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苯并环丁烯树脂(BCB)由于具有优异介电性能、良好的力学性能、高热稳定性和热氧化稳定性,而且固化温度适中等特点,因此在微电子封装中作为多层布线层间绝缘、IC应力缓冲/钝化层、铝及GaAs的介质内层等得到广泛应用。相比于其他有机聚合物材料,苯并环丁烯树脂具有更低的介电常数和损耗因子,能够有效地降低互联信号传输延迟、串扰和功耗,因此在超大规模集成电路(ULSI)制造中已经成为高性能介电绝缘材料的最佳选择之一。为满足新一代ULSI封装技术的发展提出的进一步提高苯并环丁烯树脂的耐热稳定性、降低介电常数和损耗因子、提高工艺性以及简化树脂的制备步骤等要求,作者采用分子设计的手段合成了一系列兼具低介电常数、高耐热稳定性、以及能实现高质量光刻图形的光敏性苯并环丁烯树脂,具体研究内容包括:
1.设计并合成了四种含酰亚胺结构的双苯并环丁烯单体,并通过热聚合制备了系列含酰亚胺结构的苯并环丁烯树脂。研究结果表明,含氟BCB单体表现出良好的溶解性能,在固化放热前出现熔融转变,具有良好的加工性能。经热固化后得到的苯并环丁烯树脂具有优异的耐热稳定性和良好的介电绝缘性能。
2.设计并合成了两种含苯侧基硅氧烷结构的双苯并环丁烯单体,它们在常温下为粘稠液体,具有良好的加工性能。由上述单体经热固化制备的BCB树脂具有突出的介电绝缘性能以及较低的吸水率,介电常数在2.6左右,吸水率小于0.2%。研究发现,刚性苯侧基的引入可大大提高了树脂的耐热稳定性,其中BCB-1的玻璃化转变温度达到3830C,3000C空气中热老化130小时热失重小于6%。
3.系统研究了苯并环丁烯B阶段树脂的制备工艺,由含苯侧基三硅氧烷结构的双苯并环丁烯单体制备了成膜性能良好的B阶段树脂,对其光刻工艺进行了系统研究,采用优化的光刻工艺,获得了分辨率达到10微米且厚度为5微米左右的高质量负性光刻图形。
4.采用一步缩聚法制备了两种主链含硅氧烷结构的侧链型苯并环丁烯聚合物,该聚合物成膜性能良好,从而大大简化了BCB树脂薄膜的制备工艺。经热固化后得到了具有网络结构的BCB树脂,这类树脂表现出优异的光学透明性和良好的介电绝缘性能。对SiViBu树脂的光敏性进行了初步研究,在优化的工艺条件下得到了转印精良的光刻图形。