[发明专利]一种低介电常数材料薄膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种低介电常数材料薄膜及其制备方法。本发明以含氟萘乙基有机硅单体和烃基二氯硅烷为起始原料，以四甲基二乙烯基硅氧烷为封端剂，通过缩合反应制得含氟萘乙基乙烯基硅油；该含氟萘乙基乙烯基硅油和含氢硅油或者含氢硅氧烷混合，涂于硅片上形成一层薄膜，利用紫外光照射使所述薄膜发生发应，然后对薄膜进行退火处理，制得所述低介电常数材料薄膜。本发明中制得的低介电常数材料薄膜的介电常数可达2.0～2.5，因此可用作45nm以下的极大规模集成电路上的低介电常数材料。该低介电常数材料薄膜的制备方法简单，有利于工业化生产。

技术领域

本发明属于低介电常数材料技术领域，具体涉及一种低介电常数材料薄膜及其制备方法。

背景技术

随着极大规模集成电路的发展，电路的集成度越来越高，芯片中的互连线密度不断增加，互连线的宽度和间距不断减小，因此由互连电阻(R)和电容(C)所产生的寄生效应越来越明显，进而使信号发生严重延迟。为解决这一问题，最有效的方法是使用低介电常数互联材料。材料的介电常数主要与构成材料分子的极化率以及单位体积内极化分子的个数相关，因此可以通过两种途径降低材料的介电常数：一是降低构成材料分子的极化率；二是降低单位体积内极化分子的密度。

目前业界通过使用造孔技术将介电常数等于1的空气引入到固体薄膜的微孔中，从而降低单位体积内极化分子的密度，如此可以降低固体薄膜的介电常数。但是，微孔固体薄膜中孔的尺寸难以控制，而且孔的存在往往导致薄膜力学性能不佳、吸水性增加，进而影响薄膜性能。

氧化硅材料具有良好的化学稳定性和热稳定性，与硅基板具有良好的相容性，因此在众多低介电常数材料中是最具发展前景的。目前业界多用四甲基硅烷，二甲基二甲氧基硅烷，八甲基环四硅氧烷等作为低介电常数沉积膜的原料，然而随着集成电路的不断发展，传统的有机硅原料已经不能满足市场需求。

在硅上引入大的含氟基团，可以降低分子的极化率，增加聚合物的自由体积，从而达到降低介电常数的目的。因为C-F较C-H键有较小偶极和较低的极化率，同时氟原子还能增加自由体积，而这两方面都能降低固体薄膜的介电常数。柔性的桥结构和能限制链间相互吸引的大的基团都可以增加聚合物的自由体积。聚合物的自由体积增大，可以降低单位体积内极化基团的数目，从而达到降低介电常数的目的。

随着集成电路达到45nm以下节点，需要介电常数k值小于2.5的超低介电材料，传统聚合物材料往往由于k值较高，难以满足要求，探索新的低介电常数材料仍是重要的研究方向。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种低介电常数材料薄膜及其制备方法，主要解决现有技术中传统的聚合物材料难以满足现代集成电路所需的超低介电常数材料的技术问题。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

一种低介电常数材料薄膜，该低介电常数材料薄膜的制备方式为：以含氟萘乙基有机硅单体和烃基二氯硅烷为起始原料，以四甲基二乙烯基硅氧烷为封端剂，通过缩合反应制得含氟萘乙基乙烯基硅油，该含氟萘乙基乙烯基硅油和含氢硅油或者含氢硅氧烷混合，涂于硅片上形成一层薄膜，利用紫外光照射使所述薄膜发生发应，然后对薄膜进行退火处理，制得所述低介电常数材料薄膜；所述含氟萘乙基有机硅单体的结构如式(Ⅰ)所示，

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

进一步地，所述烃基二氯硅烷为二甲基二氯硅烷、二苯基二氯硅烷或甲基苯基二氯硅烷。