高溫起孔洞劑對新型兩相式多孔性介電材料整合之影響

Abstract

本研究利用Solid-FirstTM方法製備低介電薄膜: 在兩相式低介電薄膜中，將起孔洞劑（porogen）延後至金屬層完成後才燒除，以期解決初成膜（as-deposited）的薄膜中因孔洞引起的整合問題。實驗基材選用旋塗性質良好的甲基矽氧烷（MSQ，methylsilsesquioxane），以及polystyrene-block-poly(ethylene-random-butylene)-block-polystyrene（PS-b-PE-b-PS）和polystyrene-block-poly-4-vinylprydine（PS-b-P4VP）兩種熱裂解溫度不同之共聚高分子作為中、高溫的起孔洞劑。探討並比較「solid-only」、「兩相式」及「多孔性」三種低介電材料的材料特性，以及它們與後段製程的互相影響，以詮釋高溫起孔洞劑對兩相低介電材料整合的影響。 實驗結果顯示當起孔洞劑的增加，MSQ的孔隙率（porosity）亦隨之上升，折射率也有降低的趨勢。而上述三種材料系統於機械性質上之變化，則是利用奈米壓痕器和紅外線光譜儀加以研究探討。實驗發現在添加少量PS-b-P4VP（~30%）且低於熱裂解溫度以下固化之兩相系統，因起孔洞劑產生的塑化效應（Plasticization），促進了MSQ基材的交聯程度，使其較多孔性低介電材料，甚至純MSQ基材擁有更佳的彈性模數（elastic modulus）。除此之外，兩相式低介電材料之吸水量亦較多孔性低介電材料低了約40%。上述特性均說明了將兩相式低介電材料應用於多孔性介電材料之整合上的優點，綜合以上高溫起孔洞劑對基材整合影響之研究結果，將提供吾人選擇或設計起孔洞劑的方向，並對於Solid-FirstTM之可行性提出歸納及建議。