隨著半導體製程技術提升，元件尺寸不斷縮小，為了降低元件操 作的時間延遲，減少功率的損耗，傳統的二氧化矽介電層已無法符合 深次微米世代（deep-submicron）的需求，而逐漸的被新型的低介電材 料所取代。但材料之改變對現有的製程可能產生過大的衝擊，且有相 容性之疑慮，故一開始的研究方向傾向於將現有的二氧化矽改質。最 早尋求的目標是將介電常數降至約3.6，而後陸續開發出介電常數在 3.0 至 2.65 之間的新型材料，如 Applied Materials 的 Black DiamondTM、 Novellus, Inc.的 CORALTM，或是Tokyo Electron 的 AuroraTM，均因其 良好的量產性與機械性質被許多主要元件供應商所採用。另外，有機 低介電材料，如SiLKTM以及有機矽酸鹽（organo-silicate，2.7＜κ＜3.0）
之類的低介電材料亦已經被應用於90 奈米元件的量產 [1-3]。
但隨著摩爾定律之預言，為了降低 RC delay，介電常數小於 2.5 的材料仍持續地被研究發展。而尋求下一代低介電材料（κ＜2.5）之研 發，其關鍵是將孔洞加入矽基的介電質中。大多數含孔洞的氧化矽膜 都是藉由移除模板劑（templating agent）產生，然而截至目前為止在多 孔性介電材料之整合上已發現幾個重要問題，如孔洞尺寸太大造成介 電層與擴散阻障層（barrier/ILD）之間可靠度（reliability）的問題，另
在蝕刻後介電層的粗糙度影響 RC 值，還有介電層與化學藥品的相容 性，以及鬆散結構對機械性質的衝擊 [4]。為了避免上述問題，我們需 要在多孔性介電材料上有新的設計及整合方法。因此 Shipley 公司於 2003 年 3 月提出了 Solid-FirstTM新概念：在兩相式低介電薄膜中，將 起孔洞劑(porogen)延後至金屬層完成後才燒除。但是，目前產學界對 此新穎材料的研究和整合方式、材料特性、殘留應力、界面反應及附 著性與製程方面的問題，所知仍極有限。
根據之前文獻報告，PS-b-P2VP 或是 PEO-b-PPO-b-PEO 之類的兩 性團聯高分子（amphiphilic block copolymers, ABCs），因其分子結構與 分子量的緣故，可以用來控制孔洞形成之形狀及尺寸。且兩性團聯高 分子與甲基矽氧烷（methylsilsesquioxane, MSQ）分子間的氫鍵會促進 MSQ 與 ABCs 在常溫下溶解度，而當 MSQ 受熱發生交聯時，原本的 兩性性質，也會在加熱固化的過程中因Si-OH 基團脫水轉變為 Si-O-Si 之網狀疏水結構。所以MSQ 和兩性團聯高分子之間親疏水性的差異，
會使得兩者在固化時產生微觀的相分離，兩性共聚高分子將會均勻地 散佈於MSQ 中，而不會發生聚集（aggregation）的現象 [5-6]。
基於上述優點，本論文選擇採用商用旋塗性的甲基矽酸鹽（MSQ）
作為基底；PS-b-P4VP 和 PS-b-PE-b-PS 兩種熱裂解溫度（Td）介於 300~400°C 的兩性團聯高分子作為中高溫以及高溫起孔洞劑。待瞭解
兩 高 溫 起 孔 洞 劑 之 材 料 基 本 特 性 與 熱 性 質 後 ， 再 有 計 劃 地 對(a)
“solid-only＂低介電材料，(b)兩相低介電材料，及(c)多孔性低介電材 料三種材料系統作一有系統的探討與比較，如圖1.1 所示。本論文首先 規劃研究以此兩種「兩性團聯高分子」作為高溫起孔洞劑時，對不同 材料系統熱之穩定性與化學結構的影響，接著瞭解以及不同材料系統 與折射率之間的關係之後，再進一步探討不同材料系統間機械性質的 差異，以詮釋高溫起孔洞劑對兩相式低介電材料及Solid-FirstTM製程整 合上的影響。最後，我們將利用自行組裝之石英晶體微天平（Quartz Crystal Microbalance，QCM）瞭解上述三種材料系統的水氣吸附脫附 現象。
圖 1.1 本實驗所探討之三種低介電材料系統。