多孔低k MSQ材料的制备及力学性能研究

摘要

为了满足现代生活的需要，电子产品的集成化程度大幅度提高，于是电路中元器件的尺寸也随之持续减小,电路中的多层布线、层间电容以及导线电阻相继增加，这使得由导线电阻R和层间电容C 所产生的RC 延迟增大，限制了电子产品整体上的高速性能，也增加了能耗。尽量减小器件或集成电路中用于绝缘的介电材料的介电常数可以从一个方面来有效的解决这个问题。目前国际上降低介电常数的主要途径是利用有机硅的复合材料来替代传统的SiO2，并引入多孔结构。本课题组长期以来一直从事多孔O-MSSQ 材料的研究，并制备了高孔隙率的多孔O-MSSQ薄膜，其介电常数可达2.0 以下。然而，随着孔隙率的提高，材料力学性能随之降低。本文着重探讨了致孔剂的掺入量对材料力学性能的影响。衡量材料力学性能的好坏最重要的指标是弹性模量和硬度的比值E/H。
　　 本文以β-环糊精作为致孔剂，采用溶胶-凝胶法和旋转匀胶法制备出了多孔O-MSSQ 气凝胶和薄膜材料，并通过多项测试及表征手段系统的研究了其表面形貌、微观结构、热稳定性以及力学性能等。通过SEM 测试观察表明，本文实验得到的多孔O-MSSQ薄膜材料表面光洁、平整，厚度均匀，且没有孔洞的塌陷。经过纳米压痕测试发现，如果致孔剂的含量过多，会降低材料对外力的抵抗能力，即材料的力学性能会减弱。尽管如此，材料的弹性摸量数值E的平均值仍大于一般对集成电路介质层所要求的最低值——7.0Gpa。而且，测试结果显示随着薄膜厚度的增加，其弹性模量会到进一步提高。从多孔O-MSSQ 气凝胶的BET 测试结果来看，我们的材料中气孔的孔径分布范围较大，气孔的尺寸没有得到很好的控制，这是需要进一步改进的地方。