[发明专利]一种可正性光刻胶用聚酰亚胺树脂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种正性光刻胶用，新型光敏聚酰亚胺树脂及其制备方法，该聚酰亚胺树脂的结构式中含有酸性基团——羧基，由于羧基的存在，该聚酰亚胺树脂在碱性显影液中具有一定的溶解性，其与重氮萘醌磺酸酯搭配可以制备碱显影的正性聚酰亚胺光刻胶。本发明公布的光敏聚酰亚胺树脂制备工艺简单，反应条件温和，易放大生产。由于该树脂在制备过程中已经完全亚胺化，所以光刻图形时不需高温固化处理，光敏树脂也无须低温保存，碱性水溶液中显影对环境友好。由该聚酰亚胺树脂所制备的光刻胶具有留膜率和对比度高、固化温度低、图形分辨率好、可室温保存等优点。该聚酰亚胺树脂的红外吸收光谱如图所示。

技术领域

本发明属于聚酰亚胺光刻胶领域，公开的是一种正性聚酰亚胺光敏树脂及其制备方法。

背景技术

聚酰亚胺( Polyimide , 简称PI) 作为特种工程塑料, 具有优异的耐热性、机械性能和电性能、成膜性, 其应用领域已经遍及航空航天、汽车工业和电子电器, 在微电子行业PI被广泛用作光致刻蚀剂。光敏聚酰亚胺( Photosensitive Polyimide , 简称PSPI)是具有感光和耐热双重功能的高分子材料, 可以大大简化使用非光敏聚酰亚胺时复杂的光刻工艺, 同时可以满足大规模集成电路和超大规模集成电路多层内联系统中的绝缘隔层、表面钝化层以及离子注入掩膜、电子束光刻等诸多方面的特殊要求, 因而日益受到人们的瞩目。

PSPI 按其配成光刻胶经光刻后所得图形不同, 分为正性和负性两种体系。正性PSPI ，所用光敏剂一般为光降解型, 所得光刻图形与掩膜相同; 负性PSPI , 所用光敏剂一般为光交联型, 所得光刻图形与掩膜相反。目前，商业化正性光敏聚酰亚胺树脂主要采用聚酰胺酸（PAA）前驱体，其优点是：单体来源较为广泛，且可以在碱性溶液（2.38%四甲基氢氧化铵水溶液）显影，对环境友好。然而，聚酰胺酸前驱体在碱性显影液中的溶解速率极快，曝光区与非曝光区溶解速率差异较小，造成留膜率和对比度低，显影工艺难以精确控制。后烘烤过程中，由前驱体聚酰胺酸( PAA) 转化为PI 不仅需要高温处理, 一般大于320℃，而且在这一过程中, PAA 要脱去水分子，容易引起膜收缩, 使膜与基片间产生应力，影响产品的信赖性。

本发明针对现有技术的不足之处，设计并合成了带有羧基的聚酰亚胺树脂，在合成过程中完成亚胺化，避免了前驱体PAA在应用过程中带来的弊端，同时结构中的羧基保证光敏聚酰亚胺树脂在碱性水溶液中正常显影，形成高质量的图形，也避免了曝光之后过高的后烘烤温度。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明公开了一种新型正性光敏聚酰亚胺树脂及其制备方法，其特征在于聚酰亚胺结构中带有羧基，具有很好的碱溶性，所述正性光敏聚酰亚胺树脂的化学结构式如下：

其中R为如下结构中的任意一种：

（其中Y为,,,,,中的任意一种）

，，，

，

，

，

Ar₁是二酐单体的中间结构，Ar₂是二胺单体的中间结构，x = 0.2-1，n = 5-200。

上述Ar₁的结构包括但不限于以下5种：

式中，Ar₁ =, , , , 。

上述Ar₂的结构包括但不限于以下5种：

Ar₂ = ， ， ， ， 。

进行聚合反应的实验过程如下：

进行聚合反应的实验过程如下：