[發明專利]一種低介電常數聚芳醚腈及其制備方法

在審

• 申請號: 201910479650.1
• 申請日: 2019-06-04
• 公開（公告）號: CN110105575A
• 公開（公告）日: 2019-08-09
• 發明（設計）人: 危仁波;王玲玲;詹晨浩;尤勇;涂玲;劉孝波
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: C08G75/23
• 分類號: C08G75/23;C08G65/40;C08J5/18;C08L81/06;C08L29/04
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本發明涉及一種低介電常數聚芳醚腈及其制備方法。該低介電常數聚芳醚腈的化學結構中含有三氟甲基、砜基和芳醚基團，呈現薄膜狀，且該低介電常數聚芳醚腈薄膜內部含有大量的孔。低介電常數聚芳醚腈是由含有低極性基團的聚芳醚腈嵌段共聚物與致孔劑在水和乙醇混合液中通過相轉化法制備得到。通過改變聚芳醚腈嵌段共聚物的鏈段比例，相轉化法中致孔劑的種類、結構，相轉化法中水和乙醇的比例等，可得到一系列具有低介電常數的高性能聚芳醚腈材料。該低介電常數聚芳醚腈的密度低于0.15g/cm³，孔隙率大于80％，介電常數在1kHz時小于1.5，介電損耗在1kHz時低于0.004，比模量大于1000MPa·cm³/g。該低介電常數聚芳醚腈屬于低介電常數有機電介質，具體可作為互聯裝配用層間介質材料。

技術領域

本發明涉及一種低介電常數聚芳醚腈及其制備方法，屬于低介電常數有機電介質材料制造領域。該低介電常數聚芳醚腈可以作為低介電常數材料應用于互聯裝配用層間電介質。

背景技術

近年來微電子工業迅速發展，電子元器件的應用尺寸不斷趨向小型化，大規模集成電路中芯片集成度顯著提高，芯片互連線密度增大，使線路中電阻和布線中電容增加，產生信號阻容延遲效應，影響信號傳輸速度和信號損耗，這已成為集成電路向高速、高密度、低能耗以及多功能方向發展的新的桎梏。通常信號傳遞的延遲時間正比于導體自身的電阻，也正比于其介電常數值，同時正比于導體的長與厚度之比。因此，要想縮短信號傳遞的延遲時間，可以選擇自身電阻值與介電常數值較低的材料，或者使用其他方法減少材料的自身電阻及介電常數，也可以擴寬導線間的距離。然而由于導線間的距離不易擴寬，要想減少信號傳遞的延遲時間，主要得從減少導線的介電常數入手。經計算其他條件一致時，當封裝導線的介電常數值由4.0改為2.5，導線傳遞信息的速度可變為原來的2.6倍，如果能夠進一步降低導線的介電常數，導線傳遞信息的速度能夠得到明顯提高。因此，為了達到集成電路高集成度的要求，提高信號的傳輸速度，封裝內高密度的信號線路要求彼此之間保持電絕緣，應選取介電常數值盡可能低的電介質材料作為集成電路用的層間絕緣材料，以確保最小的電交互信號能夠正常地在相鄰線路中進行傳輸。

根據國際半導體技術藍圖的節點要求，在國際半導體技術藍圖中的完成情況中，其他幾項指標都是提前完成的，而介質層的介電常數值遠遠落后于預期值，這主要是由于介電常數材料有很多的性能指標。在降低介電常數值的前提下，要保證介電常數材料的漏電流不能過高，電壓耗散系數不能太大。要保證介電常數材料的力學特性，在后端工藝中，要確保互連線與介電材料之間的沉積與平坦化過程，要在機械拋光的作用下不會發生斷裂，以支撐多層互連結構。由于水的介電常數是80，所以這就要確保介電常數材料要有很低的吸水性，這樣介電材料的介電常數值才能維持一個較低的值。另外，由于介電常數材料很多時候要高溫的環境中工作，在超大規模集成電路系統下，介電材料也要經受多次的熱循環過程，所以介電材料的性能不能高溫下發生嚴重的衰減。這些都增加了介電常數數值降低的難度，導致了在國際半導體技術藍圖中介電常數值難以達到要求。

聚芳醚因其良好的耐熱性、耐腐蝕性、絕緣性和優異的力學性能而被廣泛地應用在電子材料、航空航天、通信、國防軍事等領域。聚芳醚腈屬于聚芳醚類聚合物中的一員，其特點是其側基含有大量的功能性的氰基基團。聚芳醚腈具有耐高溫循環使用性能，可在受載情況下130℃循環3000次，性能基本保持不變；自潤滑性能好；機械性能優異；阻燃等級達到VO級；具有良好的耐輻照性；絕緣性能穩定；對除濃硫酸外的酸、堿及其水溶液都具有穩定性。由于極性氰基側基的存在，賦予聚芳醚腈高的介電常數，純聚合物可高達3.8-6.0，擊穿電壓高達220-300V/μm，這對于開發高性能介電聚合物具有重要的科學意義和廣泛的實用價值。本發明利用先制備得到高性能聚芳醚腈材料，然后通過相轉化法向聚芳醚腈基體中引入多孔結構，以降低其介電常數，得到低介電常數聚芳醚腈多孔材料。

發明內容