高性能含氟有機(jī)硅材料的合成、表征及性能研究.pdf

1、隨著超大規(guī)模集成電路（ULSI Ultra Large Scale Integrated Circuit）在新材料、新技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，使得半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)在工業(yè)中占據(jù)重要的地位，成為不可忽視的一種產(chǎn)業(yè)力量。超大規(guī)模集成電路器件集成密度的不斷增加，元件尺寸向深微米級(jí)別的逐漸降低，線寬的不斷減小以及晶體管密度的不斷提高，導(dǎo)致導(dǎo)線間電容與層間電容信號(hào)，以及導(dǎo)線的電阻不斷增加，進(jìn)而使得導(dǎo)線電阻（R）-電容產(chǎn)生（C）產(chǎn)生的RC信號(hào)延遲有所增加，這

2、樣不僅會(huì)極大限制器件的性能，還會(huì)增加器件的損耗，降低器件的使用壽命。市場(chǎng)上普遍使用的介電材料（SiO2）已經(jīng)不能滿足超大規(guī)模集成電路發(fā)展的需求，這就造成了市場(chǎng)對(duì)低介電常數(shù)材料需求的逐漸增加，因此越來(lái)越多的科研工作者期望開(kāi)發(fā)出新型的、低成本的高性能低介電常數(shù)材料來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)材料作為介質(zhì)層，應(yīng)用在超大規(guī)模集成電路中。本份論文對(duì)近些年來(lái)低介電常數(shù)材料在工業(yè)上的研究發(fā)展進(jìn)行了綜述，并設(shè)計(jì)合成出幾種新型的含氟有機(jī)硅低介電常數(shù)材料。
　　氟原子

3、具有很高的電負(fù)性，其原子外圍的電子由于受到原子核較強(qiáng)的束縛，進(jìn)而造成其原子可極化的能力相對(duì)較差，而且氟原子還會(huì)增加聚合物的自由體積。通過(guò)將氟原子引入到聚合物材料中，會(huì)使得聚合物大分子在外加電場(chǎng)的作用下較難被極化，從而會(huì)使得材料的介電常數(shù)有不同程度的降低。另一方面， C-F鍵的鍵能高于 C-H鍵，具有較小的極化率。因此含氟的聚合物材料，相對(duì)于不含氟的聚合物材料具有更高的熱穩(wěn)定性和力學(xué)強(qiáng)度。本份論文設(shè)計(jì)并合成了兩類(lèi)含氟有機(jī)硅低介電常數(shù)聚合物

4、材料。其一是含多官能度的三氟乙烯基醚單體以及聚合物的合成、表征及性能研究。我們從含不同官能度酚羥基的單體出發(fā)，合成出三種含不同官能度烯丙基的單體，再通過(guò)硅氫加成反應(yīng)，將三氟乙烯基醚官能團(tuán)引入到單體中，進(jìn)而合成出三種含不同官能度的三氟乙基醚單體，通過(guò)熱聚合的方式，將三氟乙烯基醚官能團(tuán)轉(zhuǎn)換為含有六氟環(huán)丁基醚的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)聚合物，并對(duì)聚合物材料進(jìn)行性能研究。其二是含四官能度三氟乙烯基醚的有機(jī)硅氧烷單體以及聚合物的合成、表征及性能研究。我們從二甲氧

5、基甲基乙烯基硅烷單體出發(fā)，通過(guò)格氏反應(yīng)，水解反應(yīng)以及硅氫加成反應(yīng)，合成出含四官能度三氟乙烯基醚的有機(jī)硅氧烷單體，通過(guò)熱聚合的方式，將三氟乙烯基醚官能團(tuán)轉(zhuǎn)換為含有六氟環(huán)丁基醚的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)聚合物，并對(duì)聚合物材料進(jìn)行性能研究。該聚合物材料在沸水中72h浸泡,其吸水率低至0.12％，在30MHz處的介電常數(shù)低至2.56左右，其介電損耗為1.8×10-3，表現(xiàn)出良好的介電性能。該聚合材料還具有較為優(yōu)良的透光性，1.1mm的聚合物薄片材料在400~1