[发明专利]一种含芴有机硅低介电材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种含芴有机硅低介电材料及其制备方法。该含芴有机硅低介电材料含有双酚芴类结构单元、聚硅氧烷结构单元。将双酚芴类分子引入氨烃基聚硅氧烷制得了含芴有机硅低介电材料，降低了聚硅氧烷基体材料的介电常数，保持了聚硅氧烷材料的本征性能，如优异的疏水性能、耐高温性能。该含芴有机硅低介电材料的介电常数在2.10～2.50范围内，有望应用于5G技术领域及柔性微纳米器件和集成电路中。

技术领域

本发明涉及一种含芴有机硅低介电材料及其制备方法，属于新材料技术领域。

背景技术

近年来随着微电子工业的迅速发展，电子元器件趋于小型化，电路集成度越来越高，要求芯片的功能不断增强，体积不断缩小，布线也越来越复杂。芯片特征尺寸的不断减小与互连线密度的不断增大，使得导线间电容、层间电容以及导线电阻增加，从而使得导线电阻R和电容C产生的RC延迟有所上升，引起信号传输的延迟、串扰及能量损耗，限制了集成电路向高速度、高密度、低能耗以及多功能方向发展，因此需要开发新型的低介电常数材料。

中国专利文献CN102408251A提供了一种低介电常数介孔氧化硅薄膜材料的制备方法，该方法将三嵌段聚合物聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯和两嵌段聚合物聚二甲基硅氧烷-聚氧乙烯加入到聚合氧化硅溶胶中形成低聚硅酸盐前躯体溶液，然后经老化、旋涂到硅片上，再经焙烧制得低介电常数介孔氧化硅薄膜材料，其介电常数为1.9～2.8。该方法虽然可以明显降低材料的介电常数，但是大量大尺寸的孔洞会削弱材料的力学性能，过于疏松的结构也不利于承载高密度集成的电子元器件。中国专利文献CN105418927A提供了一种低介电常数材料薄膜及其制备方法，该方法以含氟萘乙基有机硅单体和烃基二氯硅烷为起始原料，以四甲基二乙烯基硅氧烷为封端剂，通过缩合反应制得含氟萘乙基乙烯基硅油，将含氟萘乙基乙烯基硅油和含氢硅油或者含氢硅氧烷混合，涂于硅片上形成一层薄膜，利用紫外光照射使所述薄膜发生发应，然后对薄膜进行退火处理，制得所述低介电常数材料薄膜，其介电常数为2.0～2.5。该方法工艺较为复杂，并且在受热条件下会产生氟化氢气体，腐蚀金属导线及电子元器件，不利于工业化生产。

聚硅氧烷兼具有机聚合物及无机材料的特性，具有突出的耐热性，良好的分子柔顺性，低玻璃化转变温度，优良的疏水性，极性及本征介电常数较低，聚硅氧烷的介电常数通常为2.8左右，为了更好地应用于微电子通讯领域，需要对其进行分子设计，以获得介电常数更低的材料。因此，为了满足微电子工业的发展需求，迫切需要开发合成工艺简单、环境友好、综合性能优良的低介电常数聚硅氧烷材料。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种含芴有机硅低介电材料及其制备方法。本发明通过在聚硅氧烷聚合物中引入双酚芴类大体积刚性基团，制备了具有低介电常数的含芴有机硅材料，本发明所述材料的介电常数为Dk＝2.10～2.50，介电稳定性好，并且保持了聚硅氧烷材料良好的疏水性能。

本发明的技术方案如下：

一种含芴有机硅低介电材料的制备方法，包括步骤如下：

将双酚芴类分子、氨烃基聚硅氧烷、多聚甲醛溶于有机溶剂中，于搅拌的条件下进行回流反应；反应完成后，所得反应液经碱液洗涤，再水洗至中性；之后经酸液洗涤后，水洗至中性；所得有机相干燥后除去溶剂，产物经真空干燥得到含芴有机硅低介电材料。

根据本发明优选的，所述双酚芴类分子的结构式如下式I所示：

式I中，取代基R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆、R₇、R₈各自独立的选自氢、苯基、苯基乙烯基、仲丁基苯基或叔丁基苯基；