上海有机所在低介电常数材料研究领域取得新进展
随着极大规模集成电路的发展，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。目前业界普遍使用造孔技术，将空气引入到固体薄膜的微孔中。由于空气的介电常数为1，如此可以大幅度降低绝缘层的介电常数。但是，微孔固体薄膜中空的尺寸难以控制，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。由于聚合物薄膜具有易于加工、分子结构易于设计，国外多家跨国公司相继开发出聚合物基低介电常数材料。但是，随着集成电路达到45 nm以下节点，需要介电常数k值小于2.5的超低介电材料，这些聚合物材料往往由于k值较高，难以满足要求。
基于含氟聚合物的诸多优异特性，尤其是C-F键极化率较低，有望在超低k材料中得到应用。已知的含氟材料中，聚四氟乙烯具有低至2.0的介电常数，但是其加工性能差、耐热和力学性能亦不佳。为了获得新型的low k材料，中科院上海有机化学研究所房强课题组开发出一种新型含氟聚合物PFN, 其在30MHz下，介电常数仅为2.33，是目前聚合物材料中，为数不多的低介电品种。该成果近期在线发表在Advanced Materials。
这种材料的吸水率极低(0.12%)，可以避免集成电路制作过程中的微量潮气影响。这种聚合物薄膜也具有优异的力学性能，其杨氏模量达到17.13 GPa，与硅片上的结合力达到3.46 Gpa。聚合物还具有较高的热稳定性，5%热重损失温度大于450度。完全可以满足集成电路行业对低k材料的要求。
本项目获得科技部“02科技重大专项”的资助。
图1 PFN的介电常数和介电损耗
图2 PFN薄膜(a)和薄膜接触角(b)
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