[發明專利]一種含芴有機硅低介電材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202210219323.4
• 申請日: 2022-03-08
• 公開（公告）號: CN114716681A
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發明（設計）人: 朱慶增;張睿
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: C08G77/38
• 分類號: C08G77/38
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 王素平

本發明提供了一種含芴有機硅低介電材料及其制備方法。該含芴有機硅低介電材料含有雙酚芴類結構單元、聚硅氧烷結構單元。將雙酚芴類分子引入氨烴基聚硅氧烷制得了含芴有機硅低介電材料，降低了聚硅氧烷基體材料的介電常數，保持了聚硅氧烷材料的本征性能，如優異的疏水性能、耐高溫性能。該含芴有機硅低介電材料的介電常數在2.10～2.50范圍內，有望應用于5G技術領域及柔性微納米器件和集成電路中。

技術領域

本發明涉及一種含芴有機硅低介電材料及其制備方法，屬于新材料技術領域。

背景技術

近年來隨著微電子工業的迅速發展，電子元器件趨于小型化，電路集成度越來越高，要求芯片的功能不斷增強，體積不斷縮小，布線也越來越復雜。芯片特征尺寸的不斷減小與互連線密度的不斷增大，使得導線間電容、層間電容以及導線電阻增加，從而使得導線電阻R和電容C產生的RC延遲有所上升，引起信號傳輸的延遲、串擾及能量損耗，限制了集成電路向高速度、高密度、低能耗以及多功能方向發展，因此需要開發新型的低介電常數材料。

中國專利文獻CN102408251A提供了一種低介電常數介孔氧化硅薄膜材料的制備方法，該方法將三嵌段聚合物聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯和兩嵌段聚合物聚二甲基硅氧烷-聚氧乙烯加入到聚合氧化硅溶膠中形成低聚硅酸鹽前軀體溶液，然后經老化、旋涂到硅片上，再經焙燒制得低介電常數介孔氧化硅薄膜材料，其介電常數為1.9～2.8。該方法雖然可以明顯降低材料的介電常數，但是大量大尺寸的孔洞會削弱材料的力學性能，過于疏松的結構也不利于承載高密度集成的電子元器件。中國專利文獻CN105418927A提供了一種低介電常數材料薄膜及其制備方法，該方法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，將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，其介電常數為2.0～2.5。該方法工藝較為復雜，并且在受熱條件下會產生氟化氫氣體，腐蝕金屬導線及電子元器件，不利于工業化生產。

聚硅氧烷兼具有機聚合物及無機材料的特性，具有突出的耐熱性，良好的分子柔順性，低玻璃化轉變溫度，優良的疏水性，極性及本征介電常數較低，聚硅氧烷的介電常數通常為2.8左右，為了更好地應用于微電子通訊領域，需要對其進行分子設計，以獲得介電常數更低的材料。因此，為了滿足微電子工業的發展需求，迫切需要開發合成工藝簡單、環境友好、綜合性能優良的低介電常數聚硅氧烷材料。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供了一種含芴有機硅低介電材料及其制備方法。本發明通過在聚硅氧烷聚合物中引入雙酚芴類大體積剛性基團，制備了具有低介電常數的含芴有機硅材料，本發明所述材料的介電常數為Dk＝2.10～2.50，介電穩定性好，并且保持了聚硅氧烷材料良好的疏水性能。

本發明的技術方案如下：

一種含芴有機硅低介電材料的制備方法，包括步驟如下：

將雙酚芴類分子、氨烴基聚硅氧烷、多聚甲醛溶于有機溶劑中，于攪拌的條件下進行回流反應；反應完成后，所得反應液經堿液洗滌，再水洗至中性；之后經酸液洗滌后，水洗至中性；所得有機相干燥后除去溶劑，產物經真空干燥得到含芴有機硅低介電材料。

根據本發明優選的，所述雙酚芴類分子的結構式如下式I所示：

式I中，取代基R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆、R₇、R₈各自獨立的選自氫、苯基、苯基乙烯基、仲丁基苯基或叔丁基苯基；