CN101609809B - 形成孔洞性材料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种形成孔洞性材料的方法，是将一具有多孔隙的第一基材及一兼容该第一基材的牺牲材混合，使该牺牲材可渗入于第一基材的孔隙内，完成第一成品，再将该第一成品混合一第二基材，并将该第一成品与第二基材加热至牺牲材的汽化温度上，使该第二基材分子产生变化并因黏滞力增加无法进入第一基材的孔隙，且该些牺牲材受热产生汽化逸出该第一基材的孔隙，使第二基材无法渗入该第一基材的孔隙并形成第二成品，以保留第一基材的孔隙内的成份。
Description
技术领域
本发明与一种封孔技术有关，尤其是指一种形成孔洞性材料的方法。
背景技术
现今半导体工艺中，集成电路的组件尺寸持续微型化，亦增加电子讯号于金属联机间传送的时间延迟(RC delay)以及高频率下高功率散失，因此为了降低讯号传递的时间延迟，需应用多层金属导体联机的设计，此外，须应用具低电阻率的导线或低介电系数的绝缘材料，才能提升组件的操作速度，常用的低介电系数(low-k)材料，是将一低介电系数的多孔性无机质与有机质混合，由无机质渗杂于有机质内以降低其介电系数者以及降低热膨胀系数(Coefficient of thermal expansion)与增强机械强度。
惟，虽公知的无机质因内部具有多孔性含有空气，介电系数较低，但与该有机质混合时，该有机质会混入无机质的孔隙内，产生填孔现象，使无机质内的介电系数相对无法降低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种形成孔洞性材料的方法。
为实现上述目的，本发明提供的形成孔洞性材料的方法，其步骤至少包括：
(1)备置一多孔隙的第一基材、一第二基材及一相容该第一基材且不相容于第二基材的牺牲材；
(2)将该第一基材及液态牺牲材混合，使该牺牲材在适当操作温度下完整包覆于第一基材的孔隙内，完成第一成品；
(3)再将该第一成品与该第二基材混合，并将该第一成品及第二基材加热至该牺牲材的汽化温度，并配合第二基材所需的交联反应温度条件，此时，该些牺牲材受热汽化逸出该第一基材的孔隙，且该第二基材的因聚合反应所产生高黏度性，而使该第二基材包覆于该第一基材外侧，且该第一基材孔隙内的成份可以保留，而形成第二成品。
所述的形成孔洞性材料的方法，其中，该第一基材为一无机质。
所述的形成孔洞性材料的方法，其中，该无机质可为含孔隙的二氧化硅(silica)、氧化铝(alumina oxide)、铝硅酸盐类(Silica-alumina)、碳掺杂氧化物(Carbon-doped Oxide，CDO)、氟化硅酸盐玻璃(FluorinatedSilicate Glass，FSG)、碳酸钙(calcium carbonate)、磷酸铝(aluminaphosphate)、砷酸铝(Alumina arsenate)、锗酸铝(alumina germanate)、黏土(高岭土、蒙脱土、云母粉)、玻璃纤维(GlassFiber)及碳纤维(CarbonFiber)等其中一种以上材质所构成。
所述的形成孔洞性材料的方法，其中，该第二基材为一有机质。
所述的形成孔洞性材料的方法，其中，该有机质可为环氧树脂(Epoxyresin)、压克力树脂(丙烯酸脂、Arcylate)、聚亚酰胺(polyimide)及PU树脂(聚氨基钾酸酯，polyurethane)等其中一种以上材质所构成。
所述的形成孔洞性材料的方法，其中，该牺牲材的材料选用硅氧烷(Siloxane)及石蜡(Wax)等其中一种以上材质所构成。
所述的形成孔洞性材料的方法，其中，该牺牲材为(六甲基环三硅氧烷，Hexamethylcyclotrisiloxane)，其结构为：
所述的形成孔洞性材料的方法，其中，该第一基材与牺牲材并于该牺牲材的溶点温度以上均匀混炼预定时间，接着并静置于室温下使该第一基材与该牺牲材形成第一成品。
所述的形成孔洞性材料的方法，其中，牺牲材与该第一基材加热至约65℃～100℃并均匀混炼1小时。
所述的形成孔洞性材料的方法，其中，该第一成品混合该第二基材，并配合第二基材的交联反应温度条件，此反应温度条件为由室温以每分钟2℃的升温速度升至140℃～170℃并持温1小时。
所述的形成孔洞性材料的方法，其中，于该步骤(2)中，该第一基材及该牺牲材是利用密闭热融法混合。
所述的形成孔洞性材料的方法，其中，于该步骤(2)中，该第一基材及该牺牲材是利用溶剂法混合。
简要地说，本发明先将一具有多孔隙的第一基材及一兼容该第一基材的牺牲材混合，使该牺牲材渗入于第一基材的孔隙内，完成第一成品，再将该第一成品混合一第二基材，并将该第一成品与第二基材的混合物加热至该牺牲材的汽化温度上，使该第二基材的分子产生变化并因黏滞力增加无法进入第一基材的孔隙，且该些牺牲材因受热产生汽化逸出第一基材，而形成第二成品，由此，该第一基材的孔隙不易受到第二基材的渗入，以保留该第一基材内孔隙的成份，由该第二基材加热的分子变化因聚合反应所产生高黏度性无法渗入第一基材的孔隙，同时牺牲材逸出第一基材孔隙，可防止该些孔隙被第二基材渗入，以增加第一基材的孔隙内的成份含量。
附图说明
图1为本发明的局部放大流程图。
图2为本发明表2的态样经过TGA测试得到的分析图。
具体实施方式
首先，请参阅图1所示，为本发明的形成孔洞性材料的方法运用于半导体工艺及芯片封装中降低介电系数的较佳实施例的流程图，其主要包括下列步骤：
(1)选用包含一多孔隙的第一基材10、一第二基材20及一牺牲材30，其中，该第一基材10为一无机质，使用材料为含孔隙的二氧化硅(silica)、氧化铝(alumina oxide)、铝硅酸盐类(Silica-alumina)、碳掺杂氧化物(Carbon-doped Oxide，CDO)、氟化硅酸盐玻璃(Fluorinated Silicate Glass，FSG)、碳酸钙(calcium carbonate)、磷酸铝(alumina phosphate)、砷酸铝(Alumina arsenate)、锗酸铝(alumina germanate)、黏土(高岭土、蒙脱土、云母粉)、玻璃纤维(GlassFiber)及碳纤维(CarbonFiber)等相类似的多孔隙无机质，而于本实施例中选用二氧化硅，而该第二基材20为一有机质，使用材料为可为环氧树脂(Epoxy resin)、压克力树脂(丙烯酸脂，Arcylate)、聚亚酰胺(polyimide)及PU树脂(聚氨基钾酸酯，polyurethane)等相类似的有机质，而于本实施例中选用环氧树脂，该牺牲材30是可渗相容于该第一基材，但不相容于该第二基材20，该牺牲材30为硅氧烷(Siloxane)及石蜡(Wax)等，本发明中选用(Hexamethylcyclotrisiloxane，六甲基环三硅氧烷)，而其结构为：
且，该牺牲材30的熔点约为65℃，而沸点约为134℃，亦可为其它相似的材料。
(2)首先，将该预定比例的牺牲材30与该第一基材10加热至牺牲材30的熔点温度以上，约65℃～100℃并均匀混炼1小时，其混合方式可采用密闭热融法或溶剂法处理，或其它可能的加热处理法，使该牺牲材30可渗入该第一基材10的孔隙11内，待混炼均匀后静置，使温度降至室温，而形成一第一成品。
(3)将该第一成品混合该第二基材20，将其加热至高于牺牲材30的沸点，并配合第二基材的交联反应温度条件，此反应温度条件为由室温以每分钟2℃的升温速度升至140℃～170℃并持温1小时，使第二基材20的分子聚合硬化并且不会回流渗入第一基材10的孔隙11内，同时，该牺牲材30会于该第二基材20进行聚合时，同步自孔隙11内汽化逸出，而该第二基材20的因聚合反应所产生高黏度性，使该第二基材20无法渗入第一基材10的孔隙11内，而包覆于该第一基材20外侧，使该第一基材10的孔隙11可以被完整保留原有的孔隙度，形成一介电系数降低的第二成品。
为供进一步了解本发明构造特征、运用技术手段及所预期达成的功效，将本发明使用方式加以叙述，相信当可由此而对本发明有更深入且具体的了解，如下所述：
将本发明应用于芯片封装，并比对不同比及混合方式提出结果，以探讨封孔效果，首先，请参阅表1所示，为本发明该牺牲材包覆于第一基材的孔隙密封过程表，显示有五种不同态样的加热过程，前四种(P970225-01、P970225-02、P970226-01、P970301-01)为采用前述本发明步骤(2)中牺牲材与第一基材利用密闭热融法的混合方式，最后一种(P970304-01)为采用前述本发明步骤(2)牺牲材与第一基材利用溶剂法的混合方式，再参阅图2所示，为本发明表1的态样经过TGA(热重分析仪)测试得到的分析图，可知P970304-01曲线较其它曲线快速下降，故溶剂法控制牺牲材的残留量的效率比密闭热融法较佳。
请参阅表2所示，为本发明的牺牲材与第一基材混合后的牺牲材表面积与孔体积数据表，表中Pure porous silica即多孔二氧化硅原Surface area(表面积)为306m2/g，Pore volume(孔体积)0.64cm3/g，而由Pore sealing ofthermal melting(密闭热融法)及Pore sealing of solvent(溶剂法)混合方式产生的表面积及孔体积为最小，且值差不多。
请参阅表3所示，为牺牲材材料的配方表，分成三个配方组别，即A1组、A2组及A3组，A1组是将第二基材20+纯第一基材10，A2与A3组系分别为本发明的第二基材+不同比例的牺牲材30与第一基材10的混合。
参阅表4所示，为BET(比表面积)数据表，将表1的不同成份的BET(比表面积)的实验发现，本发明A2与A3混合后产生的B2及B3的表面积比原来第一基材10(即A1混合后产生的B1)有显著下降，表示本发明的牺牲材30可有效渗入孔隙11内，使第一基材10的表面积变小，本发明的牺牲材30可有效包覆第一基10材的孔隙11。
参阅表5所示，为A1组、A2组及A3组牺牲材料的介电系数(Dielectricconstant)与弹性系数(Modulus，GPa)表，可发现本发明A2组及A3组的介电系数低于A1组，而弹性系数保有一定强度，由此一结果可了解，本发明可使第二基材20较不易渗入到该第一基材10的孔隙11内者，可增加孔隙11内的空气含量以降低介电系数。
Claims (11)
1.一种形成孔洞性材料的方法，其步骤至少包括：
(1)备置一多孔隙的第一基材、一第二基材及一相容该第一基材且不相容于第二基材的牺牲材；
(2)该第一基材与牺牲材并于该牺牲材的熔点温度以上均匀混炼预定时间，使该牺牲材在适当操作温度下渗入第一基材的孔隙内，接着并静置于室温下使该第一基材与该牺牲材形成第一成品；
(3)再将该第一成品与该第二基材混合，并将该第一成品及第二基材加热至该牺牲材的汽化温度，并配合第二基材所需的交联反应温度条件，此时，该些牺牲材受热汽化逸出该第一基材的孔隙，且该第二基材因聚合反应所产生的高黏度性，而使该第二基材包覆于该第一基材外侧，且该第一基材孔隙可以保留，而形成第二成品。
2.依权利要求1所述的形成孔洞性材料的方法，其中，该第一基材为一无机质。
3.依权利要求2所述的形成孔洞性材料的方法，其中，该无机质为含孔隙的二氧化硅、氧化铝、铝硅酸盐类、碳掺杂氧化物、氟化硅酸盐玻璃、碳酸钙、磷酸铝、砷酸铝、锗酸铝、黏土、玻璃纤维及碳纤维其中一种以上材质所构成。
4.依权利要求1所述的形成孔洞性材料的方法，其中，该第二基材为一有机质。
5.依权利要求4所述的形成孔洞性材料的方法，其中，该有机质可为环氧树脂、压克力树脂、聚亚酰胺及聚氨基甲酸酯其中一种以上材质所构成。
6.依权利要求1所述的形成孔洞性材料的方法，其中，该牺牲材的材料选用硅氧烷及石蜡其中一种以上材质所构成。
7.依权利要求1所述的形成孔洞性材料的方法，其中，该牺牲材为六甲基环三硅氧烷，其结构为：
8.依权利要求1所述的形成孔洞性材料的方法，其中，牺牲材与该第一基材加热至65℃～100℃并均匀混炼1小时。
9.依权利要求1所述的形成孔洞性材料的方法，其中，该第一成品混合该第二基材，并配合第二基材的交联反应温度条件，此反应温度条件为由室温以每分钟2℃的升温速度升至140℃～170℃并持温1小时。
10.依权利要求1所述的形成孔洞性材料的方法，其中，于该步骤(2)中，该第一基材及该牺牲材是利用密闭热融法混合。
11.依权利要求1所述的形成孔洞性材料的方法，其中，于该步骤(2)中，该第一基材及该牺牲材是利用溶剂法混合。
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