一种具有双功能的光敏聚酰亚胺前体材料及其制备方法与在光刻中的应用技术

本发明专利技术提供了一种具有双功能的光敏聚酰亚胺前体材料及其制备方法与在光刻中的应用。本发明专利技术的具有双功能的光敏聚酰亚胺前体材料，是通过二胺与二酐聚合得到前驱体PAA聚合物，然后与具有疏水且可交联基团的化和物酯化反应得到。本发明专利技术的聚酰亚胺材料可以用于正性光刻胶和负性光刻胶，将其与不同的光敏剂、添加剂等进行混合进行涂膜、显影、曝光，得到分辨率良好的图案化聚酰亚胺薄膜。良好的图案化聚酰亚胺薄膜。

【技术实现步骤摘要】
一种具有双功能的光敏聚酰亚胺前体材料及其制备方法与在光刻中的应用


[0001]本专利技术涉及一种具有双功能的光敏聚酰亚胺前体材料及其制备方法与在光刻中的应用，属于高分子感光成像


技术介绍

[0002]聚酰亚胺(Polyimides，PI)是20世纪50年代为了满足航空航天对于耐热、轻质和高强材料的需求所发展起来的高性能高分子材料，它将高分子材料的使用温度提高到200℃以上。聚酰亚胺单体来源丰富、合成途径多样，显示出优异的结构和性能的可设计性以及灵活的成型加工性，已在电力电气、印制电路、新型显示以及能源转换等诸多领域获得广泛应用。由在早期的半导体工业中，聚酰亚胺的图案化借助光刻胶实现，即在聚酰亚胺表面涂覆一层光刻胶，将其光刻形成图案后，再利用化学蚀刻等方法处理底层聚酰亚胺，从而将光刻胶的图案转移至聚酰亚胺层。为简化聚酰亚胺的图案化制作过程，研究人员赋予聚酰亚胺光敏性，即合成光敏性聚酰亚胺(PSPI)，利用光刻技术直接将图形制作到光敏性聚酰亚胺层，实现其自图案化。因此，光敏性聚酰亚胺兼有光刻胶和介电绝缘层的功能.
[0003]PSPI有两种类型，大多数市售PSPI都是由聚酰胺酸(PAA)制备的：一种是负型PSPI，主链上有悬垂和光敏交联基团，在曝光区域聚合物进行交联在显影液中不溶解，未曝光区域不交联在显影液中溶解，形成图案；另一种类型是正型PSPI，由于PAA中羧酸的高酸度，PAA在四甲基氢氧化铵(TMAH)水溶液中的溶解速率过高，无法在未暴露区域和暴露区域之间获得足够的溶解对比度，这就需要在PAA聚合物中引入疏水基团，以实现高溶解对比度(DC)，在PAA聚合物中引入疏水结构(如芳香基团和含氟基团)，有利于抑制PAA在碱性水溶液中的溶解，可使合成的PSPI具有合适的光感度和良好的图片分辨率。
[0004]如果在PAA聚合物上引入疏水且可交联基团，既可以在光照下进行交联，又具有疏水作用，降低在TMAH显影液中的溶解速率。修饰后的聚酰亚胺前体既可以和交联剂、感光剂配成负胶，又可以和DNQ类感光剂配成正胶，二者均可以得到良好分辨率的图案。因此，在PAA聚合物中引入疏水且可交联基团，可以改善PAA的性能，合成具有双功能的聚酰亚胺前体材料，在光刻领域具有重要的意义。为此，提出本专利技术。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种具有双功能的光敏聚酰亚胺前体材料及其制备方法与在光刻中的应用。本专利技术的具有双功能的光敏聚酰亚胺前体材料，是通过二胺与二酐聚合得到前驱体PAA聚合物，然后与具有疏水且可交联基团的化和物酯化反应得到，本专利技术的聚酰亚胺前体材料可以用于正性光刻胶和负性光刻胶，将其与不同的光敏剂、添加剂等进行混合进行涂膜、显影、曝光，得到分辨率良好的图案化聚酰亚胺薄膜。
[0006]术语解释：
[0007]室温：具有本领域公知含义，指25
±
5℃。
[0008]本专利技术的技术方案如下：
[0009]一种具有双功能的光敏聚酰亚胺前体材料，该光敏聚酰亚胺前体材料是由二胺和二酐经聚合得到前驱体PAA聚合物，然后再与具有疏水且可交联基团的化合物进行酯化反应所得。
[0010]根据本专利技术优选的，所述二胺为2,2
‑
双(3
‑
氨基
‑4‑
羟基苯基)六氟丙烷(6FAP)、2,2
‑
双(3
‑
氨基
‑4‑
羟基苯基)丙烷(BAP)、4,4'
‑
二氨基二苯醚、4,4'
‑
二氨基联苯、对苯二胺或间苯二胺。
[0011]根据本专利技术优选的，所述二酐为3,3',4,4'
‑
联苯四甲酸二酐(BPDA)、均苯四甲酸二酐、4,4'
‑
(六氟异丙烯)二酞酸酐、2,3,3',4'
‑
二苯醚四甲酸二酐或3,3',4,4'
‑
二苯醚四甲酸二酐。
[0012]根据本专利技术优选的，所述具有疏水且可交联基团的化合物为丙烯酰氯、丙烯酸叔丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酰氯或对羟基苯乙烯；进一步优选为甲基丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酰氯或对羟基苯乙烯。
[0013]根据本专利技术，上述具有双功能的光敏聚酰亚胺前体材料的制备方法，包括步骤如下：
[0014](1)在氮气保护下，将二胺和二酐加入溶剂中，室温下反应，得到反应液A；
[0015](2)在氮气保护下，向步骤(1)所得反应液A中加入具有疏水且可交联基团的化合物进行反应，得到反应液B；将反应液B加入去离子水中，析出沉淀，经过滤、干燥，得到具有双功能的光敏聚酰亚胺前体材料。
[0016]根据本专利技术优选的，步骤(1)中所述二胺和二酐的摩尔比为0.5～2:1。
[0017]根据本专利技术优选的，步骤(1)中所述溶剂为N
‑
甲基吡咯烷酮、N,N
‑
二甲基甲酰胺或N,N
‑
二甲基乙酰胺；所述溶剂的体积与二胺的质量之比为5～10mL:1g。
[0018]根据本专利技术优选的，步骤(1)中所述的反应时间5～24h，进一步优选为10～15h。
[0019]根据本专利技术优选的，步骤(2)中所述具有疏水且可交联基团的化合物与二胺的摩尔比为0.1～1.5:1，进一步优选为0.2～0.5:1。
[0020]根据本专利技术优选的，步骤(2)中所述具有疏水且可交联基团的化合物为丙烯酸叔丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯或对羟基苯乙烯时，体系中还加入三苯基膦和4
‑
甲氧基苯酚；所述三苯基膦与具有疏水且可交联基团的化合物的摩尔比为0.01～0.05:1，进一步优选为0.02～0.03:1；所述4
‑
甲氧基苯酚与具有疏水且可交联基团的化合物的摩尔比为0.005～0.02:1。
[0021]根据本专利技术优选的，步骤(2)中所述具有疏水且可交联基团的化合物为丙烯酰氯或甲基丙烯酰氯时，体系中还加入三乙胺；所述三乙胺与具有疏水且可交联基团的化合物的摩尔比为1:1；所述具有疏水且可交联基团的化合物在0
‑
5℃下加入体系中。
[0022]根据本专利技术优选的，步骤(2)中所述具有疏水且可交联基团的化合物为丙烯酸叔丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯或对羟基苯乙烯时，反应的温度为95～105℃；所述具有疏水且可交联基团的化合物为丙烯酰氯或甲基丙烯酰氯时，反应温度为室温。
[0023]根据本专利技术优选的，步骤(2)中所述反应的时间为8～12h。
[0024]根据本专利技术优选的，步骤(2)中所述反应液B与去离子水的质量比为1:15～30。
[0025]根据本专利技术优选的，步骤(2)中所述干燥为在40℃下真空干燥24h。
[0026]根据本专利技术，上述具有双功能的光敏聚酰亚胺前体材料在正性光刻胶体系和负性光刻胶体系中的应用。
[0027]本专利技术的技术特点及本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有双功能的光敏聚酰亚胺前体材料，其特征在于，该光敏聚酰亚胺前体材料是由二胺和二酐经聚合得到前驱体PAA聚合物，然后再与具有疏水且可交联基团的化合物进行酯化反应所得。2.根据权利要求1所述具有双功能的光敏聚酰亚胺前体材料，其特征在于，所述二胺为2,2
‑
双(3
‑
氨基
‑4‑
羟基苯基)六氟丙烷(6FAP)、2,2
‑
双(3
‑
氨基
‑4‑
羟基苯基)丙烷(BAP)、4,4'
‑
二氨基二苯醚、4,4'
‑
二氨基联苯、对苯二胺或间苯二胺。3.根据权利要求1所述具有双功能的光敏聚酰亚胺前体材料，其特征在于，所述二酐为3,3',4,4'
‑
联苯四甲酸二酐、均苯四甲酸二酐、4,4'
‑
(六氟异丙烯)二酞酸酐、2,3,3',4'
‑
二苯醚四甲酸二酐或3,3',4,4'
‑
二苯醚四甲酸二酐。4.根据权利要求1所述具有双功能的光敏聚酰亚胺前体材料，其特征在于，所述具有疏水且可交联基团的化合物为丙烯酰氯、丙烯酸叔丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酰氯或对羟基苯乙烯；优选为甲基丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酰氯或对羟基苯乙烯。5.权利要求1
‑
4任一项所述具有双功能的光敏聚酰亚胺前体材料的制备方法，包括步骤如下：(1)在氮气保护下，将二胺和二酐加入溶剂中，室温下反应，得到反应液A；(2)在氮气保护下，向步骤(1)所得反应液A中加入具有疏水且可交联基团的化合物进行反应，得到反应液B；将反应液B加入去离子水中，析出沉淀，经过滤、干燥后，得到具有双功能的光敏聚酰亚胺前体材料。6.根据权利要求5所述具有双功能的光敏聚酰亚胺前体材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述二胺和二酐的摩...

【专利技术属性】
技术研发人员：康文兵，闫正，王海花，陈欢，孔慧停，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：