新型苯并環(huán)丁烯(BCB)單體的合成及其樹脂性能研究.pdf

1、隨著超大規(guī)模集成電路(ULSI)的迅速發(fā)展，芯片特征尺寸不斷減小，器件的集成度越來越高。當(dāng)特征尺寸降低到亞微米級(jí)時(shí)，由線間和層間寄生電容引起的RC延遲、串?dāng)_、功耗已經(jīng)成為限制器件性能的主要因素。研究和開發(fā)出性能優(yōu)異的低介電常數(shù)材料，以取代傳統(tǒng)的SiO2介電材料是解決上述問題的有效方法。苯并環(huán)丁烯(BCB)樹脂由于其優(yōu)異的熱、機(jī)械和介電性能，已成為高性能低介電材料的選擇之一。
　　 本論文從分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出發(fā)，合成出了一系列新型苯并

2、環(huán)丁烯(BCB)單體，并對(duì)合成單體的溶解性、固化動(dòng)力學(xué)以及固化后樹脂的熱、機(jī)械、介電性能等進(jìn)行了系統(tǒng)研究。具體內(nèi)容包括以下幾部分：
　　 1.設(shè)計(jì)并合成了三種含硅氧烷結(jié)構(gòu)的BCB單體/共聚物。室溫下，三者均為液態(tài)，顯示出良好的加工性能。固化后，三種BCB樹脂具有高熱穩(wěn)定性(Td5>450℃)、高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、高儲(chǔ)能模量、低介電常數(shù)、低吸水率和良好的表面平整性。其中，含環(huán)狀硅氧烷結(jié)構(gòu)的BCB樹脂由于其內(nèi)部高度的交聯(lián)結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出特別

3、優(yōu)異的熱機(jī)械性能：室溫下模量達(dá)到3.9GPa，熱膨脹系數(shù)為32ppm/℃。
　　 2.經(jīng)酰亞胺和Heck反應(yīng)兩步法合成出了三種BCB封端的酰亞胺單體。室溫下，三種BCB封端的酰亞胺單體可溶于絕大部分有機(jī)溶劑。經(jīng)熱固化后三種BCB樹脂顯示出良好的熱穩(wěn)定性(Td5>435℃)和熱氧化穩(wěn)定性、高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(>300℃)及高儲(chǔ)能模量(>2GPa)。但由于酰亞胺結(jié)構(gòu)的高極性，固化后樹脂具有較高的介電常數(shù)和吸水率。此外，BCB單體與光敏

4、劑混合后，可直接應(yīng)用于光刻加工工藝，獲得清晰圖形。
　　 3.以兩種不同分子量氫封端的硅氧烷為前體，經(jīng)硅氫化和酰亞胺化兩步反應(yīng)合成出了含硅氧烷及酰亞胺結(jié)構(gòu)的BCB單體。兩種BCB單體具有良好的溶解性能。固化后，兩種BCB樹脂顯示出良好的熱穩(wěn)定性，5％失重時(shí)的溫度分別為462℃和468℃。由于非極性的單體結(jié)構(gòu)，樹脂的介電常數(shù)和吸水率均較低。此外，旋涂膜表現(xiàn)出優(yōu)異的表面平整性及透光性。含有較短硅氧烷鏈結(jié)構(gòu)的BCB樹脂具有更高的玻璃化