚胺与其他材料混合加工的方法制备聚酰亚胺复 合材料而使聚酰亚胺薄膜导电的功能相比较，本专利技术具有生产工艺简单、成本低廉和导电 性均勻等特点，而且与标准CMOS工艺兼容，可用于集成电路生产工艺中铝电极的保护。此外，在研制电容型湿度传感器的过程中，采用掺硅的金属电极来增加电极与氧 化层之间的粘合强度，采用可溶性聚酰亚胺作为感湿介质，结果发现在硅-铝电极上涂敷 聚酰亚胺薄膜后聚酰亚胺薄膜如同纯铝电极一样导电。将此种聚酰亚胺薄膜用作湿度传感 器的电极，则可以在不增加钝化层或者使用贵金属的情况下使用简单的工艺来达到保护电 极的目的，不仅可以节约成本，并可以使传感器的性能得到极大保证。下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步的说明。附图说明图1是亚胺化后聚酰亚胺薄膜的显微镜照片；图2A是采用本专利技术生产纯铝电极的样品断面SEM照片；图2B是采用本专利技术生产含有铝微粒的硅铝电极样品断面SEM照片；图3为带有不同形状的岛状微粒的界面图； 图4为岛状微粒界面的EDS能谱图；图5为两个不同的岛状微粒面分布(MAP)图。具体实施例方式本专利技术是一种可溶性聚酰亚胺的生产工艺，它包括以下步骤(1)聚酰胺酸溶液的配制将均苯二酐PMDA和二苯醚二胺ODA按1 1的比例在 非质子溶液(DMF或DMAC)中在_20°C 室温的温度下反应，反应时将均苯二酐以固态形式 加入到二苯醚二胺的溶液中，同时开始搅拌(必要时需要外加冷却)，生成的聚酰胺酸溶液 清澈透明；型硅衬底的清洗采用工业标准湿法清洗工艺(RCA清洗工艺)对硅衬底进 行清洗，用氮气吹干；(3)P型硅衬底的氧化依以下步骤对P型硅衬底进行氧化，①1000°C温度下用干 氧纯氧氧化3小时，②在100(TC温度下用湿氧纯氧氧化3小时，③在100(TC温度下用干氧 纯氧氧化3小时，顺序生长二氧化硅氧化层，厚度为700-900nm。(4)蒸镀含硅的铝电极二用真空镀膜的方法在二氧化硅氧化层上蒸镀含硅的铝电 极，其中硅的含量为5-7%，铝电极中参入少量硅的目的是增强铝电极与硅衬底上氧化层之 间的粘合度。铝电极厚度为1.4um。(5)在铝电极上旋涂聚酰胺酸在涂敷之前先将聚酰胺酸在室温下静置1小时，以 避免旋涂的过程中出现气泡、孔洞等缺陷影响聚酰亚胺膜的质量；然后，以7000转/分的转4速在已蒸镀好的硅铝电极上旋涂聚酰胺酸薄膜。此外，在步骤(1)中所用的均苯二酐采用刚升华得到的均苯二酐以避免水解。性能测试导电性样品自然冷却以后，测试聚酰亚胺膜表面的绝缘性能，发现其导通状态良好。在 显微镜下观察聚酰亚胺膜表面，发现表面有很多黑色斑点(如图1所示)，黑点的大小不一 致，分布不规则，但大面积来看密度是均勻的。用XP-3型台阶仪测试，聚酰亚胺膜的厚度 0.45um，表层的黑点呈凸起状，高度为0. 15um 0. 38um不等。用四探针法测试其方块电阻 为0. 02 Ω/，导通状态良好。而在未涂敷聚酰亚胺薄膜的硅铝电极上，Al薄膜的方块电阻亦 为0. 02 Ω/，因此可以认为聚酰亚胺薄膜的导电性很好。表面成分起初本专利技术人认为是在聚酰胺酸亚胺化的过程中，聚酰氨酸中的某种成分与铝电 极发生了相互作用，在亚胺化过程中由于某种作用发生了金属化，造成铝元素在聚酰亚胺 薄膜中的扩散而导致了聚酰亚胺薄膜的导电。为此，用Hitachi S-4800型场发射扫描电子 显微镜(Field emission scanning electron microscopy, FE-SEM)观察样品断面的微观 形貌和结构，并结合能谱(Energy di spersivespectrometry,EDS)分析样品微区元素组成 及分布。(I)SEM 测试首先，分别对采取纯铝电极和硅铝电极的样品进行了断面扫描，图2A、图2B为二 者的SEM照片。在采用纯铝电极时，聚酰亚胺薄膜、铝电极均非常平整；而采用硅铝电极时， 除了大部分区域如纯铝电极一样平整之外，还存在许多如图2B所示的岛状微粒。图3为带 有不同形状的岛状微粒的样品断面。⑵PI薄膜EDS分析为确定岛状微粒的成分，我们选取了图2B中含有岛状微粒的断面进行EDS分析， 图4和表1分别为其中一个铝微粒的EDS能谱图，除N元素由于仪器的原因无法测出外样 品中只含有C、0、Al、Si四种元素。从图4中可以看出，该本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种可溶性聚酰亚胺的生产工艺，其特征在于：它包括以下步骤：（１）聚酰胺酸溶液的配制：将均苯二酐ＰＭＤＡ和二苯醚二胺ＯＤＡ按１∶１的比例在非质子溶液中在－２０℃～室温的温度下反应，反应时将均苯二酐以固态形式加入到二苯醚二胺的溶液中，同时开始搅拌，生成的聚酰胺酸溶液清澈透明；（２）Ｐ型硅衬底的清洗：采用工业标准湿法清洗工艺对硅衬底进行清洗，用氮气吹干；（３）Ｐ型硅衬底的氧化：依以下步骤对Ｐ型硅衬底进行氧化，①１０００℃温度下用干氧纯氧氧化３小时，②在１０００℃温度下用湿氧纯氧氧化３小时，③在１０００℃温度下用干氧纯氧氧化３小时，顺序生长二氧化硅氧化层，厚度为７００－９００ｎｍ；（４）蒸镀含硅的铝电极：用真空镀膜的方法在二氧化硅氧化层上蒸镀含硅的铝电极，其中硅的含量为５－７％，铝电极中参入少量硅的目的是增强铝电极与硅衬底上氧化层之间的粘合度；（５）在铝电极上旋涂聚酰胺酸：在涂敷之前先将聚酰胺酸在室温下静置１小时，以避免旋涂的过程中出现气泡、孔洞等缺陷影响聚酰亚胺膜的质量；然后，以７０００转／分的转速在已蒸镀好的硅铝电极上旋涂聚酰胺酸薄膜。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨建红，贾水英，
申请(专利权)人：兰州大学，
类型：发明
国别省市：62