第三章 實驗方法與步驟
3.2 實驗步驟與材料製備
本研究利用Solid-FirstTM方法製備吾人所需之低介電薄膜：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，
以期解決 as-deposited 薄膜中因孔洞所引起的整合問題。圖 3.1 為本研 究之實驗流程圖，為了解此類膜材之基本特性，我們規劃比較及探討 下列三種不同類型的低介電材料模型：（a）僅包含 MSQ 的“solid only＂
低介電材料，（b）含有不同比例起孔洞劑的兩相式（2-phase）低介電 材料，以及（c）傳統將起孔洞劑移除後之多孔性（porous）低介電材 料。依實驗設計選取上述材料之溶液，將欲成膜之溶液事先靜置於室 溫中回溫，再利用旋轉塗佈機以2000 rpm 之轉速直接將溶液旋塗於 1 平方英吋之矽晶圓破片上 60 秒鐘。之後再將試片置於熱風循環烘箱 中，以 1℃/min 的升溫速率於 30℃、50℃、80℃、100℃各 30 分鐘，
150℃八小時的過程進行軟烤（Baking）。最後將試片置於水平石英爐 管中，在已通入一小時氮氣的氣氛下，以 2℃/min 的升溫速率，升溫至 指定溫度進行固化（Curing）來完成樣品製備。軟烤之主要目的是將 as-deposited 薄膜中之有機溶劑（THF，Tb~66℃；n-Butanol，Tb~118℃）
緩慢趕出，以期達到較佳的薄膜品質；而固化之目的則是為使（a）、
（b）、（c）溶液轉變為低溶劑含量之固態薄膜。各低介電材料之製備 方式與實驗步驟將詳述如下，表3.1 為各試片之編號，其命名方式為：
M 為 MSQ；D 為 di-block copolymer porogen；T 為 tri-block copolymer porogen；0 ~ 6 分別為 0 ~ 60 wt %之 porogen loading；a、b 則分為 320
℃與400℃之固化溫度。
表 3.1 試片編號與製備條件之關係。
Number Porogen type Porogen ratio (wt %) Curing temp.
M-0a none 0 320
藥 品
前驅物合成
旋塗製膜
軟烤及固化 熱重分析
量測 (TGA)
烘 乾
孔洞比表面積 量測 (BET)
上下電極 製作
介電性質 量測 (C-V)
材料性質
量測 蝕 刻
SEM QCM
n&k
FTIR
NI
3.2.1 Solid-only 低介電材料之製備
取一20 ml 之樣品瓶，加入 1.5g 的 MSQ 與 13.5g 的 THF，以超音 波震盪器使MSQ 完全溶解於 THF 中，使其成為 5% solid contents 之溶 液，並置於冷藏庫備用。使用前先將MSQ 溶液於室溫中回溫，再以加 裝0.45 µm PTFE 過濾器的針筒抽取溶液，並過濾於（100）之矽晶圓 破片上。隨後以2000 rpm 及 60 秒的轉速與時間旋塗成膜，經軟烤與固 化後使之成為吾人所需之Solid only 低介電材料薄膜備用。
3.2.2 兩相式（2-phase）低介電材料之製備
取一20 ml 之樣品瓶，將 MSQ 與不同重量百分比之 porogen（10 ~ 50 wt%）以及有機溶劑置於其中，以超音波震盪器震盪至藥品完全溶 解於溶劑中，使其成為5% solid contents 溶液，並置於冷藏庫備用。使 用前先將溶液於室溫中回溫，再以加裝 0.45 µm PTFE 過濾器的針筒抽 取溶液，並過濾於（100）之矽晶圓破片上。隨後以 2000 rpm 及 60 秒 的轉速與時間旋塗成膜，經軟烤過程後，將試片置於水平石英爐管中 以「低於起孔洞劑熱裂解溫度」固化，使其成為吾人所需之兩相式低 介電材料薄膜備用。
3.2.3 多孔性（Porous）低介電材料之製備
取一20 ml 之樣品瓶，將 MSQ 與不同重量百分比之 porogen（10 ~ 50 wt%）以及有機溶劑置於其中，以超音波震盪器震盪至藥品完全溶 解於溶劑中，使其成為5% solid contents 溶液，並置於冷藏庫備用。使 用前先將溶液於室溫中回溫，再以加裝 0.45 µm PTFE 過濾器的針筒抽 取溶液，並過濾於（100）之矽晶圓破片上。隨後以 2000 rpm 及 60 秒 的轉速與時間旋塗成膜，經軟烤過程後，將試片置於水平石英爐管中 以「高於起孔洞劑熱裂解溫度」固化，使其成為吾人所需之兩相式低 介電材料薄膜備用。