TWI626341B - 藉由靜電紡絲沉積聚合物薄膜 - Google Patents

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Abstract

在此提供用於沉積聚合物薄膜的方法與設備。在一些實施例中，用於沉積介電質薄膜的方法可包含：流動液態聚合物前驅物材料穿過與基板間隔開來的孔口，該液態聚合物前驅物材料將沉積於該基板上；在該孔口與該基板之間提供電位差，以吸引該液態聚合物朝向該基板並形成沉積材料於該基板上；以及硬化該沉積材料，以形成介電質薄膜於該基板上。

Description

藉由靜電紡絲沉積聚合物薄膜
本發明實施例大體關於聚合物薄膜的沉積。
在微電子元件中，互連陣列的電容電阻會增加訊號延遲以及功率消耗。為了減少此問題，需要具有低介電質常數的絕緣材料，較佳是具有介電質常數小於2的材料。靜電紡絲(electrospining)是一種用於紡織製造領域以及醫療領域(傷口敷料、植入材料)的技術，且為一種費用低廉的方法，透過聚合物溶液或聚合物熔體的帶電射流(electrically charged jet)來製造長且連續的奈米纖維。然而，一般並不使用靜電紡絲來製造薄膜。
因此，本發明提供一種改良的方法與設備，利用靜電紡絲來沉積超低k聚合物薄膜。
在此提供用於沉積聚合物薄膜的方法與設備。在一些實施例中，用於沉積介電質薄膜的方法可包含：流動液態聚合物前驅物材料穿過與基板間隔開來的孔口，該液態聚合物前驅物材料將沉積於該基板上；在該孔口與該基板之間提供電位差，以吸引該液態聚合物朝向該基板並形成沉積材料於該基板上；以及硬化該沉積材料，以 形成介電質薄膜於該基板上。
在一些實施例中，超低K介電質薄膜可包含：複數個硬化的奈米纖維，該些奈米纖維形成具有介電質常數值小於2的薄膜。在一些實施例中，可利用在此所描述的方法來製造超低K介電質薄膜。
在一些實施例中，用於沉積介電質薄膜的設備可包含：腔室主體，該腔室主體界定內部容積；基板支座，該基板支座設置在該內部容積中；儲存器，該儲存器耦接至該腔室主體，以儲存液態聚合物前驅物材料；以及孔口，該孔口耦接至該儲存器，其中該孔口尖端朝下至腔室主體的內部容積中，且該孔口位於基板支座上方。
以下說明本發明的其他與進一步實施例。
本發明大體關於沉積聚合物薄膜的方法。可使用本發明方法的實施例來沉積具有任何介電質常數的介電質聚合物薄膜。然而，本發明方法的實施例可有利地幫助沉積具有低介電質常數(或k)的聚合物薄膜。在一些實施例中，可使用本發明方法有利地沉積具有超低介電質常數的聚合物薄膜。在此所使用的低介電質常數與介於約2至約3.9的k值有關，以及超低介電質常數與小於約2的k值有關。
第1圖為根據本發明一些實施例的用於沉積聚合物薄 膜的方法流程圖。方法100開始於步驟102，其中流動液態聚合物前驅物材料穿過與基板間隔開來的孔口，該液態聚合物前驅物材料將沉積於該基板上。可抽取液態聚合物前驅物材料穿過孔口，以提供離開該孔口的液態聚合物前驅物材料的期望流動速率、直徑等等。該基板可為，例如，半導體基板、玻璃板、或將被製造在基板上的電子元件的一部分。
方法100繼續至步驟104，其中在孔口與基板之間產生電位差，以吸引該液態聚合物前驅物材料朝向基板，而形成沉積材料於該基板上。在一些實施例中，該沉積材料可為奈米纖維形式。在一些實施例中，該奈米纖維是平滑且均勻的。該孔口與基板可相對於彼此地移動，以控制在基板上的沉積材料的性質與分佈，如以下說明。
方法100一般結束於步驟106，其中硬化該沉積材料以形成介電質薄膜於該基板上。在一些實施例中，由沉積的奈米纖維所形成的介電質薄膜具有完整互連多纖維的層，該互連多纖維層具有微米/奈米孔洞。沉積在基板上的介電質薄膜具有介電質常數，k。奈米纖維的密度與直徑會影響介電質薄膜的k值。通常，奈米纖維的外徑越大，則介電質薄膜的k值越小，而奈米纖維的外徑越小，則介電質薄膜的k值越大。在一些實施例中，介電質薄膜的k值小於2。在一些實施例中，介電質薄膜可作為微電子元件中的一部分，例如，作為微電子元件中的一層。
第2圖描繪配備以根據本發明一些實施例沉積聚合物薄膜的設備200。設備200包含腔室主體210，該腔室主體210界定內部容積212；儲存器204，該儲存器204耦接至腔室主體210；孔口206，該孔口206耦接至該儲存器204，其中該孔口204尖端朝下至腔室主體210的內部容積212中；以及基板214，該基板214設置在基板支座216上，該基板支座216耦接至腔室主體210的底部壁面236。
在一些實施例中，儲存器204耦接至腔室主體210的頂部壁面256。儲存器204儲存液態聚合物前驅物材料202。該液態聚合物前驅物材料202為聚合物與適當溶劑所混合而成，該聚合物為，例如，聚四氟乙烯(PTFE)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)等等，該適當溶劑為，例如，水或其他取決於液態聚合物前驅物材料202的適合溶劑。在一些實施例中，儲存器204為可利用氣密的方式所密封的容器。在一些實施例中，溫度感測器208可設置在儲存器204中，以測量儲存器204內部的液態聚合物前驅物材料202的溫度。在一些實施例中，液態聚合物前驅物材料202以室溫儲存於儲存器204中。在一些實施例中，傳送熱傳導流體的加熱與冷卻線圈(未圖示)可圍繞在儲存器204的外部周圍，以控制儲存器204中的液態聚合物前驅物材料202的溫度與黏度。熱傳導流體可為氣體，例如，氦氣(He)、氧氣(O2)等等，或為液體，例如，水、抗凍劑，或醇類，例如，甘油(glycerol)、乙二醇 (ethylene glycerol)、丙二醇(propylene)、甲醇等等。
在一些實施例中，孔口206耦接至儲存器204，其中該孔口204尖端向下至腔室主體210的內部容積212中。在一些實施例中，孔口204為中空噴嘴，例如，針頭、滴管或注射器。在一些實施例中，幫浦218可附接至儲存器204，以推動液態聚合物前驅物材料202穿過孔口206。在一些實施例中，可控制孔口206的開口直徑以控制奈米纖維的直徑。在一些實施例中，可連接複數個孔口至儲存器204。
在一些實施例中，基板214可為半導體基板、玻璃板或將被製造在基板上的電子元件的一部分。在一些實施例中，將基板214置於基板支座216上，該基板支座216設置在腔室主體210的內部容積212中。基板214置於孔口206的下方。基板214與孔口204之間的距離必須足以使液態聚合物前驅物材料202中的溶劑在奈米纖維形成的時候蒸發。當基板214設置接近孔口206時，該材料將以水滴狀的形式沉積在基板214上。當基板214設置遠離孔口206時，該材料將以纖維狀的形式沉積在基板214上。
在一些實施例中，基板支座216可包含一機構，該機構固定或支撐基板214於基板支座216的表面上，該機構為，例如，靜電夾具、真空卡盤、基板固定夾等等(未圖示)。在一些實施例中，基板支座216可包含加熱或冷卻線圈(未圖示)，用於控制基板溫度，該加熱或冷卻線 圈傳送如上所述的熱傳導流體。
在一些實施例中，孔口206及/或基板支座216可耦接至一機構，該機構可使孔口206及/或基板支座216相對於彼此移動。可在孔口206及/或基板支座216中提供，例如，氣動式、液壓式、電氣式、或手動操作的致動器、馬達等等，以提供水平移動及/或垂直移動。例如，在一些實施例中，孔口206及/或基板支座216可沿著水平面上的第一方向232移動，使得來自孔口206沉積在基板上的材料可分散在設置於基板支座上的基板周圍。在一些實施例中，孔口206及/或基板支座216可沿著垂直面上的第二方向230移動，例如，沿著垂直軸，以控制孔口206與基板支座216之間的間距。
在一些實施例中，孔口206與第一電極220連接，且基板支座216與第二電極222連接。第一電極與第二電極之間的電位差在兩個電極220與222之間產生靜電場，該靜電場可吸引液態聚合物前驅物材料202由儲存器204朝向基板214。在一些實施例中，第一電極220可與第一電源224連接。在一些實施例中，第二電極222可與第二偏壓電源226連接。
在一些實施例中，控制器228可耦接至設備200，以幫助控制設備200。控制器228可為任何一種形式的一般用途電腦處理器，該處理器可用於工業設定，以控制各種腔室與子處理器。該控制器可控制上述的設備，幫助製造期望材料。
儘管前述係關於本發明的實施例，但可實施本發明的其他與進一步的實施例，而不偏移本發明的基本範疇。
100‧‧‧方法
102‧‧‧步驟
104‧‧‧步驟
106‧‧‧步驟
200‧‧‧設備
202‧‧‧液態聚合物前驅物材料
204‧‧‧儲存器
206‧‧‧孔口
208‧‧‧溫度感測器
210‧‧‧腔室主體
212‧‧‧內部容積
214‧‧‧基板
216‧‧‧基板支座
218‧‧‧幫浦
220‧‧‧第一電極
222‧‧‧第二電極
224‧‧‧第一電源
226‧‧‧第二偏壓電源
228‧‧‧控制器
230‧‧‧第二方向
232‧‧‧第一方向
236‧‧‧底部壁面
本發明的實施例、以上簡單概述以及實施方式，可藉由參考附圖中所敘述的本發明說明性實施例來瞭解。然而，須注意附圖僅說明本發明的典型實施例，因此不應被視為本發明範疇的限制，對於本發明而言，可容許其他相同效果的實施例。
第1圖為根據本發明的一些實施例用於沉積聚合物薄膜的方法流程圖。
第2圖描繪根據本發明的一些實施例配備以沉積聚合物薄膜的設備
為了幫助理解，盡可能使用相同的元件符號來描述圖式中所共有的相同元件。為了簡潔，該些附圖未按照比例來繪示。應理解到，不需額外說明，一個實施例中的該些元件與該些特徵結構可有利地併入其他實施例中。

Claims (15)

  1. 一種用於沉積一介電質聚合物薄膜的方法，該介電質聚合物薄膜的介電質常數小於2，該方法包含：將一半導體基板置於一基板支座上；流動一液態聚合物前驅物材料穿過與該半導體基板間隔開來的一孔口，該液態聚合物前驅物材料將沉積於該半導體基板上；將一第一電極與該孔口連接以及將一第二電極與該基板支座連接，用以在該孔口與該基板支座之間提供一電位差，以吸引該液態聚合物朝向該半導體基板並形成一沉積材料於該半導體基板上，該沉積材料為奈米纖維形式；以及硬化該沉積材料，以形成該介電質聚合物薄膜於該半導體基板上。
  2. 如請求項1所述之方法，更包含：在室溫下，流動該液態聚合物前驅物材料穿過該孔口。
  3. 如請求項1所述之方法，更包含：流動該液態聚合物前驅物材料穿過與該半導體基板間隔開來的複數個孔口。
  4. 如請求項1至3中任一項所述之方法，其中該些纖維的重疊股紗(overlapping strands)形成該介電質聚合物薄膜。
  5. 如請求項1至3中任一項所述之方法，其中該介電質聚合物薄膜包含下列至少一者：聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene)或聚乙烯吡咯烷酮(polyvinylpyrrolidone)。
  6. 如請求項1至3中任一項所述之方法，更包含：在一垂直方向或一水平方向的至少一方向中移動該孔口，同時流動該液態聚合物前驅物穿過該孔口。
  7. 如請求項1至3中任一項所述之方法，其中將該半導體基板置於一基板支座上，且更包含：在一垂直方向或一水平方向的至少一方向中移動該基板支座，同時流動該液態聚合物前驅物穿過該孔口。
  8. 一種超低K介電質薄膜，該薄膜包含：複數個硬化的奈米纖維，該些奈米纖維形成具有介電質常數小於2的一薄膜。
  9. 如請求項8所述之超低K介電質薄膜，其中該奈米纖維包含聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene)或聚乙烯吡 咯烷酮(polyvinylpyrrolidone)。
  10. 如請求項8或9所述之超低K介電質薄膜，更包含：一半導體基板，具有複數個硬化的奈米纖維沉積於該基板上。
  11. 一種用於沉積一介電質聚合物薄膜的設備，該設備包含：一腔室主體，該腔室主體界定一內部容積；一基板支座，該基板支座設置在該內部容積中；一儲存器，該儲存器耦接至該腔室主體，以儲存一液態聚合物前驅物材料；一孔口，該孔口耦接至該儲存器，其中該孔口尖端朝下至該腔室主體的該內部容積中，且該孔口位於該基板支座上方；一第一電極，該第一電極耦接至該孔口；以及一第二電極，該第二電極耦接至該基板支座，以在處理期間於該孔口與該基板支座之間產生一電位差。
  12. 如請求項11所述之設備，更包含：一選擇性密封的開口，該開口位於該腔室主體的一側壁上，以幫助輸入與輸出一半導體基板至該基板支座。
  13. 如請求項11所述之設備，更包含：一幫浦，該幫浦耦接至該儲存器，以抽取該液態聚合物前驅物材料穿過該孔口。
  14. 如請求項11至13中任一項所述之設備，更包含：複數個孔口，該些孔口耦接至該儲存器且尖端朝下至該腔室主體的該內部容積中，且該些孔口位於該基板支座上方。
  15. 如請求項11至13中任一項所述之設備，其中該基板支座或該孔口的至少其中一者可在一垂直方向或一水平方向的至少一方向中相對於彼此移動。
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