Способ производства полупроводниковых систем на полиимидном основании
Владельцы патента RU 2295846:
Комарова Галина Шайхнелисламовна (RU)
Комаров Евгений Александрович (RU)
Изобретение относится к электротехнике, в частности к способу производства полупроводниковых систем, изготавливаемых на основе полиимида, где требуется вскрытие контактных площадок для соединения проводящих слоев разных уровней печатных плат. Техническим результатом изобретения является разработка условий травления полностью полимеризованного полиимида, обеспечивающих точность формы и размеров вытравленных участков при более технологичных условиях. В изобретенном способе в качестве раствора травления используют раствор, содержащий в мас.%: моноэтаноламин - 20,4-71,26, щелочь - 30-50, тетраметиламмоний гидрат или тетрабутиламмоний гидрат - 10-14, воду - остальное, а травление незащищенных участков пленки осуществляют при температуре 100±5°С. 1 табл.
Изобретение относится к способу производства полупроводниковых систем в части вскрытия контактных площадок для соединения проводящих слоев разных уровней печатных плат или шлейфов, изготавливаемых на основе полиимида.
В информационных источниках известны растворы травления полиимида щелочами [Пат. №3529017 США, Пат. №3770528 США]; растворами гидразингидрата, которые разрушают полиимид быстрее, чем щелочи [Пат. №4112139 США]; щелочными растворами этилендиамина, скорость травления полиимида в которых выше [Пат. №3821016 США], чем в растворах гидразингидрата.
В работе американских исследователей [Пат. №4218283 США] предлагается травление полиимидных пленок имидизированных при 250°С растворами гидразингидрата с этилендиамином с последующей термообработкой вытравленной схемы до полной имидизации полимера при 450°С. Неполная имидизация полимера позволяет обеспечить высокую скорость удаления полимера с контактных площадок при низких температурах и, как следствие, выдержать точность размеров и формы вытравливаемых участков, однако при последующей термообработке размеры вытравленных участков могут изменить размеры, т.к. при температурном воздействии у полиимида происходит усадка в пределах 1,5%.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ сквозного размерного травления полиимида при изготовления полупроводниковых систем, который и выбран в качестве прототипа, где травление полностью имидизированного полиимида осуществляется растворами гидразингидрата с этилендиамином при температуре 120-140°С [Пат. №4639290 США]. Эти растворы обеспечивают высокое качество и скорость вытравливания незащищенных фоторезистивной маской участков полиимида, однако температура, при которой производится травление полимера чрезвычайно высока, т.е. большое испарение растворов и, как следствие, меньшая их рабочая емкость. Учитывая, что как гидразингидрат, так и этилендиамин - токсичные вещества, а температура кипения их 117-118°С, испарение их в предлагаемом в прототипе растворе очень высокое.
Задачей предлагаемого изобретения является разработка условий травления полностью полимеризованного полиимида, обеспечивающая точность формы и размеров вытравленных участков при более технологичных условиях.
Указанная задача решается тем, что в известном способе травление полиимидной основы осуществляют растворами гидразингидрата с диаминами, а в предлагаемом способе в качестве растворов травления используют щелочные растворы аминоспирта или щелочные растворы аминоспирта с тетраалкиламмониевым основанием.
Использование этих растворов позволяет снизить температуру травления полиимидного диэлектрика до 100±5°С и применять растворы с менее токсичным воздействием на организм.
Исследованы скорости травления полиимида различными растворами. Установлено, что в сравнении с приведенными выше растворами, наиболее приемлемы щелочные растворы моноэтаноламина, которые обеспечивают высокую скорость травления, и менее токсичны, чем предлагаемые в прототипе.
Предлагаются растворы травления толстопленочного полиимида, основное отличие которых заключается в том, что растворы моноэтаноламина, содержащие щелочь 20-50%, в отличие от растворов, приведенных в работе [Пат. №4218283 США], травят полиимид полностью имидизированный; а в отличие от прототипа [Пат. №4639290 США], травление осуществляется при температуре 100÷105°С. Эти растворы обеспечивают большую скорость травления пленки, а следовательно, обеспечивают достаточную точность размеров вытравливаемых отверстий с углом стравливания 75-78°. При добавлении тетраалкиламмониевых оснований скорость травления полиимида еще увеличивается. Для производства печатных плат используются полиимидные пленки толщиной 30 мкм и более.
В таблице 1 приведены примеры зависимости времени травления чистой полиимидной пленки от состава предлагаемых растворов и температуры.
| Таблица 1 | |||||
| Зависимость времени травления полиимида от состава раствора | |||||
| № п/п | Состав раствора, мас.% | Время травления, мин | Температура раствора, °С | ||
| Пленка 35-40 мкм | Пленка (безусад.) 80 мкм | Пленка 100 мкм | |||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| 1 | 20,4 МЭА-20 КОН | 8-9 | 15-17 | 80±5 | |
| 2 | 20,4 МЭА-50 КОН | 4-6 | ˜«˜ | ||
| 3 | 50,9 МЭА-20 КОН | 5-7 | 15-17 | ˜«˜ | |
| 4 | 50,9 МЭА-50 КОН | 6-8 | 15-16 | ˜«˜ | |
| 5 | 71,26 МЭА-20 КОН | 6-7 | 15-16 | ˜«˜ | |
| 6 | 71,26 МЭА-30 КОН | 6-8 | 9-10 | 14-16 | ˜«˜ |
| 7 | 50,9 МЭА-20 КОН-10 ТМАГ | 4-4,5 | 8-9 | 11-13 | ˜«˜ |
| 8 | 50,9 МЭА-20 КОН-10 ТБАГ | 4-4,5 | 8-9 | 11-13 | ˜«˜ |
| 9 | 71,26 МЭА-30 КОН-10 ТМАГ | 4-4,5 | 7-9 | ˜«˜ | |
| 10 | 20,4 МЭА-50 КОН-10 ТМАГ | 3,5-4,5 | 7-8 | ˜«˜ | |
| 11 | 71,26 МЭА-2 КОН | 30 | 50-70 | ˜«˜ | |
| 12 | 20,4 МЭА-20 КОН | 3,5-4 | 13-13,5 | 100±5 | |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| 13 | 20,4 МЭА-50 КОН | 2-3 | 3-4 | ˜«˜ | |
| 14 | 50,9 МЭА-20 КОН | 2,5-3 | 8-9 | ˜«˜ | |
| 15 | 50,9 МЭА-50 КОН | 2-3 | 8-8,5 | ˜«˜ | |
| 16 | 71,26 МЭА-20 КОН | 2-2,5 | 3-4 | 3-3,5 | ˜«˜ |
| 17 | 71,26 МЭА-30 КОН | 2-2,5 | 3-3,5 | 3-3,5 | ˜«˜ |
| 18 | 50,9 МЭА-20 КОН-10 ТМАГ | 1,5-2 | 3-3,5 | 3-3,5 | ˜«˜ |
| 19 | 71,26 МЭА-30 КОН-10 ТМАГ | 1,5-2 | 3-3,5 | ˜«˜ | |
| 10 | 20,4 МЭА-50 КОН-10 ТМАГ | 1,5-2 | 3-4 | ˜«˜ | |
| КОН - едкий кали МЭА - моноэтаноламин ТМАГ - тетраметиламмоний гидрат ТБАГ - тетрабутиламмоний гидрат |
Из таблицы видно, что увеличение содержания щелочи существенно влияет на скорость травления пленки; добавление тетраалкиламмоний гидратов в щелочные растворы моноэтаноамина тоже увеличивает скорость травления полиимида, но не очень существенно. Замеры показали, что угол стравливания при использовании предлагаемых растворов получается не более 75-78°.
Технология по предлагаемому способу осуществляется следующим образом: на полиимидную пленку ПМ-1 наносят фоторезист ФН-11 с двух сторон, высушивают, экспонируют по соответствующему шаблону, термообрабатывают и травят щелочными растворами моноэтаноламина или щелочными растворами моноэтаноламина с тетраалкиламмониевыми основаниями.
Таким образом, способ производства полупроводниковых систем на полиимидном основании, включающий, как составную часть, сквозное размерное травления полиимидной пленки, предлагаемый - в настоящей работе, отличается от предлагаемого в прототипе тем, что полиимид травят растворами, приведенными в таблице при температуре 100÷5°С, в то время как в прототипе предлагается травление при температуре 120-140°С раствором, составленным из веществ, температура кипения которых 113-118°С. Раствор травления в предлагаемом способе работает при температуре ниже, чем в прототипе, следовательно, у него меньшее испарение раствора травления, a tкип этаноламина = 171°С, т.е. рабочая емкость раствора больше, чем у растворов в известном способе.
Способ производства полупроводниковых систем на полиимидном основании, включающий процесс травления незащищенных фоторезистивной пленкой участков полиимида, отличающийся тем, что химическое травление незащищенных участков пленки осуществляют при температуре 100±5°С щелочным раствором аминоспиртов и тетраалкиламмониевых оснований, при следующем содержании компонентов, мас.%:
| Моноэтаноламин | 20,4-71,26 |
| Щелочь | 30-50 |
| Тетраметиламмоний гидрат или | |
| тетрабутиламмоний гидрат | 10-14 |
| Вода | Остальное |
