形成孔洞性材料的方法
2023-05-22 07:26:56
專利名稱：形成孔洞性材料的方法
技術領域：
本發明與一種封孔技術有關，尤其是指一種形成孔洞性材料的方法。
背景技術：
現今半導體工藝中，集成電路的組件尺寸持續微型化，亦增加電子訊號於金屬聯機間傳送的時間延遲(RC delay)以及高頻率下高功率散失，因此為了降低訊號傳遞的時間延遲，需應用多層金屬導體聯機的設計，此外，須應用具低電阻率的導線或低介電係數的絕緣材料，才能提升組件的操作速度，常用的低介電係數(low-k)材料，是將一低介電係數的多孔性無機質與有機質混合，由無機質滲雜於有機質內以降低其介電係數者以及降低熱膨脹係數(Coefficient of thermal expansion)與增強機械強度。
惟，雖公知的無機質因內部具有多孔性含有空氣，介電係數較低，但與該有機質混合時，該有機質會混入無機質的孔隙內，產生填孔現象，使無機質內的介電係數相對無法降低。
發明內容
本發明的目的在於提供一種形成孔洞性材料的方法。
為實現上述目的，本發明提供的形成孔洞性材料的方法，其步驟至少包括 (1)備置一多孔隙的第一基材、一第二基材及一相容該第一基材且不相容於第二基材的犧牲材； (2)將該第一基材及液態犧牲材混合，使該犧牲材在適當操作溫度下完整包覆於第一基材的孔隙內，完成第一成品； (3)再將該第一成品與該第二基材混合，並將該第一成品及第二基材加熱至該犧牲材的汽化溫度，並配合第二基材所需的交聯反應溫度條件，此時，該些犧牲材受熱汽化逸出該第一基材的孔隙，且該第二基材的因聚合反應所產生高黏度性，而使該第二基材包覆於該第一基材外側，且該第一基材孔隙內的成份可以保留，而形成第二成品。
所述的形成孔洞性材料的方法，其中，該第一基材為一無機質。
所述的形成孔洞性材料的方法，其中，該無機質可為含孔隙的二氧化矽(silica)、氧化鋁(alumina oxide)、鋁矽酸鹽類(Silica-alumina)、碳摻雜氧化物(Carbon-doped Oxide，CDO)、氟化矽酸鹽玻璃(FluorinatedSilicate Glass，FSG)、碳酸鈣(calcium carbonate)、磷酸鋁(aluminaphosphate)、砷酸鋁(Alumina arsenate)、鍺酸鋁(alumina germanate)、黏土(高嶺土、蒙脫土、雲母粉)、玻璃纖維(GlassFiber)及碳纖維(CarbonFiber)等其中一種以上材質所構成。
所述的形成孔洞性材料的方法，其中，該第二基材為一有機質。
所述的形成孔洞性材料的方法，其中，該有機質可為環氧樹脂(Epoxyresin)、壓克力樹脂(丙烯酸脂、Arcylate)、聚亞醯胺(polyimide)及PU樹脂(聚氨基鉀酸酯，polyurethane)等其中一種以上材質所構成。
所述的形成孔洞性材料的方法，其中，該犧牲材的材料選用矽氧烷(Siloxane)及石蠟(Wax)等其中一種以上材質所構成。
所述的形成孔洞性材料的方法，其中，該犧牲材為(六甲基環三矽氧烷，Hexamethylcyclotrisiloxane)，其結構為
所述的形成孔洞性材料的方法，其中，該第一基材與犧牲材並於該犧牲材的溶點溫度以上均勻混煉預定時間，接著並靜置於室溫下使該第一基材與該犧牲材形成第一成品。
所述的形成孔洞性材料的方法，其中，犧牲材與該第一基材加熱至約65℃～100℃並均勻混煉1小時。
所述的形成孔洞性材料的方法，其中，該第一成品混合該第二基材，並配合第二基材的交聯反應溫度條件，此反應溫度條件為由室溫以每分鐘2℃的升溫速度升至140℃～170℃並持溫1小時。
所述的形成孔洞性材料的方法，其中，於該步驟(2)中，該第一基材及該犧牲材是利用密閉熱融法混合。
所述的形成孔洞性材料的方法，其中，於該步驟(2)中，該第一基材及該犧牲材是利用溶劑法混合。
簡要地說，本發明先將一具有多孔隙的第一基材及一兼容該第一基材的犧牲材混合，使該犧牲材滲入於第一基材的孔隙內，完成第一成品，再將該第一成品混合一第二基材，並將該第一成品與第二基材的混合物加熱至該犧牲材的汽化溫度上，使該第二基材的分子產生變化並因黏滯力增加無法進入第一基材的孔隙，且該些犧牲材因受熱產生汽化逸出第一基材，而形成第二成品，由此，該第一基材的孔隙不易受到第二基材的滲入，以保留該第一基材內孔隙的成份，由該第二基材加熱的分子變化因聚合反應所產生高黏度性無法滲入第一基材的孔隙，同時犧牲材逸出第一基材孔隙，可防止該些孔隙被第二基材滲入，以增加第一基材的孔隙內的成份含量。
圖1為本發明的局部放大流程圖。
圖2為本發明表2的態樣經過TGA測試得到的分析圖。
具體實施例方式 首先，請參閱圖1所示，為本發明的形成孔洞性材料的方法運用於半導體工藝及晶片封裝中降低介電係數的較佳實施例的流程圖，其主要包括下列步驟 (1)選用包含一多孔隙的第一基材10、一第二基材20及一犧牲材30，其中，該第一基材10為一無機質，使用材料為含孔隙的二氧化矽(silica)、氧化鋁(alumina oxide)、鋁矽酸鹽類(Silica-alumina)、碳摻雜氧化物(Carbon-doped Oxide，CDO)、氟化矽酸鹽玻璃(Fluorinated Silicate Glass，FSG)、碳酸鈣(calcium carbonate)、磷酸鋁(alumina phosphate)、砷酸鋁(Alumina arsenate)、鍺酸鋁(alumina germanate)、黏土(高嶺土、蒙脫土、雲母粉)、玻璃纖維(GlassFiber)及碳纖維(CarbonFiber)等相類似的多孔隙無機質，而於本實施例中選用二氧化矽，而該第二基材20為一有機質，使用材料為可為環氧樹脂(Epoxy resin)、壓克力樹脂(丙烯酸脂，Arcylate)、聚亞醯胺(polyimide)及PU樹脂(聚氨基鉀酸酯，polyurethane)等相類似的有機質，而於本實施例中選用環氧樹脂，該犧牲材30是可滲相容於該第一基材，但不相容於該第二基材20，該犧牲材30為矽氧烷(Siloxane)及石蠟(Wax)等，本發明中選用(Hexamethylcyclotrisiloxane，六甲基環三矽氧烷)，而其結構為
且，該犧牲材30的熔點約為65℃，而沸點約為134℃，亦可為其它相似的材料。
(2)首先，將該預定比例的犧牲材30與該第一基材10加熱至犧牲材30的熔點溫度以上，約65℃～100℃並均勻混煉1小時，其混合方式可採用密閉熱融法或溶劑法處理，或其它可能的加熱處理法，使該犧牲材30可滲入該第一基材10的孔隙11內，待混煉均勻後靜置，使溫度降至室溫，而形成一第一成品。
(3)將該第一成品混合該第二基材20，將其加熱至高於犧牲材30的沸點，並配合第二基材的交聯反應溫度條件，此反應溫度條件為由室溫以每分鐘2℃的升溫速度升至140℃～170℃並持溫1小時，使第二基材20的分子聚合硬化並且不會回流滲入第一基材10的孔隙11內，同時，該犧牲材30會於該第二基材20進行聚合時，同步自孔隙11內汽化逸出，而該第二基材20的因聚合反應所產生高黏度性，使該第二基材20無法滲入第一基材10的孔隙11內，而包覆於該第一基材20外側，使該第一基材10的孔隙11可以被完整保留原有的孔隙度，形成一介電係數降低的第二成品。
為供進一步了解本發明構造特徵、運用技術手段及所預期達成的功效，將本發明使用方式加以敘述，相信當可由此而對本發明有更深入且具體的了解，如下所述 將本發明應用於晶片封裝，並比對不同比及混合方式提出結果，以探討封孔效果，首先，請參閱表1所示，為本發明該犧牲材包覆於第一基材的孔隙密封過程表，顯示有五種不同態樣的加熱過程，前四種(P970225-01、P970225-02、P970226-01、P970301-01)為採用前述本發明步驟(2)中犧牲材與第一基材利用密閉熱融法的混合方式，最後一種(P970304-01)為採用前述本發明步驟(2)犧牲材與第一基材利用溶劑法的混合方式，再參閱圖2所示，為本發明表1的態樣經過TGA(熱重分析儀)測試得到的分析圖，可知P970304-01曲線較其它曲線快速下降，故溶劑法控制犧牲材的殘留量的效率比密閉熱融法較佳。
請參閱表2所示，為本發明的犧牲材與第一基材混合後的犧牲材表面積與孔體積數據表，表中Pure porous silica即多孔二氧化矽原Surface area(表面積)為306m2/g，Pore volume(孔體積)0.64cm3/g，而由Pore sealing ofthermal melting(密閉熱融法)及Pore sealing of solvent(溶劑法)混合方式產生的表面積及孔體積為最小，且值差不多。
請參閱表3所示，為犧牲材材料的配方表，分成三個配方組別，即A1組、A2組及A3組，A1組是將第二基材20+純第一基材10，A2與A3組系分別為本發明的第二基材+不同比例的犧牲材30與第一基材10的混合。
參閱表4所示，為BET(比表面積)數據表，將表1的不同成份的BET(比表面積)的實驗發現，本發明A2與A3混合後產生的B2及B3的表面積比原來第一基材10(即A1混合後產生的B1)有顯著下降，表示本發明的犧牲材30可有效滲入孔隙11內，使第一基材10的表面積變小，本發明的犧牲材30可有效包覆第一基10材的孔隙11。
參閱表5所示，為A1組、A2組及A3組犧牲材料的介電係數(Dielectricconstant)與彈性係數(Modulus，GPa)表，可發現本發明A2組及A3組的介電係數低於A1組，而彈性係數保有一定強度，由此一結果可了解，本發明可使第二基材20較不易滲入到該第一基材10的孔隙11內者，可增加孔隙11內的空氣含量以降低介電係數。
權利要求
1、一種形成孔洞性材料的方法，其步驟至少包括
(1)備置一多孔隙的第一基材、一第二基材及一相容該第一基材且不相容於第二基材的犧牲材；
(2)將該第一基材及液態犧牲材混合，使該犧牲材在適當操作溫度下完整包覆於第一基材的孔隙內，完成第一成品；
(3)再將該第一成品與該第二基材混合，並將該第一成品及第二基材加熱至該犧牲材的汽化溫度，並配合第二基材所需的交聯反應溫度條件，此時，該些犧牲材受熱汽化逸出該第一基材的孔隙，且該第二基材的因聚合反應所產生高黏度性，而使該第二基材包覆於該第一基材外側，且該第一基材孔隙內的成份可以保留，而形成第二成品。
2、依權利要求1所述的形成孔洞性材料的方法，其中，該第一基材為一無機質。
3、依權利要求2所述的形成孔洞性材料的方法，其中，該無機質為含孔隙的二氧化矽、氧化鋁、鋁矽酸鹽類、碳摻雜氧化物、氟化矽酸鹽玻璃、碳酸鈣、磷酸鋁、砷酸鋁、鍺酸鋁、黏土(高嶺土、蒙脫土、雲母粉)、玻璃纖維及碳纖維其中一種以上材質所構成。
4、依權利要求1所述的形成孔洞性材料的方法，其中，該第二基材為一有機質。
5、依權利要求4所述的形成孔洞性材料的方法，其中，該有機質可為環氧樹脂、壓克力樹脂(丙烯酸脂)、聚亞醯胺及PU樹脂(聚氨基鉀酸酯其中一種以上材質所構成。
6、依權利要求1所述的形成孔洞性材料的方法，其中，該犧牲材的材料選用矽氧烷及石蠟其中一種以上材質所構成。
7、依權利要求1所述的形成孔洞性材料的方法，其中，該犧牲材為六甲基環三矽氧烷，其結構為
8、依權利要求1所述的形成孔洞性材料的方法，其中，該第一基材與犧牲材並於該犧牲材的溶點溫度以上均勻混煉預定時間，接著並靜置於室溫下使該第一基材與該犧牲材形成第一成品。
9、依權利要求8所述的形成孔洞性材料的方法，其中，犧牲材與該第一基材加熱至約65℃～100℃並均勻混煉1小時。
10、依權利要求1所述的形成孔洞性材料的方法，其中，該第一成品混合該第二基材，並配合第二基材的交聯反應溫度條件，此反應溫度條件為由室溫以每分鐘2℃的升溫速度升至140℃～170℃並持溫1小時。
11、依權利要求1所述的形成孔洞性材料的方法，其中，於該步驟(2)中，該第一基材及該犧牲材是利用密閉熱融法混合。
12、依權利要求1所述的形成孔洞性材料的方法，其中，於該步驟(2)中，該第一基材及該犧牲材是利用溶劑法混合。
全文摘要
本發明為一種形成孔洞性材料的方法，是將一具有多孔隙的第一基材及一兼容該第一基材的犧牲材混合，使該犧牲材可滲入於第一基材的孔隙內，完成第一成品，再將該第一成品混合一第二基材，並將該第一成品與第二基材加熱至犧牲材的汽化溫度上，使該第二基材分子產生變化並因黏滯力增加無法進入第一基材的孔隙，且該些犧牲材受熱產生汽化逸出該第一基材的孔隙，使第二基材無法滲入該第一基材的孔隙並形成第二成品，以保留第一基材的孔隙內的成份。
文檔編號H01L21/70GK101609809SQ20081013022
公開日2009年12月23日 申請日期2008年6月16日 優先權日2008年6月16日
發明者呂志鵬, 徐國原, 徐幸鈴, 陳冠宇, 洪西宗, 高坂信夫 申請人:臺灣信越矽利光股份有限公司