低誘電率、低誘電正接を有する次世代感光性有機層間絶縁膜の開発

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シリコン超大規模集積回路(ULSI : Ultra-Large Scale Integrated Circuits)は21世紀の高度情報化社会、ユビキタス情報社会の実現のために情報通信分野で最も重要なコア部であり、今後さらに高集積化と高速化が要求されている。この高集積化と高速化の両立には配線間を取り巻く層間絶縁膜の低誘電率(lowk)化と低誘電正接化が必須である。そこで本研究では、材料の分極率を下げ、双極子分極が起こりにくい構造を有するポリマーを設計した。繰り返しのハンダ工程に耐えうる耐熱性も重要であるが、耐熱性向上のための芳香環の導入は低誘電率化に不利に働く。しかし、ナフチル基のカップリングで生じるビナフチルはナフタレン環がほぼ直行しているため嵩高く、高分子の骨格内に分子レベルのナノ空孔を形成でき、耐熱性や剛直性も同時に実現できると考えた。そこで酸化カップリング重合により種々のポリ(ナフチレンエーテル)を合成した。得られたポリマーは自己支持性のある強靭なフィルムが作成可能であり、高耐熱性(500℃以上)、低誘電性(ε=2.7-2.75)を示した。また、ビス(トリフルオロメチル)ビフェニルを有するポリマーは剛直な主鎖構造により高周波10GHzで0.0025という低誘電正接を達成した。さらに、同様な骨格を持つポリ(ナフチレンエーテル)をマトリックスとして用いて、架橋剤及び光酸発生剤と組み合わせることによりネガ型の感光性ポリマーの開発を行った。作成した感光性ポリマーは、感度(D_<0.5>)が6.0mJ/cm^2、コントラスト(γ_<0.5>)が5.2であり、化学増幅機構による高感度なレジストシステムであった。さらに、密着露光法により20μmの解像度を有するラインアンドスペースのパターンが作成可能であった。得られた感光性ポリマーフィルムは、高い耐熱性と低誘電性を示し、次世代感光性絶縁材料としての応用が期待される。