隨著極大規模集成電路的發展，芯片中的互連線密度不斷增加，互連線的寬度和間距不斷減小，因此由互連電阻(R)和電容(C)所產生的寄生效應越來越明顯，進而使信號發生嚴重延遲。為解決這一問題，最有效的方法是使用低介電常數互聯材料。目前業界普遍使用造孔技術，將空氣引入到固體薄膜的微孔中。由于空氣的介電常數為1，如此可以大幅度降低絕緣層的介電常數。但是，微孔固體薄膜中空的尺寸難以控制，而且孔的存在往往導致薄膜力學性能不佳、吸水性增加，進而影響薄膜性能。由于聚合物薄膜具有易于加工、分子結構易于設計，國外多家跨國公司相繼開發出聚合物基低介電常數材料。但是，隨著集成電路達到45 nm以下節點，需要介電常數k值小于2.5的超低介電材料，這些聚合物材料往往由于k值較高，難以滿足要求。
基于含氟聚合物的諸多優異特性，尤其是C-F鍵極化率較低，有望在超低k材料中得到應用。已知的含氟材料中，聚四氟乙烯具有低至2.0的介電常數，但是其加工性能差、耐熱和力學性能亦不佳。為了獲得新型的low k材料，中科院上海有機化學研究所房強課題組開發出一種新型含氟聚合物PFN, 其在30MHz下，介電常數僅為2.33，是目前聚合物材料中，為數不多的低介電品種。該成果近期在線發表在Advanced Materials。
這種材料的吸水率極低(0.12%)，可以避免集成電路制作過程中的微量潮氣影響。這種聚合物薄膜也具有優異的力學性能，其楊氏模量達到17.13 GPa，與硅片上的結合力達到3.46 Gpa。聚合物還具有較高的熱穩定性，5%熱重損失溫度大于450度。完全可以滿足集成電路行業對低k材料的要求。
本項目獲得科技部“02科技重大專項”的資助。
圖1 PFN的介電常數和介電損耗
圖2 PFN薄膜(a)和薄膜接觸角(b)