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微電子工業用低介電聚酰亞胺薄膜

點擊次數:358    發布日期:2023-08-16   本文鏈接:http://www.miribilla.net/datum/987.html

近年來,隨著微電子工業的迅猛發展,集成電路中芯片集成度迅速提高,芯片中互連線密度急劇增加,導致電阻、布線中的電容增大,電阻、電容(RC)延遲產生的寄生效應顯著增強,引發信號容阻延遲、串擾以及功耗增大等問題。RC 延遲成為制約芯片性能提高、限制集成電路滿足微電子工業發展的束縛。解決這一問題的有效辦法是尋找超低介電常數材料作為絕緣層材料,以滿足微電子工業發展。

聚酰亞胺(PI)具有低介電常數、良好的熱穩定性和化學穩定性、低吸濕率等優異性能,是作為層間絕緣的理想材料。然而,普通聚酰亞胺的介電常數在3.4 左右,無法滿足高密度集成電路的要求。要成為傳統SiO2層間絕緣的代替者,除了要求PI 具有極低的介電常數以外,還要具備以下幾點特性:

①  熱穩定性好,在400 ℃下性能穩定;

②  吸濕率低,防止濕度增大影響電學元件的性能;

  熱膨脹系數低,聚酰亞胺薄膜不因溫度的改變而收縮膨脹與基底脫離;

④  力學性能好。為滿足以上特性,需要研究出新型低介電PI絕緣材料。

聚酰亞胺薄膜

影響材料介電常數的主要因素有分子極化率、外加電場頻率、材料的密度和溫度等。降低聚酰亞胺材料的介電常數主要有以下兩種方式:

①    降低聚酰亞胺材料的分子極化率,通常采用引入氟元素的方式;

②    降低單位體積極化分子密度,通過增加聚酰亞胺材料的孔隙率,降低材料的分子密度,可以降低材料單位體積極化分子數目。

隨著微電子工業的飛速發展,出于對超低介電常數層間絕緣材料的需要,低介電常數聚酰亞胺的研究有了長足進步,應運而生了多種降低PI 介電常數的方法。引入氟元素降低極化率可使PI 介電常數降低,但是降低幅度有限。熱降解法和化學溶劑刻蝕法等將引入的不穩定相或無機填充粒子去除留下空隙孔洞,降低了單位體積內極化分子密度,從而降低PI 的介電常數,但是摻雜相除去后留下的不規整的兩相界面結構影響了PI 的力學性能和熱穩定性。采用添加具有納米孔洞結構納米粒子的方法,在PI 基體中引入具有骨架結構的孔洞,帶入數量可觀的孔隙,同時可以作為骨架用于支撐孔結構并與PI 基體形成良好的界面結合效果。

在大幅降低PI 介電常數的同時改善其力學性能和熱穩定性,這顯然更加符合微電子工業的要求。雖然對低介電PI 薄膜的研究進展速度較快,但要得到熱穩定性好、力學性能高、抗腐蝕性強、吸濕率低、粘結性好等綜合性能優異,并且符合工業生產工藝的超低介電常數聚酰亞胺還需要進行大量研究。添加孔隙率大的納米尺寸中空硅球,對其進行表面功能化處理后摻雜到聚酰亞胺中,既可以帶入大量的孔隙,又能得到界面結合良好的聚酰亞胺,在其力學性能和熱穩定性改善的情況下可大幅降低介電常數,此方法具有較好的研究前景。



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