[go: up one dir, main page]

RU2692373C1 - Method of producing dielectric layer based on polymer coating in microelectronics products - Google Patents

Method of producing dielectric layer based on polymer coating in microelectronics products Download PDF

Info

Publication number
RU2692373C1
RU2692373C1 RU2018128409A RU2018128409A RU2692373C1 RU 2692373 C1 RU2692373 C1 RU 2692373C1 RU 2018128409 A RU2018128409 A RU 2018128409A RU 2018128409 A RU2018128409 A RU 2018128409A RU 2692373 C1 RU2692373 C1 RU 2692373C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
polymer
solution
dielectric layer
layer
substrate
Prior art date
Application number
RU2018128409A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Андрей Александрович Жуков
Антон Юрьевич Калашников
Original Assignee
Акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (АО "Российские космические системы")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (АО "Российские космические системы") filed Critical Акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (АО "Российские космические системы")
Priority to RU2018128409A priority Critical patent/RU2692373C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2692373C1 publication Critical patent/RU2692373C1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05DPROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D1/00Processes for applying liquids or other fluent materials
    • B05D1/36Successively applying liquids or other fluent materials, e.g. without intermediate treatment
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D48/00Individual devices not covered by groups H10D1/00 - H10D44/00
    • H10D48/01Manufacture or treatment
    • H10D48/04Manufacture or treatment of devices having bodies comprising selenium or tellurium in uncombined form
    • H10D48/043Preliminary treatment of the selenium or tellurium, its application to foundation plates or the subsequent treatment of the combination
    • H10D48/046Provision of discrete insulating layers

Landscapes

  • Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)

Abstract

FIELD: electronics.
SUBSTANCE: claimed invention relates to the field of microelectronics, namely to methods for production of dielectric layer of interlayer insulation of certain thickness in products of microelectronics based on polymer coating. Method of producing a dielectric layer based on a polymer coating in articles of microelectronics includes the following steps. Preparation of application surface. Coating application. Heat treatment for removal of solvent and volatile reaction products. Coating from polymer solution is applied in two steps. At first step polymer solution is applied by centrifugation. At the second step, it is performed by stage-by-stage ultrasonic spray application. At that, polymer solution of higher concentration and viscosity is used at the first stage than at the second stage.
EFFECT: technical result of claimed invention is formation of thick polymer layer of specified thickness from solution with simultaneous improvement of quality of surface of formed thick polymer layer and uniformity of thick polymer layer over surface area.
6 cl, 9 dwg

Description

Заявленное изобретение относится к области микроэлектроники, а именно к способам получения диэлектрического слоя межслойной изоляции определенной толщины на основе полимерного покрытия в изделиях микроэлектроники.The claimed invention relates to the field of microelectronics, and in particular to methods for producing a dielectric layer of interlayer insulation of a certain thickness based on a polymer coating in microelectronics products.

Из уровня техники известен способ формирования толстых полимерных слоев методом нанесения раствора на горизонтально расположенную поверхность, покрытую тонким слоем того же материала (см. SU1556521 опубл. 20.08.1988)(1). В данных методе на дозу раствора действуют силы поверхностного натяжения и тяжести, под действием которых происходит постепенное сглаживание неровностей рельефа и растекание раствора по поверхности. Для нанесения раствора необходимо использовать внешнюю нагрузку, например, использовать центрифугирование. The prior art discloses a method of forming thick polymer layers by applying a solution on a horizontally disposed surface covered with a thin layer of the same material (see SU1556521 publ. 08/20/1988) (1). In this method, the effect of surface tension and gravity on the dose of the solution, under the action of which there is a gradual smoothing of the irregularities of the relief and the spreading of the solution over the surface. For the application of the solution, it is necessary to use an external load, for example, to use centrifugation.

Недостатком данного метода является невозможность получения при однократном нанесении равномерных по толщине толстых слоев полимера. Недостатком метода (1) также является возможность неполного растекания раствора по поверхности в результате медленного центрифугирования, или, в обратном случае, при быстром центрифугировании – образование излишка раствора на краю пластины.The disadvantage of this method is the impossibility of obtaining with a single application of a uniform thickness of thick polymer layers. The disadvantage of method (1) is also the possibility of incomplete spreading of the solution over the surface as a result of slow centrifugation, or, in the opposite case, with rapid centrifugation, the formation of excess solution on the edge of the plate.

Наиболее близким по технической сущности является способ формирования толстых полимерных слоев методом нанесения нескольких тонких слоев раствора на горизонтально расположенную поверхность (см. RU2144472, опубл. 20.01.2000) (2). В данном методе для получения толстопленочного слоя желаемой толщины центрифугированием за один раз наносят слой, имеющий заданную толщину, и затем подвергают его сушке и термообработке. Затем на основном тонкопленочном слое, неоднократно выполняя вышеописанную операцию формируют толстопленочный слой, состоящий из нескольких тонкопленочных слоев. The closest in technical essence is a method of forming thick polymer layers by applying several thin layers of a solution on a horizontal surface (see RU2144472, publ. 01/20/2000) (2). In this method, to obtain a thick-film layer of desired thickness by centrifuging, a layer having a predetermined thickness is applied at one time and then subjected to drying and heat treatment. Then, on the main thin film layer, repeatedly performing the above operation, form a thick film layer consisting of several thin film layers.

Недостатком метода (2) является образующаяся граница раздела с соответствующими граничными поверхностями двух тонкопленочных слоев. Также, недостатком данного метода является необходимость проведения сушки и термообработки после нанесения каждого тонкопленочного слоя.The disadvantage of method (2) is the formed interface with the corresponding boundary surfaces of two thin-film layers. Also, the disadvantage of this method is the need for drying and heat treatment after the application of each thin film layer.

Техническим результатом заявленного способа является формирование толстого полимерного слоя заданной толщины из раствора с одновременным улучшением качества поверхности формируемого толстого полимерного слоя и равномерности толстого полимерного слоя по площади поверхности.The technical result of the claimed method is the formation of a thick polymer layer of a given thickness from a solution with a simultaneous improvement in the surface quality of the formed thick polymer layer and the uniformity of the thick polymer layer over the surface area.

Заявленный технический результат достигается за счет создания способа получения диэлектрического слоя на основе полимерного покрытия в изделиях микроэлектроники, включающего подготовку поверхности нанесения, нанесение толстого покрытия, термообработку для удаления растворителя и летучих продуктов реакции, причём нанесение покрытия из раствора полимера проводят последовательно в два этапа: на первом этапе раствор полимера наносят центрифугированием, а на втором – постадийным ультразвуковым (УЗ) спеевым нанесением, причем на первом этапе применяют раствор полимера большей концентрации и вязкости, чем на втором.The claimed technical result is achieved by creating a method of obtaining a dielectric layer based on a polymer coating in microelectronic products, including preparing the application surface, applying a thick coating, heat treatment to remove solvent and volatile reaction products, and the coating from the polymer solution is carried out sequentially in two stages: In the first stage, the polymer solution is applied by centrifugation, and in the second, by stepwise ultrasonic (US) application by spice, and first step apply a higher concentration and viscosity of a polymer solution than the second.

Вышеуказанные цели и преимущества настоящего способа станут более очевидными при описании со ссылками на сопроводительные изображения и схемы, на которых:The above objectives and advantages of this method will become more apparent when describing with reference to the accompanying images and diagrams, on which:

фигура 1 – полимерный слой, сформированный комбинированным 2-х стадийным методом в разрезе;figure 1 is a polymer layer formed by the combined 2-stage method in the section;

фигура 2 – схематичное изображение движения сопла со спреевым конусом относительно подложки (вид сбоку), где 1 – спреевый конус, 2 – сопло, 3 – направление движения сопла со спреевым конусом;figure 2 - a schematic representation of the movement of the nozzle with a spray cone relative to the substrate (side view), where 1 - spray cone, 2 - nozzle, 3 - direction of movement of the nozzle with spray cone;

фигура 3 – схематичное изображение траектории движения сопла со спреевым конусом относительно подложки (вид сверху), где 1 – вращающаяся с заданной скоростью подложка, 2 – конус спрея, 3- сопло установки УЗ-спреевого нанесения, 4 – направление движения сопла относительно подложки, 5 – направление вращения подложки;figure 3 - a schematic depiction of the trajectory of the nozzle with a spray cone relative to the substrate (top view), where 1 is the substrate rotating at a given speed, 2 is the spray cone, 3 is the nozzle of the ultrasonic spray installation, 4 is the direction of the nozzle movement relative to the substrate, 5 - the direction of rotation of the substrate;

фигура 4 – схематично изображенная последовательность технологических операций, отражающая сущность изобретения;figure 4 is a schematic depicted sequence of technological operations, reflecting the essence of the invention;

фигура 5 – слой полимера (лак АД-9103 ИС ТУ 6-19-247-84) без различимой границы раздела, сформированный комбинированным методом, описанным ранее;figure 5 is a polymer layer (varnish AD-9103 IS TU 6-19-247-84) without a distinguishable interface formed by the combined method described earlier;

фигура 6 – слой полимера (лак АД-9103 ИС ТУ 6-19-247-84) с различимой границей раздела, сформированный послойным нанесением;figure 6 is a polymer layer (varnish AD-9103 IS TU 6-19-247-84) with a distinct interface formed by layer-by-layer application;

фигура 7 – изображение эффекта расслоения по границы раздела слоев полимера;figure 7 - image of the effect of stratification along the boundary of the layers of the polymer;

фигура 8 – Изображение поверхности слоя полимера, сформированного комбинированным методом, описанным ранее без промежуточной термообработки, расчетная толщина слоя составляет 100 мкм;figure 8 - Image of the surface of the polymer layer formed by the combined method described previously without an intermediate heat treatment, the calculated layer thickness is 100 μm;

фигура 9 – Изображение спреевого конуса в процессе работы установки УЗ-спреевого нанесения.figure 9 - Image of spray cone in the process of installation of ultrasonic spray application.

Способ получения диэлектрического слоя (межслойной изоляции) определенной толщины в изделиях микроэлектроники на основе полимерного покрытия осуществляется следующим образом. Комбинированный метод получения толстого полимерного слоя представляется собой 2-х стадийную последовательность операций нанесения полимерных покрытий из растворов различной концентрации и вязкости методами центрифугирования и УЗ-спреевого нанесения. На примере лака АД-9103 ИС, для метода центрифугирования содержание сухого остатка в растворе составляет 12,5-14 %, а для метода УЗ-спреевого нанесения производят разбавление изначального раствора (12,5-14% сух. остатка) в пропорции 1:3 или 1:4 для получения приемлемой (для установки нанесения) вязкости раствора. The method of obtaining the dielectric layer (interlayer insulation) of a certain thickness in the products of microelectronics based on polymer coating is as follows. The combined method of obtaining a thick polymer layer is a 2-step process of applying polymer coatings from solutions of different concentrations and viscosities by centrifuging and ultrasonic spray deposition. On the example of varnish AD-9103 IC, for the centrifuging method, the dry residue content in the solution is 12.5-14%, and for the ultrasonic spray application method, the initial solution is diluted (12.5-14% dry) in a ratio of 1: 3 or 1: 4 to obtain acceptable (for the installation of the application) the viscosity of the solution.

Общая толщина слоя полимерного покрытия Hсл рассчитывается по формуле:The total thickness of the polymer coating layer H SL is calculated by the formula:

Figure 00000001
, где
Figure 00000001
where

Толщина слоя H1, полученного центрифугированием:The thickness of the layer H 1 obtained by centrifugation:

Figure 00000002
Figure 00000002

где v – вязкость раствора, b – коэффициент, величина которого приблизительно равна 2, w – частота вращения, t* – время растекания (составляет приблизительно несколько секунд);where v is the viscosity of the solution, b is a coefficient whose value is approximately equal to 2, w is the frequency of rotation, t * is the spreading time (is approximately a few seconds);

Толщина слоя H2, полученного методом УЗ-спреевого нанесения:The thickness of the layer of H 2 obtained by the method of ultrasonic spray deposition:

Figure 00000003
Figure 00000003

где K – коэффициент (от 0 до 1), характеризует количественную характеристику общего объема раствора попадающего на подложку, c – концентрация раствора в %, V – объем раствора в мм3, S – площадь подложки в мм2.where K is a coefficient (from 0 to 1), characterizes the quantitative characteristic of the total solution volume falling on the substrate, c is the solution concentration in%, V is the solution volume in mm 3 , S is the substrate area in mm 2 .

На подготовленную неподвижную подложку, установленную на держатель в центрифуге, в центр из дозатора наносится исходный раствор, вязкостью не более 52000 сПз и методом центрифугирования при скорости вращения необходимой для полного и равномерного распределения по поверхности (для полиимидов с содержанием сухого остатка 12,5-14% скорость вращения 500-1000 об/мин) с получается покрытие толщиной H1, затем методом УЗ-спреевого нанесения на вращающуюся со скоростью 1-5 об/мин подложку наносится выравнивающий слой полимера, вязкостью не более 50 сП и толщиной 5-10 мкм и предварительно проходит мягкую сушку в свете ИК-лампы при температуре, не превышающей 40°C. Дальнейшее наращивание слоя H2, проходит циклами нанесения по 8-12 мкм УЗ-спреевым методом нанесения и мягкой сушки в свете ИК-лампы. При формировании полимерного слоя из всех материалов, кроме светочувствительных, проводят подогрев подложки и мягкую сушку в свете инфракрасной лампы. Коэффициент К, характеризующий количественную характеристику общего объема раствора, попадающего на подложку, обусловлен образованием спреевого конуса, который движется в процессе нанесения вместе с соплом от начальной точки к конечной, находящихся в области краев подложки.On the prepared stationary substrate installed on the holder in a centrifuge, the initial solution is applied to the center of the dispenser with a viscosity of not more than 52,000 centipoise and a centrifuging method with a rotational speed necessary for complete and uniform distribution over the surface (for polyimides with a dry matter content of 12.5-14 % rotational speed 500-1000 rpm) a coating of thickness H 1 is obtained, then an ultrasonic spray application is applied to the substrate rotating at a speed of 1-5 rpm with a leveling layer of polymer with a viscosity of not more than 50 cP and a thickness of 5-10 microns thick and pre-passes soft drying in the light of an IR lamp at a temperature not exceeding 40 ° C. Further growth of the layer of H 2 , runs cycles of application of 8-12 μm by the ultrasonic spray method of application and soft drying in the light of the IR lamp. When a polymer layer is formed from all materials except photosensitive materials, the substrate is heated and mildly dried in the light of an infrared lamp. The coefficient K, which characterizes the quantitative characteristic of the total volume of the solution falling on the substrate, is due to the formation of a spray cone, which moves in the process of application together with the nozzle from the starting point to the end, located in the region of the edges of the substrate.

Регулирование площади основания спреевого конуса возможно путем изменения скорости потока газа, проходящего через сопло. Коэффициент К зависит от начальной и конечной точки нанесения материала, а также от площади основания конуса спрея. Варьирование размера капли, попадающей на подложку из сопла, и стабильность спреевого конуса достигается изменением мощности ультразвука. Для формирования диэлектрических слоев, толщиной более 50 мкм используется циклы нанесения 25-35 мкм с последующей конвективной сушкой. Полная полимеризация покрытия проводится после всех циклов нанесения и является последним звеном в цикле термообработки.Regulation of the area of the base of the spray cone is possible by changing the flow rate of the gas passing through the nozzle. The coefficient K depends on the starting and ending point of the deposition of the material, as well as on the area of the base of the spray cone. The variation of the size of the drop falling on the substrate from the nozzle, and the stability of the spray cone is achieved by varying the power of ultrasound. For the formation of dielectric layers with a thickness of more than 50 microns, application cycles of 25-35 microns are used, followed by convective drying. Full polymerization of the coating is carried out after all application cycles and is the last link in the heat treatment cycle.

Примером использования предлагаемого способа может служить формирование толстого полимерного слоя на основе полиимида на подложке из кремния или нитрида алюминия.An example of the use of the proposed method is the formation of a thick polymer layer based on polyimide on a substrate of silicon or aluminum nitride.

В центр специально подготовленной подложки (методика подготовки поверхности подложки не уточняется ввиду того, что полимерные слои могут быть нанесены на разные поверхности, например, как промежуточные диэлектрические слои или как слой диэлектрика непосредственно на подложке), установленную в держатель центрифуги из дозатора подается 5 мл материала (лак АД-9103 ИС ТУ 6-19-247-84, содержание сухого остатка в растворе составляет 12,5-14%) и вращается в течении 1 минуты при скорости 1000 об/мин. После остановки центрифуги сразу делается 1 проход спреевого нанесения и сушка в свете ИК-лампы 30 минут. Далее делается необходимое количество проходов (повторений) спреевого нанесения для достижения необходимой толщины слоя полимера. В данном случае, для полиимида толщиной более 50 мкм, необходимо использовать промежуточную термообработку в термошкафу со ступенчатым нагревом.The center of a specially prepared substrate (the method of preparing the surface of the substrate is not specified due to the fact that polymer layers can be deposited on different surfaces, for example, as intermediate dielectric layers or as a dielectric layer directly on the substrate), installed in the centrifuge holder from the metering unit 5 ml of material (lacquer AD-9103 IS TU 6-19-247-84, the dry residue content in the solution is 12.5-14%) and rotates for 1 minute at a speed of 1000 rpm. After the centrifuge is stopped, 1 spray application pass is immediately taken and drying in the light of the IR lamp for 30 minutes. Next is the required number of passes (repetitions) spray application to achieve the required thickness of the polymer layer. In this case, for polyimide with a thickness of more than 50 microns, it is necessary to use an intermediate heat treatment in a heating cabinet with step heating.

Далее процесс формирования слоя полнее описан со ссылкой на сопроводительные изображения (фигуры).Further, the process of forming a layer is described more fully with reference to the accompanying images (figures).

На фиг. 1 изображен нанесенный 2-х стадийным методом полимерный слой толщиной Hсл. Формирование слоя происходит последовательно, а именно на подготовленную неподвижную подложку (функциональное или технологическое жесткое основание) со сформированной структурой или без нее, в центр, дозируется раствор, вязкость которого не превышает 52000 сП, далее методом центрифугирования создается слой 1 стадии толщиной H1. Толщина слоя H1 рассчитывается по формуле, описанной ранее. Затем на вращающуюся подложку с сформированным слоем ультразвуковым (УЗ)-спреевым методом из раствора вязкостью не более 50 сП наносится слой стадии 2, толщиной H2. Суммарная толщина диэлектрического слоя составляетFIG. 1 is applied 2-step method the polymer layer thickness H slab. The formation of the layer takes place sequentially, namely, on the prepared fixed substrate (functional or technological rigid base) with or without the formed structure, a solution is dispensed in the center, the viscosity of which does not exceed 52,000 cP, then a layer 1 of H 1 thickness is created by centrifuging. The thickness of the H 1 layer is calculated using the formula described earlier. Then a layer of stage 2 with a thickness of H 2 is applied from a solution with a viscosity of not more than 50 cP on a rotating substrate with the formed layer by ultrasonic (US) spray method. The total thickness of the dielectric layer is

Figure 00000004
.
Figure 00000004
.

На фиг. 2 схематично изображено движение сопла установки УЗ-спреевого нанесения (2) с образовавшимся спреевым конусом (1) относительно подложки, с уже сформированным методом центрифугирования слоем 1 стадии, в указанном направлении (3) при виде сбоку. Сопло начинает и заканчивает движение и нанесение вне зоны подложки, что имеет влияние на значения коэффициента К в формуле расчета толщины слоя 2 стадии. Ширина конуса спрея зависит от скорости потока газа, проходящего через сопло. При увеличении скорости потока газа, проходящего через сопло, площадь основания конуса спрея увеличивается, тем самым так же влияя на общее количество материала, попадающее на поверхность подложки и, как следствие, влияя на коэффициент К. На стабильность конуса спрея основное влияние производит мощность источника ультразвука. В зависимости от вязкости наносимого материала при неправильной мощности источника ультразвука в процессе могут возникать такие явления, как образование крупных капель или образование «вспененых» включений, приводящих к дефектам на поверхности и структуре слоя 2 стадии. Для получения качественного слоя необходим оптимальных подбор характеристик системы давление подачи-скорость потока газа-мощность ультразвука для наносимого материала определенной вязкости.FIG. 2 schematically shows the movement of the nozzle of the installation of ultrasonic spray application (2) with the resulting spray cone (1) relative to the substrate, with a stage 1 layer already formed by centrifugation in the indicated direction (3) when viewed from the side. The nozzle starts and ends the movement and deposition outside the substrate, which has an effect on the values of the coefficient K in the formula for calculating the thickness of the layer 2 stage. The width of the spray cone depends on the flow rate of the gas passing through the nozzle. By increasing the flow rate of the gas passing through the nozzle, the area of the base of the spray cone increases, thereby also affecting the total amount of material falling on the substrate surface and, consequently, affecting the coefficient K. The stability of the spray cone is mainly influenced by the power of the ultrasound source . Depending on the viscosity of the applied material with the wrong power of the ultrasound source in the process, such phenomena as the formation of large droplets or the formation of “foamed” inclusions may occur, leading to defects on the surface and structure of the 2nd stage layer. In order to obtain a quality layer, optimal selection of system characteristics is required; supply pressure — gas flow rate — ultrasound power for the applied material of a certain viscosity.

На фиг. 3 схематично изображено движение сопла установки УЗ-спреевого нанесения (3) с образовавшимся спреевым конусом (2) относительно подложки (1), вращающейся в определенном направлении (5) со скоростью 1-10 об/мин с уже сформированным методом центрифугирования слоем 1 стадии, в указанном направлении (4) при виде сверху. Скорость вращения подложки выбирается такой, чтобы распределения материала по поверхности было равномерным и при этом не образовывалось скопления материала на краю пластины. Далее вращение подложки сохраняется при сушке в свете инфракрасной (ИК)-лампы необходимое время. Необходимо учитывать то, что при нанесении материала на подложку не круглой формы значение коэффициента К будет тем ниже, чем меньше площадь фигуры относительно площади описываемой окружности для этой фигуры.FIG. 3 schematically shows the movement of the nozzle of the ultrasonic spray application (3) with the formed spray cone (2) relative to the substrate (1) rotating in a certain direction (5) at a speed of 1-10 rpm with a stage 1 already formed by centrifuging, in the indicated direction (4) when viewed from above. The rotational speed of the substrate is chosen such that the distribution of the material over the surface is uniform and there is no accumulation of material on the edge of the plate. Further, the rotation of the substrate is maintained during drying in the light of an infrared (IR) lamp for the required time. It is necessary to take into account that when applying a material on a non-round substrate, the value of the coefficient K will be the lower, the smaller the area of the figure relative to the area of the circumscribed circle for this figure.

На фиг. 4 изображена последовательность основных операций технологического процесса, отражающая сущность способа формирования толстого полимерного покрытия. В зависимости материала подложки, материала и состояния ее поверхности, проводят подготовку поверхности под нанесение полимера, как пример обработка кремниевой пластины с сформированной проводящей структурой в диметилформамиде и нанесение промоутера адгезии на поверхность перед формированием слоя полиимида. Время между операцией подготовки поверхности и формированием слоя не должно превышать 30 минут, в противном случае операцию подготовки поверхности необходимо повторить. Далее производится дозирование и центрифугирование из раствора, описанное для фиг. 1. Затем в течении 1 минуты, до начала активного выхода растворителя из сформированного слоя 1 стадии производится формирование слоя УЗ-спреевым нанесением, описанное для фиг. 2 и фиг. 3. Получение необходимой толщины слоя полимера достигается изменением количества проходов спрея. За один проход формируется слой до 15 мкм. Между проходами и после последнего используется мягкое подсушивание в свете ИК-лампы с температурой нагрева поверхности не более 40оС. Далее проводится термообработка подложки с нанесенным толстым слоем полимера. Необходимо учитывать то, что для полиимидов, для получения толстых слоев (толщина боле 50-60 мкм) с равномерной и гладкой поверхностью, нужно проводить промежуточную термообработку без имидизации.FIG. 4 depicts a sequence of basic operations of the technological process, reflecting the essence of the method of forming a thick polymer coating. Depending on the material of the substrate, the material and the state of its surface, the surface is prepared for polymer deposition, as an example, processing a silicon wafer with a formed conductive structure in dimethylformamide and applying an adhesion promoter to the surface before forming a polyimide layer. The time between the operation of surface preparation and the formation of the layer should not exceed 30 minutes, otherwise the operation of surface preparation must be repeated. Next, the dosing and centrifugation from the solution, described for FIG. 1. Then within 1 minute, prior to the beginning of the active exit of the solvent from the formed layer of the 1st stage, a layer is produced by ultrasonic spray coating, described for FIG. 2 and FIG. 3. Obtaining the required thickness of the polymer layer is achieved by changing the number of spray passes. In one pass, a layer of up to 15 microns is formed. Between passes and after the last drying is used in the light of soft infrared lamp heating surface temperature not exceeding 40 C. Then heat treatment is carried out with a substrate coated with a thick layer of polymer. It is necessary to take into account the fact that for polyimides, in order to obtain thick layers (more than 50-60 microns thick) with a uniform and smooth surface, it is necessary to perform an intermediate heat treatment without imidization.

На фиг. 5 показано изображение слоя полимера (лак АД-9103 ИС ТУ 6-19-247-84), полученное с помощью растрового электронного микроскопа, сформированного комбинированным методом, описанным ранее. На изображении видно, что слой полимера, находящийся на кремниевой подложке не имеет границы раздела. Слой полимера толщиной приблизительно 29 мкм сформирован комбинированным методом в две стадии, где первая стадия – нанесение центрифугированием при скорости вращения 1000 об/мин продолжительностью 90 секунд, а вторая стадия – УЗ-спреевое нанесение полимера при вращении 1 об/мин и свете ИК-лампы.FIG. 5 shows an image of a polymer layer (lacquer AD-9103; IC TU 6-19-247-84), obtained using a scanning electron microscope, formed by the combined method described earlier. The image shows that the polymer layer on the silicon substrate has no interface. A polymer layer approximately 29 microns thick is formed by a combined method in two stages, where the first stage is the application by centrifugation at a rotation speed of 1000 rpm for 90 seconds, and the second stage is ultrasonic spray application of the polymer during rotation of 1 rpm and the light of an IR lamp .

На фиг. 6 показано изображение слоя полимера (лак АД-9103 ИС ТУ 6-19-247-84), полученное с помощью растрового электронного микроскопа, сформированного послойным нанесением. В данном случае нанесение материала производилось послойным методом с помощью центрифугирования при скорости вращения 1000 об/мин в течение 1 минуты. Между нанесениями слой подвергается сушке и термообработке. На изображении видно, что есть четкая границы между первым и вторым слоем полимера.FIG. 6 shows an image of a polymer layer (lacquer AD-9103; IC TU 6-19-247-84), obtained using a scanning electron microscope, formed by layering. In this case, the application of the material was carried out layer-by-layer by centrifuging at a rotation speed of 1000 rpm for 1 minute. Between the application, the layer is dried and heat treated. The image shows that there is a clear boundary between the first and the second polymer layer.

На фиг. 7 показано изображение произошедшего расслоения, полученное с помощью растрового электронного микроскопа. Данный слой полимера получен методом послойного нанесения, описанным для фиг. 6. Общая толщина слоя полимера составляет приблизительно 72 мкм. На изображении видно, что расслоение происходит по границе между слоями.FIG. 7 shows the image of the delamination that occurred using a scanning electron microscope. This polymer layer was obtained by the layer deposition method described for FIG. 6. The total thickness of the polymer layer is approximately 72 microns. The image shows that delamination occurs along the boundary between the layers.

На фиг. 8 представлено изображение поверхности слоя полимера, нанесенного на кремниевую подложку. Полимерный слой сформирован комбинированным методом, но без промежуточной термообработки, необходимость которой также указывалась ранее в случае, если расчетная толщина полимерного слоя превышает 60 мкм. В данном случае расчетная толщина слоя составляет 100 мкм. Слой полимера с расчетной толщиной 100 мкм сформирован комбинированным методом в две стадии, где первая стадия – нанесение центрифугированием при скорости вращения 1000 об/мин продолжительностью 90 секунд, а вторая стадия – многопроходное УЗ-спреевое нанесение полимера при вращении 1 об/мин и свете ИК-лампы. В процессе сушки, растворитель из раствора, нанесенного на поверхность, выходит слишком быстро, создавая поверхность полимерного слоя, показанную на изображении.FIG. 8 shows the image of the surface of a polymer layer deposited on a silicon substrate. The polymer layer is formed by a combined method, but without an intermediate heat treatment, the need for which was also indicated earlier if the calculated thickness of the polymer layer exceeds 60 microns. In this case, the calculated layer thickness is 100 microns. A polymer layer with a design thickness of 100 μm is formed by a combined method in two stages, where the first stage is the application by centrifugation at a rotation speed of 1000 rpm for 90 seconds, and the second stage is a multi-pass ultrasonic spray application of the polymer during rotation of 1 rpm and IR light -lamps. In the drying process, the solvent from the solution deposited on the surface comes out too quickly, creating the surface of the polymer layer shown in the image.

На фиг. 9 показано изображение спреевого конуса в процессе работы установки УЗ-спреевого нанесения. В данном случае через сопло подается раствор полимера на основе Лака АД-9103 ИС ТУ 6-19-247-84.FIG. 9 shows the image of the spray cone during the operation of the ultrasonic spray installation. In this case, through the nozzle is fed a solution of a polymer based on Varnish AD-9103 IS TU 6-19-247-84.

Claims (15)

1. Способ получения диэлектрического слоя в изделиях микроэлектроники на основе полимерного покрытия, включающий подготовку поверхности нанесения, нанесение толстого покрытия, термообработку для удаления растворителя и летучих продуктов реакции, отличающийся тем, что нанесение покрытия из раствора полимера проводят последовательно в два этапа: на первом этапе раствор полимера наносят центрифугированием, а на втором – постадийным ультразвуковым спреевым нанесением, причем на первом этапе применяют раствор полимера большей концентрации и вязкости, чем на втором.1. A method of obtaining a dielectric layer in microelectronics products based on a polymer coating, including preparing the application surface, applying a thick coating, heat treatment to remove solvent and volatile reaction products, characterized in that the coating from the polymer solution is carried out sequentially in two stages: in the first stage the polymer solution is applied by centrifugation, and the second is applied by stepwise ultrasonic spray application, and a greater concentration of polymer solution is used at the first stage tion and viscosity than the second. 2. Способ получения диэлектрического слоя по п. 1, отличающийся тем, что время между центрифугированием и ультразвуковым спреевым нанесением составляет не более 1 минуты.2. A method of obtaining a dielectric layer under item 1, characterized in that the time between centrifugation and ultrasonic spray application is not more than 1 minute. 3. Способ получения диэлектрического слоя по п. 1, отличающийся тем, что для центрифугирования вязкость раствора полимера составляет не более 52000 сП.3. A method of obtaining a dielectric layer according to claim 1, characterized in that for centrifuging the viscosity of the polymer solution is not more than 52,000 cP. 4. Способ получения диэлектрического слоя по п. 1, отличающийся тем, что для ультразвукового спреевого нанесения вязкость раствора полимера составляет не более 50 сП.4. A method of obtaining a dielectric layer under item 1, characterized in that for ultrasonic spray application, the viscosity of the polymer solution is not more than 50 cP. 5. Способ получения диэлектрического слоя по п. 1, отличающийся тем, что общая толщина слоя определяют по формуле: 5. The method of obtaining the dielectric layer under item 1, characterized in that the total thickness of the layer is determined by the formula:
Figure 00000005
, где
Figure 00000005
where
v – вязкость раствора в П,v - solution viscosity in P, b – коэффициент, величина которого приблизительно равна 2,b is a coefficient whose value is approximately equal to 2, w – частота вращения в об/мин,w - rotational speed in rpm, t* – время растекания в мин,t * - spreading time in min K – коэффициент (от 0 до 1), характеризует количественную характеристику общего объема раствора, попадающего на подложку,K - coefficient (from 0 to 1), characterizes the quantitative characteristic of the total volume of the solution falling on the substrate, c – концентрация раствора в %,c is the solution concentration in%, V – объем раствора в мм3,V is the volume of solution in mm 3 , S – площадь подложки в мм2.S is the area of the substrate in mm 2 . 6. Способ получения диэлектрического слоя по п. 1, отличающийся тем, что при формировании полимерного слоя из всех материалов, кроме светочувствительных, проводят подогрев подложки и сушку в свете инфракрасной лампы.6. A method of obtaining a dielectric layer according to claim 1, characterized in that during the formation of the polymer layer from all materials, except photosensitive ones, the substrate is heated and dried in the light of an infrared lamp.
RU2018128409A 2018-08-03 2018-08-03 Method of producing dielectric layer based on polymer coating in microelectronics products RU2692373C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018128409A RU2692373C1 (en) 2018-08-03 2018-08-03 Method of producing dielectric layer based on polymer coating in microelectronics products

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018128409A RU2692373C1 (en) 2018-08-03 2018-08-03 Method of producing dielectric layer based on polymer coating in microelectronics products

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2692373C1 true RU2692373C1 (en) 2019-06-24

Family

ID=67038133

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018128409A RU2692373C1 (en) 2018-08-03 2018-08-03 Method of producing dielectric layer based on polymer coating in microelectronics products

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2692373C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2144472C1 (en) * 1998-11-03 2000-01-20 Самсунг Электроникс Ко., Лтд. Method for creating thick-film layer in microinjection device
WO2008030474A2 (en) * 2006-09-08 2008-03-13 Krogman Kevin C Automated layer by layer spray technology
US20080175996A1 (en) * 2007-01-23 2008-07-24 Commissariat A L'energie Atomique Method for depositing a polymer layer on a surface of a support comprising at least a recessed zone
EP3316324A1 (en) * 2015-06-25 2018-05-02 Kabushiki Kaisha Nihon Micronics Secondary battery manufacturing method

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2144472C1 (en) * 1998-11-03 2000-01-20 Самсунг Электроникс Ко., Лтд. Method for creating thick-film layer in microinjection device
WO2008030474A2 (en) * 2006-09-08 2008-03-13 Krogman Kevin C Automated layer by layer spray technology
US20080175996A1 (en) * 2007-01-23 2008-07-24 Commissariat A L'energie Atomique Method for depositing a polymer layer on a surface of a support comprising at least a recessed zone
EP3316324A1 (en) * 2015-06-25 2018-05-02 Kabushiki Kaisha Nihon Micronics Secondary battery manufacturing method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5609995A (en) Method for forming a thin uniform layer of resist for lithography
US6407009B1 (en) Methods of manufacture of uniform spin-on films
US5925410A (en) Vibration-enhanced spin-on film techniques for semiconductor device processing
US6436851B1 (en) Method for spin coating a high viscosity liquid on a wafer
US5554567A (en) Method for improving adhesion to a spin-on-glass
JP4745358B2 (en) Spin coating method and spin coating apparatus
US6530340B2 (en) Apparatus for manufacturing planar spin-on films
CN104952704B (en) The forming method of coating
US5298288A (en) Coating a heat curable liquid dielectric on a substrate
US9170496B2 (en) Method of pre-treating a wafer surface before applying a solvent-containing material thereon
US6946407B2 (en) Method for pretreating a substrate prior to application of a polymeric coat
US6849293B2 (en) Method to minimize iso-dense contact or via gap filling variation of polymeric materials in the spin coat process
US5646071A (en) Equipment and method for applying a liquid layer
US6225240B1 (en) Rapid acceleration methods for global planarization of spin-on films
US6317642B1 (en) Apparatus and methods for uniform scan dispensing of spin-on materials
US6974600B2 (en) Method and apparatus for coating a photosensitive material
US6387825B2 (en) Solution flow-in for uniform deposition of spin-on films
RU2692373C1 (en) Method of producing dielectric layer based on polymer coating in microelectronics products
US6033589A (en) Method for depositing a coating layer on a wafer without edge bead formation
US7435692B2 (en) Gas jet reduction of iso-dense field thickness bias for gapfill process
JPH0780384A (en) Fluid coating device
JP2812755B2 (en) Manufacturing method of cylindrical coated body
US6410080B1 (en) Method for forming a liquid film on a substrate
US11387099B2 (en) Spin coating process and apparatus with ultrasonic viscosity control
JP2002299337A (en) Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device