疏水性的低介电常数膜及其制备方法技术

本发明专利技术提供一疏水性的低介电常数膜及其制备方法，其中所述低介电常数膜其由一种或多种含氟化合物A通过等离子体增强化学气相沉积方法形成，其中所述一种或多种含氟化合物包含具有通式CxSiyOmHnF2x+2y‑n+2或者CxSiyOmHnF2x+2y‑n的化合物，其中x为1‑20的整数，y为0‑8的整数，m为0‑6的整数，n为0、3、6、7、9、10、12、13、15、16、17、19，由此在基体表面形成具有较低介电常数，且具有良好疏水性的纳米膜。

Hydrophobic Low Dielectric Constant Film and Its Preparation Method

【技术实现步骤摘要】
疏水性的低介电常数膜及其制备方法
本专利技术涉及超大规模集成电路制造领域，详而言之，涉及一疏水性的低介电常数膜及其制备方法。
技术介绍
近些年来，随着电子信息技术的飞速发展，电子产品朝着外形轻薄、速度更快、功能更多样化、智能化程度更高的方向前进。网络速度以几何级提升，随之对电子产品信息处理能力的需求也更加明显。在这样发展趋势下，集成电路的尺寸不断缩小，芯片上集成的器件数目越来越多，集成度要求越来越高。由于大规模集成电路的集成度越来越高，器件特征尺寸逐渐减小，导致导线电阻以及导线间和层间电容增加，引起电阻-电容(RC)延迟上升，从而出现信号传输延时、噪声干扰增强和功率损耗增大等一系列问题，这极大限制了器件的高速性能。缓解这些问题的重要方法之一就是降低介质材料的介电常数(k)。在无线电通讯
中，尤其是在GHz范围的通信技术中，具有低介电常数的低损耗材料已经引起了人们越来越广泛的关注。Clausius-Mossotti方程为降低材料的介电常数提供了两个方向：其一是降低材料本身的极性，包括电子极化、离子极化、分子偶极化、空间电荷极化；其二是降低材料分子密度。后一种方法主要是通过在材料中引入纳微级尺寸的孔径制造多孔材料，但这种方法常常会导致材料的导热性、力学性能大幅下降，更为严重的是，由于毛细效应等作用使含孔材料更容易吸水，使其不能应用于电子元器件的介质层。一些研究表明，氟碳材料具有优良的耐热性、耐化学药品性和耐候性。C-F键的键能(440kJ/mol)比C-H、C-O、C-C的键能均要高，C-F键比C-H键有更小的极化率。这主要是由于F原子半径小，负电荷集中，使它能将电子云紧紧地限制在以原子核为中心的小区域内，导致其极化率低。引入F原子同时还可以增加材料的自由体积。当构成氟碳材料的单元具有对称结构时，分布在C-C主链两侧C-F键的极性被相互抵消，使整个分子呈非极性状态，可进一步降低材料的介电常数。但是这类材料往往存在加工困难的缺点，比如聚四氟乙烯介电常数可以低至2.1左右，且吸水性、化学稳定性均很好，但其加工困难，难以二次成型，限制了其在电子产品上的应用。此外，在已有的一些研究中，采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术来制备低介电常数的纳米膜，举例地，将一种或多种有机硅化合物引入一等离子体增强化学气相沉积腔室中，并且引入一成孔剂到腔室内，在恒定射频功率条件下使得该一种或多种有机硅化合物与该成孔剂反应，以沉积一低k膜在该腔室的一基板上，进一步，对此低k膜进行高温退火后处理，以基本上移出此低k膜上的成孔剂。但是在这种方式中，首选需要引入成孔剂形成孔隙来降低介电常数，孔隙不利于材料的疏水性，其次，其需要进行高温退火来移除成孔剂，不利于低介电常数膜在电子产品的应用。另外，在一些研究中，以聚亚芳基硫醚和四氟乙烯与全氟烯键式不饱和化合物的共聚物为原材料，通过混合混炼之后挤出包含氟树脂、对介电常数为3.0～4.0的树脂组合绝缘层。该方法所制备的低介电常数绝缘层为微米级以上，不适合应用于大规模集成电路中。这里的陈述仅提供与本专利技术有关的背景信息，而不必然地构成现有技术。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于提供一疏水性的低介电常数膜及其制备方法，其采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法，以含低极化率的材料为反应物，形成非孔隙结构的纳米膜，具有较低的介电常数，以及具有良好的疏水性。本专利技术的一个目的在于提供一疏水性的低介电常数膜及其制备方法，其具有低表面能的氟聚合物或氟硅聚合物，具有良好的疏水特性，水在其表面时的静态接触角大，适于应用于电子器件。本专利技术的一个目的在于提供一疏水性的低介电常数膜及其制备方法，其构成氟碳材料的单元呈非对称结构，加工容易，容易二次成型。本专利技术的一个目的在于提供一疏水性的低介电常数模及其制备方法，其采用PECVD工艺形成纳米级薄膜，厚度小，适于应用于大规模集成电路。本专利技术的一个目的在于提供一疏水性的低介电常数膜及其制备方法，其不需要高温退火处理，不会对电子产品产生影响，适于应用于电子产品以及大规模集成电路。本专利技术的一个目的在于提供一疏水性的低介电常数膜及其制备方法，其采用PECVD法制备的纳米膜性能可控性好，其可以通过精细地调控反应物的加入量、反应物之间的比例、气相沉积过程中的工艺参数获得不同性能的纳米膜。本专利技术的一个目的在于提供一疏水性的低介电常数膜及其制备方法，其可以通过选择反应物，调控低介电常数膜的力学性能、防水性、抗腐蚀性。本专利技术的一个目的在于提供一疏水性的低介电常数膜及其制备方法，其采用动态镀膜的方法，使得所述低介电常数膜更加均匀地附着于基体，减少了基体在不同位置镀膜的差异，解决了基体不同区域沉积物的浓度不同导致厚度不均匀的问题。本专利技术的一个目的在于提供一疏水性的低介电常数膜及其制备方法，其通过加入多官能团的交联剂，使得低介电常数膜的原料直接在聚合沉积过程中交联，致密性高，力学性能较好，节省了了大规模生产过程中的热退火处理工序以及由此产生的费用。本专利技术的一个目的在于提供一疏水性的低介电常数膜及其制备方法，其利用等离子体激发化学反应，可以避免常规化学反应中原料之间需要高特定性条件进行激活的缺点。为了实现本专利技术的上述至少一个目的，本专利技术的一方面提供一疏水性的低介电常数膜，其特征在于，其由一种或多种含氟化合物A通过等离子体增强化学气相沉积方法形成，其中所述一种或多种含氟化合物包含具有通式CxSiyOmHnF2x+2y-n+2或者CxSiyOmHnF2x+2y-n的化合物，其中x为1-20的整数，y为0-8的整数，m为0-6的整数，n为0、3、6、7、9、10、12、13、15、16、17、19。根据一个实施例所述的疏水性的低介电常数膜，其由所述化合物A和一交联剂化合物B气相沉积反应形成所述疏水性的低介电常数膜。根据一个实施例所述的疏水性的低介电常数膜，其由所述化合物A和一具有大位阻体积的化合物C气相沉积反应形成所述疏水性的低介电常数膜。根据一个实施例所述的疏水性的低介电常数膜，其由所述化合物A、一交联剂化合物B以及一具有大位阻体积的化合物C气相沉积反应形成所述疏水性的低介电常数膜。根据一个实施例所述的疏水性的低介电常数膜，其中x为1-10的整数，y为0-6的整数，m为0-3的整数。根据一个实施例所述的疏水性的低介电常数膜，其中所述化合物A的摩尔占比大于35％。根据一个实施例所述的疏水性的低介电常数膜，其中所述化合物A选自组合：四氟乙烯、六氟丙烯、六氟乙烷、六氟环氧丙烷、1H,1H,2H,2H-全氟辛基三乙氧基硅烷、三甲基氟硅烷、八氟丁烯中的一种或多种混合物。根据一个实施例所述的疏水性的低介电常数膜，其中所述化合物B选自组合：丁二烯、全氟丁二烯、戊二烯、1,2-环氧-5-己烯、己二烯、庚二烯中的一种或多种混合物。根据一个实施例所述的疏水性的低介电常数膜，其中所述化合物C选自组合：环己烷、甲苯、二甲苯、乙烯基苯、二乙烯基苯、双环戊二烯、萘、吡啶中的一种或多种混合物。根据一个实施例所述的疏水性的低介电常数膜，其中所述化合物B是含有不饱和碳碳双键的双官能团或者多官能团分子。根据一个实施例所述的疏水性的低介电常数膜，其中所述化合物C选自：环烷烃、芳烃、稠环芳烃、芳杂环。根据一个实施例所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一疏水性的低介电常数膜，其特征在于，其由一种或多种含氟化合物A通过等离子体增强化学气相沉积方法形成，其中所述一种或多种含氟化合物包含具有通式CxSiyOmHnF2x+2y‑n+2或者CxSiyOmHnF2x+2y‑n的化合物，其中x为1‑20的整数，y为0‑8的整数，m为0‑6的整数，n为0、3、6、7、9、10、12、13、15、16、17、19。

【技术特征摘要】
1.一疏水性的低介电常数膜，其特征在于，其由一种或多种含氟化合物A通过等离子体增强化学气相沉积方法形成，其中所述一种或多种含氟化合物包含具有通式CxSiyOmHnF2x+2y-n+2或者CxSiyOmHnF2x+2y-n的化合物，其中x为1-20的整数，y为0-8的整数，m为0-6的整数，n为0、3、6、7、9、10、12、13、15、16、17、19。2.根据权利要求1所述的疏水性的低介电常数膜，其由所述化合物A和一交联剂化合物B气相沉积反应形成所述疏水性的低介电常数膜。3.根据权利要求1所述的疏水性的低介电常数膜，其由所述化合物A和一具有大位阻体积的化合物C气相沉积反应形成所述疏水性的低介电常数膜。4.根据权利要求1所述的疏水性的低介电常数膜，其由所述化合物A、一交联剂化合物B以及一具有大位阻体积的化合物C气相沉积反应形成所述疏水性的低介电常数膜。5.根据权利要求1-4任一所述的疏水性的低介电常数膜，其中x为1-10的整数，y为0-6的整数，m为0-3的整数。6.根据权利要求2-4任一所述的疏水性的低介电常数膜，其中所述化合物A的摩尔占比大于35％。7.根据权利要求1-4任一所述的疏水性的低介电常数膜，其中所述化合物A选自组合：四氟乙烯、六氟丙烯、六氟乙烷、六氟环氧丙烷、1H,1H,2H,2H-全氟辛基三乙氧基硅烷、三甲基氟硅烷、八氟丁烯中的一种或多种混合物。8.根据权利要求2或4所述的疏水性的低介电常数膜，其中所述化合物B选自组合：丁二烯、全氟丁二烯、戊二烯、1,2-环氧-5-己烯、己二烯、庚二烯中的一种或多种混合物。9.根据权利要求3或4所述的疏水性的低介电常数膜，其中所述化合物C选自组合：环己烷、甲苯、二甲苯、乙烯基苯、二乙烯基苯、双环戊二烯、萘、吡啶中的一种或多种混合物。10.根据权利要求2或4所述的疏水性的低介电常数膜，其中所述化合物B是含有不饱和碳碳双键的双官能团或者多官能团分子。11.根据权利要求3或4所述的疏水性的低介电常数膜，其中所述化合物C选自：环烷烃、芳烃、稠环芳烃、芳杂环。12.根据权利要求1-4任一所述的疏水性的低介电常数膜，其中所述疏水性的低介电常数膜的k值范围选自：1.8～1.9、1.9～2.0、2.0～2.1、2.1～2.2、2.2～2.3、2.3～2.4、2.4～2.5、2.5～2.6、2.6～2.7或2.7～2.8。13.根据权利要求1-4任一所述的疏水性的低介电常数膜，其中所述疏水性的低介电常数膜的静态接触角选自：110°～115°、115°～120°、120°～125°、125°～130°、130°～135°或135°～140°。14.根据权利要求1-4任一所述的疏水性的低介电常数膜，其中所述疏水性的低介电常数膜的杨氏模量范围选自：6～7GPa、7～8GPa、8～9GPa、9～10GPa、10～11GPa、11～12GPa、12～13GPa、13～14GPa或14～15GPa。15.一疏水性低介电常数膜制备方法，其特征在于，包括步骤：(A)引入包含有通式结构CxSiyOmHnF2x+2y-n+2或者CxSiyOmHnF2x+2y-n的一种或多种含氟化合物A至反应装置的反应腔室内；(B)引入等离子源气体至所述反应腔室内；和(C)在预定功率下，由所述一种或多种含氟化合物反应而在反应腔室内的一基体上气相沉积疏水性的低介电常数膜。16.根据权利要求15所述的疏水性的低介电常数膜的制备方法，其还包括步骤：引入一交联剂化合物B至反应装置的反应腔室内。17.根据权利要求15所述的疏水性的低介电常数膜的制备方法，其还包括步骤：引入...

【专利技术属性】
技术研发人员：宗坚，
申请(专利权)人：江苏菲沃泰纳米科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32