超支化低介电聚碳硅烷苯并环丁烯树脂的制备及性能研究

来源 :西南科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:titanium2002
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大规模集成电路的发展是当今时代进步的重要动力,但传输的速度和尺寸限制了它的发展速度。为了进一步提高大规模集成电路的传输速度和更高的集成度,必须使用低介电常数(k)材料。低介电常数材料还必须满足热力学、机械和化学性能的要求。由于超支化结构中分子自由体积的增加,通过超支化预聚物交联的途径具有构建低介电常数树脂的潜在优势。然而,制备具有良好成膜性能和低介电常数的超支化树脂仍然是一个挑战。1.通过制备甲基二丙烯硅烷、甲基二苯乙烯硅烷,甲基二己烯硅烷三种单体,设计合成了三种低介电超支化聚碳硅烷树脂。聚二烯丙基(甲基)硅烷苯并环丁烯(P1),聚甲基二(4-乙烯基苯基)硅烷苯并环丁烯(P2),聚二烯己基(甲基)硅烷苯并环丁烯(P3)介电常数和T5分别是2.75、436℃、2.49、430℃和3.10、393℃。通过设计了三种较为相似的单体合成超支化聚合物,间隔基团也会影响材料的介电常数。苯基相较于丙烯基具有更高的极性,这会使材料的介电常数的增加。但是通过一系列的测试结果表明拥有更高刚性的苯基其链迁移率更低,因此P2取向极化受到抑制,有利于降低介电常数,所以P2的介电常数更低。2.交联密度也会对材料的介电常数带来一定的影响,P2的介电常数较低且综合性能优异,用甲基二苯乙烯硅烷使用硅氢加成的方法合成了聚甲基二(4-乙烯基苯基)硅烷(P4),再用Heck反应接入BCB基团制备H-P2,相较于P2,聚合物中保留了大量双键用于固化。H-P2的介电常数为2.23,T5%在473℃,交联点的增加提高了聚合物的热力学性能。而且不同的交联方式也会对相似聚合物的介电常数带来一定的影响。3.传统的光刻胶大都含有高极性键,但由于空间位阻原因,P2上保留了大量双键,可用于UV固化并赋予一定的图案,在之后的热固化过程中图案不会明显变形。而且H-P2的双键被保留了下来,也可以通过UV固化实现图案化,得到的图案分辨率较高,在之后的热固化过程中图案也不会明显变形。在本文中,通过硅氢加成反应合成了多种具有苯并环丁烯(BCB)基团的超支化聚碳硅烷,以避免产生Si-O键,从而实现低极性的化学键。将包括苯基和丙烯在内的间隔基团引入超支化结构中,并研究了间隔基团对超支化聚碳硅烷衍生树脂物理、化学性质的影响。发现苯基可有效降低介电常数,同时赋予树脂良好的成膜能力和热稳定性。UV/热固化苯基树脂由于双交联结构,在热固化过程中图案不会明显变形。两种超支化聚碳硅烷衍生树脂都可能是潜在的光刻胶。聚合物以Si-C,C-H键为主,在满足低介电的同时,介电损耗较低,热力学性能优异。
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