旋涂是旋转涂抹法的简称,是有机发光二极管中常用的制备方法,主要有设备为匀胶机。旋涂法包括:配料,高速旋转,挥发成膜三个步骤,通过控制匀胶的时间,转速,滴液量以及所用溶液的浓度、粘度来控制成膜的厚度。电子工业中,基片垂直于自身表面的轴旋转,同时把液态涂覆材料涂覆在基片上的工艺。
简介
旋涂(或称旋转涂覆)是依靠工件旋转时产生的离心力及重力作用,将落在工件上的涂料液滴全面流布于工件表面的涂覆过程。
旋涂只适用于在平面状简单工件上制备单侧涂层,主要用于制备电子束管荧光屏涂层等。旋涂的主要优点是易于获得密度较大的涂层,涂层厚度比较均匀。
涂料
旋涂用涂料要求有高的延伸率和足够的抗张强度,以免涂层开裂。
彩电荧光屏依次甩涂绿、蓝、红三色荧光粉时,涂料中粘结剂常用感光胶
聚乙烯醇(PVA胶)。干燥后的涂膜在曝光处理时,通过涂料中增感剂
重铬酸铵(ADO)在光分解反应中所产生的三价铬离子,促使聚乙烯醇发生光聚合交联反应,由原来溶于水的线型分子结构转变为不溶于水的体形网状分子结构,由此使荧光粉分别固定在所需的相应位置上。未经光辐照反应的涂料则在显影处理时溶解清除,涂屏的全过程也是光刻工艺的应用实例。在其它光刻工艺的应用中,各种感光胶(或称光致抗蚀剂)的涂覆也常用旋涂法。
作为感光胶,聚乙烯醇的聚合度和醇化度愈高,添加
重铬酸铵后对发生光聚合交联反应的灵敏度也就愈高j但水溶性则以醇化度为88%时最好。实际生产中常用高聚合度的聚乙烯醇,其分子量一般为96000~125000。
聚乙烯醇是水溶性
有机粘结剂,水的表面张力较大,因此,配制涂料时常需使用
阴离子表面活性剂,以改善润湿渗透能力?匝粉末介质分散均匀。为了克服阴离子表面活性剂泡沫多的缺点,减少涂层可能出现的起泡和开裂现象,也常混合使用其它
非离子表面活性剂。在配制彩电荧光粉涂料时,常用
表面活性剂见图2。
旋涂涂膜厚度
旋涂时,涂膜厚度与涂料粘度的二次方成正比,而与工件的旋转速度的平方根成反比。因此,改变涂料粘度必须兼顾涂层厚度,密度和设备等条件。在使用相同规格韵
聚乙烯醇配制彩色荧光粉涂料时,降低粘度可以提高荧光粉和聚乙烯醇的用量比,对提高荧光屏亮度有利。但粘度过低时,·涂层容易起泡,并会发生边缘厚,中间薄的现象;实际生产中,涂料粘一般为25~30mPa·s。
在旋涂时,由于涂膜厚度与涂料粘度、工件旋转速度两者有确定关系,因此,当涂膜厚度有严格要求时,对一定粘度的涂料及工件的转速不得任意改变。
旋涂玻璃法
概况
旋涂玻璃法简称SOG(Spin On Glass),是目前普遍采用的一种局部平坦化技术。它的基本原理类似光刻胶旋涂,即把一种溶于溶剂内的
介电材料以旋涂的方式涂布在晶片上。因为经涂布的介电材质可以随着溶剂而在晶片表面流动,因此很容易填入如图3箭头所示的凹槽内。
经过适当的热处理,去除这些用来溶解介电材料的溶剂以后,一种用来填补沉积介电层凹陷区域的平坦化制作就完成了。接下来可以在这层平坦化后的内连线介电层表面上,制作第二层及以上的各内连线金属层了。
SOG法是以旋涂的方式覆盖一层液态的溶液,以达到使晶片表面的介电层的“平坦化”的目的。因为SOG经适当加热之后,将成为1个非常接近予SiO2的物质。因此涂布在晶片表面的SOG不应完全清洗掉(因为它也是一种SiO2),而可以留在晶片表面上,以增加其对阶梯结构的平坦化能力。
SOG技术的介电层材料是以溶剂形态覆盖在晶片表面上,因此对高低起伏外观的“沟填”能力非常好,可以避免CVD法制作所形成的孔洞问题,目前已经成为一种普遍的介电层平坦化技术。SOG是一种由溶剂和介电质,经混合而形成的一种液态介电层。因为含有SiO2或接近于SiO2结构的材料,再加上本身是以旋转的方式涂布在晶片表面上,这样平坦化问题基本上解决了。
旋涂玻璃法分类
现在常用的SOG主要有硅酸盐与硅氧烷两种。用来与这些含有Si-O相溶的有机溶剂,主要有醇类、酮类。其中硅酸盐类的SOG使用时,常掺有磷的化合物,如P2O5,以改善它的物理性质,特别是在防止硅酸盐SOG层的龟裂方面;至于硅氧烷类的SOG,因为本身含有有机类化合物,如CH3、C6H5。这些有机物质也可以改善这种SOG层的抗裂能力,尤其是在SOG经过加热处理(
固化)以去除本身所含的溶剂时,尤需注意。
旋涂玻璃法缺点
SOG使用时,还有一些缺点:①易造成微粒;②有龟裂及剥落现象;③有残余溶剂“释放”问题。其中的微粒主要来自SOG残留物。这部分可以依靠工艺及设备的改善而减少。至于龟裂和剥离现象,必须针对SOG材料本身与工艺的改进来避免。如在SOG溶液里,加入适量的有机功能基和杂质,或者减少SOG涂布厚度,以强化SOG对龟裂和剥离抵抗能力。
至于“残余溶液释放”,主要来自未经完全固化的SOG内剩余溶剂及水气。这部分可在SOG固化后再增加一道等离子体的处理加以改善。SOG制作过程分为两个过程:一是涂布,二是固化。前者是将SOG均匀地涂布在晶片表面上。后者是以热处理方式,在高温下,把SOG内剩余的溶剂赶走,使SOG的密度增加,并固化为近似SiO2结构。
涂布之后,先经数分钟的热垫板固化,以便让溶剂初步蒸除,并让SOG中的SiO2键进行键结。常用热垫板温度为80~300℃。为了达到最佳效果,有时使用三个不伺温度进行。然后,把晶片送人热炉管内,在400~450℃,进行SOG最后的固化,使得大多数SOG转换成低溶剂含量的固态SO2。固化以后,其厚度缩减原来的5%~15%左右。