日本JSR開發了兩項具創新概念的半導體材料。其一為「奈米片分散液」,只須塗佈即可簡便形成絕緣膜或保護膜,具有縮短製程、降低環境負荷的優點,預期可部分取代化學氣相沉積法(CVD)與原子層沉積法(ALD)等成膜製程。另一項則為「塗布型有機多孔質膜」,藉由多孔狀結構帶來的優異電氣特性,可望應用於低介電層間絕緣膜、基板材料等領域。
奈米片的厚度小於1 nm,寬度則可控制在數百nm至μm等級。透過改變奈米片的種類,將可實現多樣化的性能表現,依用途製作不同的奈米片,形成適合的無機薄膜。此材料可因應水系與有機溶劑兩種溶媒,具備高度應用彈性。
JSR將奈米片分散液設定為CVD與ALD成膜製程的替代方案。由於CVD與ALD須在高溫或真空條件下進行,環境負荷較大且成膜時間較長;相較之下,使用奈米片分散液僅須塗佈即可形成緻密堆疊的絕緣膜或阻隔膜。
奈米片分散液亦有作為銅配線保護膜的潛力。在半導體持續微細化的背景下,再配線層(RDL)中的銅表面積越來越小,銅氧化的風險隨之升高。奈米片分散液可有效防止銅氧化,有助於RDL的進一步微細化。
另一方面,塗佈型的有機多孔質膜則以「清漆(Varnish)」形式供應,僅透過烘烤(Baking)製程即可輕易獲得多孔質結構,不會產生收縮或裂縫,能形成均勻的多孔質膜,並具有超過300℃的耐熱性。
由於多孔性結構內含大量空氣,材料的介電率低至1.4,極具競爭力。此項特性使其非常適合作為低介電層間絕緣膜或基板材料。若製成較厚的膜層,更可直接作為基板材料使用。
此外,多孔質膜亦具備優異的隔熱性能。雖然一般半導體元件強調散熱性,但JSR提出「逆向思維」,在需要避免熱影響的區域使用具隔熱性的多孔質膜,搭配高效率散熱材料使用,即可同時兼顧散熱與局部隔熱的功能,開拓嶄新的應用場景。