[发明专利]一种低介电聚酰亚胺基复合薄膜及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及低介电聚酰亚胺复合材料技术领域，具体涉及一种低介电聚酰亚胺基复合薄膜及其制备方法和应用。低介电常数的聚酰亚胺薄膜按照如下步骤制备：以均苯四甲酸二酐和4,4'‑二氨基二苯为原料制备聚酰胺酸溶液，然后添加纳米笼型苯基倍半硅氧烷后，经亚胺化后制得低介电聚酰亚胺基复合薄膜，低介电聚酰亚胺基复合薄膜能够被应用于制备电子器件封装材料及在制备集成电路的层间介质材料中。本发明采用纳米笼型苯基倍半硅氧烷掺杂后，得到在100‑10⁶Hz频率测试范围内，测得介电常数为2.2≤k≤2.5、介电损耗因子0.0011≤D≤0.0073的复合薄膜，复合薄膜具有良好的机械性能，并且工艺简单，原材料易购，价格低廉。

技术领域

本发明属于低介电聚酰亚胺复合材料技术领域，具体涉及一种低介电聚酰亚胺基复合薄膜及其制备方法和应用。

背景技术

信息技术的高速发展与社会需求的不断提高对器件小型化和超高集成度提出了越来越高的要求。随着超大规模集成电路(ULSI)器件集成度、小型化的提高，晶体管密度的不断提升，布线之间的电感-电容效应逐渐增强，导线电流的相互影响导致电路信号的互连延迟逐渐增大，串扰和功率损耗增加，这已成为制约集成电路速度进一步提高的瓶颈，这主要是因为传统的SiO₂(k＝3.9～4.2)作为微电子电路中线间和层间介质材料其介电性能无法满足要求。研究表明，采用超低介电常数(1owk)材料作为金属线间和层间绝缘介质能有效的降低电路的互连延迟、串扰和能耗，因此新型低介电(k2.5)及超低介电(k≤2.0)层间介质材料的开发和应用显得尤为重要。

降低介质材料介电常数的方法有多种，其中向介质基体中引入孔洞结构是一种非常有效的途径。多孔材料分无机和有机多孔材料，相对无机多孔介质材料，有机聚合物材料通常具有良好的电绝缘性能(即低损耗和低漏导电流)、良好的机械性能(即高附着力和高柔性)，同时有机聚合物本身的电子极化一般较低，因此作为低介电材料，多孔有机聚合物在微电子领域具有良好的应用前景，已引起了人们广泛关注。在该类材料中，聚酰亚胺薄膜材料因具有较低的介电常数、良好的热和化学稳定性，被认为是微电子器件中理想的绝缘介质材料，作为有机聚合物家族中的一员，聚酰亚胺不仅具备机聚物密度低、分子单体种类丰富、合成方法灵活多样、易于功能化调控、机械性能优良、低吸湿率等有机会聚合物的共性，而且具有高的玻璃化温度(～400℃)、良好的热和化学稳定性等独特优点，因此聚酰亚胺被称为是超级工程熟料中的“黄金”，在微电子领域中作为封装材料，超大规模集成电路中的绝缘介质材料具有非常诱人的应用前景。

而由于聚酰亚胺的分子链是极性链，同时某些刚性链聚酰亚胺由于取向作用使其介电性能具有各向异性，其本身低介电性能并不突出，特别是商用Kapton膜，虽然其具有优异的机械性能，但是其介电常数值在3.5-3.8之间，无法满足集成电路中对层间介低介电常数介质的要求；而针对目前利用价格昂贵的含氟二酐或二胺单体作为原料来合成氟化的低介电聚酰亚胺薄膜来讲，需要寻找一种合成工艺简单，成本低廉，同时具备超低介电常数的聚酰亚胺薄膜的制备方法，特别是要求k≤2.5，D≤0.003的聚酰亚胺薄膜材料。

发明内容

针对上述存在的技术不足，本发明提供了一种低介电聚酰亚胺基复合薄膜及其制备方法和应用，本发明解决了上述现有技术的不足，而且提供了一种成本低廉、工艺简单且拥有超低介电常数的聚酰亚胺基复合薄膜。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种低介电聚酰亚胺基复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤(1)、采用4,4'-二氨基二苯醚和均苯四甲酸二酐制备聚酰亚胺酸溶液；

步骤(2)、将纳米笼型苯基倍半硅氧烷加入至步骤(1)的聚酰亚胺酸溶液中，于冰浴环境下搅拌2-3h，得到混合液；