[發明專利]一種低介電常數材料薄膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201410465737.0
• 申請日: 2014-09-12
• 公開（公告）號: CN105418927B
• 公開（公告）日: 2019-01-22
• 發明（設計）人: 王萬軍;袁京;杜麗萍;黃祚剛;姜標
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海高等研究院
• 主分類號: C08G77/24
• 分類號: C08G77/24;C08L83/08;C08L83/05;C08J3/28;C08J5/18
• 代理公司: 上海碩力知識產權代理事務所(普通合伙) 31251
• 代理人: 王法男

本發明公開了一種低介電常數材料薄膜及其制備方法。本發明以含氟萘乙基有機硅單體和烴基二氯硅烷為起始原料，以四甲基二乙烯基硅氧烷為封端劑，通過縮合反應制得含氟萘乙基乙烯基硅油；該含氟萘乙基乙烯基硅油和含氫硅油或者含氫硅氧烷混合，涂于硅片上形成一層薄膜，利用紫外光照射使所述薄膜發生發應，然后對薄膜進行退火處理，制得所述低介電常數材料薄膜。本發明中制得的低介電常數材料薄膜的介電常數可達2.0～2.5，因此可用作45nm以下的極大規模集成電路上的低介電常數材料。該低介電常數材料薄膜的制備方法簡單，有利于工業化生產。

技術領域

本發明屬于低介電常數材料技術領域，具體涉及一種低介電常數材料薄膜及其制備方法。

背景技術

隨著極大規模集成電路的發展，電路的集成度越來越高，芯片中的互連線密度不斷增加，互連線的寬度和間距不斷減小，因此由互連電阻(R)和電容(C)所產生的寄生效應越來越明顯，進而使信號發生嚴重延遲。為解決這一問題，最有效的方法是使用低介電常數互聯材料。材料的介電常數主要與構成材料分子的極化率以及單位體積內極化分子的個數相關，因此可以通過兩種途徑降低材料的介電常數：一是降低構成材料分子的極化率；二是降低單位體積內極化分子的密度。

目前業界通過使用造孔技術將介電常數等于1的空氣引入到固體薄膜的微孔中，從而降低單位體積內極化分子的密度，如此可以降低固體薄膜的介電常數。但是，微孔固體薄膜中孔的尺寸難以控制，而且孔的存在往往導致薄膜力學性能不佳、吸水性增加，進而影響薄膜性能。

氧化硅材料具有良好的化學穩定性和熱穩定性，與硅基板具有良好的相容性，因此在眾多低介電常數材料中是最具發展前景的。目前業界多用四甲基硅烷，二甲基二甲氧基硅烷，八甲基環四硅氧烷等作為低介電常數沉積膜的原料，然而隨著集成電路的不斷發展，傳統的有機硅原料已經不能滿足市場需求。

在硅上引入大的含氟基團，可以降低分子的極化率，增加聚合物的自由體積，從而達到降低介電常數的目的。因為C-F較C-H鍵有較小偶極和較低的極化率，同時氟原子還能增加自由體積，而這兩方面都能降低固體薄膜的介電常數。柔性的橋結構和能限制鏈間相互吸引的大的基團都可以增加聚合物的自由體積。聚合物的自由體積增大，可以降低單位體積內極化基團的數目，從而達到降低介電常數的目的。

隨著集成電路達到45nm以下節點，需要介電常數k值小于2.5的超低介電材料，傳統聚合物材料往往由于k值較高，難以滿足要求，探索新的低介電常數材料仍是重要的研究方向。

發明內容

本發明的目的在于，提供一種低介電常數材料薄膜及其制備方法，主要解決現有技術中傳統的聚合物材料難以滿足現代集成電路所需的超低介電常數材料的技術問題。

本發明為解決上述技術問題所采用的技術方案如下：

一種低介電常數材料薄膜，該低介電常數材料薄膜的制備方式為：以含氟萘乙基有機硅單體和烴基二氯硅烷為起始原料，以四甲基二乙烯基硅氧烷為封端劑，通過縮合反應制得含氟萘乙基乙烯基硅油，該含氟萘乙基乙烯基硅油和含氫硅油或者含氫硅氧烷混合，涂于硅片上形成一層薄膜，利用紫外光照射使所述薄膜發生發應，然后對薄膜進行退火處理，制得所述低介電常數材料薄膜；所述含氟萘乙基有機硅單體的結構如式(Ⅰ)所示，

其中，R_f為-(CH₂)_m(CF₂)_nF或-(CH₂)_m(CF₂)_nH，其中m為1～2的整數，n為1～10的整數；R₁為甲基或苯基；R₂為-H或R_f；R₃為-H或R_f。

進一步地，所述烴基二氯硅烷為二甲基二氯硅烷、二苯基二氯硅烷或甲基苯基二氯硅烷。