
上海有機所在低介電常數(shù)材料研究領(lǐng)域取得新進展
隨著極大規(guī)模集成電路的發(fā)展,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(chǎn)生的寄生效應越來越明顯,進而使信號發(fā)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(shù)互聯(lián)材料。目前業(yè)界普遍使用造孔技術(shù),將空氣引入到固體薄膜的微孔中。由于空氣的介電常數(shù)為1,如此可以大幅度降低絕緣層的介電常數(shù)。但是,微孔固體薄膜中空的尺寸難以控制,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。由于聚合物薄膜具有易于加工、分子結(jié)構(gòu)易于設(shè)計,國外多家跨國公司相繼開發(fā)出聚合物基低介電常數(shù)材料。但是,隨著集成電路達到45 nm以下節(jié)點,需要介電常數(shù)k值小于2.5的超低介電材料,這些聚合物材料往往由于k值較高,難以滿足要求。
基于含氟聚合物的諸多優(yōu)異特性,尤其是C-F鍵極化率較低,有望在超低k材料中得到應用。已知的含氟材料中,聚四氟乙烯具有低至2.0的介電常數(shù),但是其加工性能差、耐熱和力學性能亦不佳。為了獲得新型的low k材料,上海有機所房強課題組開發(fā)出一種新型含氟聚合物PFN, 其在30 MHz下,介電常數(shù)僅為2.33,是目前聚合物材料中,為數(shù)不多的低介電品種。該成果近期在線發(fā)表在:Advanced Materials(DOI: 10.1002/adma.201302021)。
這種材料的吸水率極低(0.12%),可以避免集成電路制作過程中的微量潮氣影響。這種聚合物薄膜也具有優(yōu)異的力學性能,其楊氏模量達到17.13 GPa,與硅片上的結(jié)合力達到3.46 Gpa。聚合物還具有較高的熱穩(wěn)定性,5%熱重損失溫度大于450度。完全可以滿足集成電路行業(yè)對低k材料的要求。
本項目獲得科技部“02科技重大專項”的資助。
原文鏈接:http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201302021/abstract

圖1 PFN的介電常數(shù)和介電損耗

圖2 PFN薄膜(a)和薄膜接觸角(b)
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