低介电常数材料研究

JOURNAL OF APPLIED PHYSICS 15 SEPTEMBER 2002
Sol A, was prepared by adding TEOS in Ethanol with HCl as a catalyst. Sol B, was made by dispersing MTES in ethanol with NH4OH as a catalyst.
1060对应于横向 光学振动模式Si-O -Si非对称伸缩振动 模式,1100对应于 丛向光学振动模式 775对应于Si-O-Si 的对称伸缩振动 1277处的Si-C键和 2975处的CH3说明 没有破坏多孔薄膜 的疏水性
孔 尺 寸 小 于
40nm,1 2.5nm
微 米 范 围 的 平 均 粗 糙 度 约
b图中的放热峰对应于 CH3的高温分解 有机基团的分解率为: 氧气>空气>氮气
样品经改性和不同气氛中 退火后,在1MV/CM处,漏电 流从1.25*10-3A/CM2降到 6-8*10-6A/CM2
在前5天介电常数升高,然后增加缓慢,说明虽然薄膜含56% 的孔隙率,但孔内的湿气浓度没显著的增加,这表明薄膜具有 大量封闭的孔结构
Investigation of deposition temperature effect on properties of PECVD SiOCH low_k films
, -OH
(1) O2 , (2) N2 , (3) air, (4) air+N2 (annealing in nitrogen at 400 °C for 0.5 h after heat treatment in air), and (5) air+forming gas (5% H2+95% N2) (annealing informing gas at 400 °C for 0.5 h after heat treatment In air) 在O2和N2中退火后K~5,O2中 疏水基团的快速分解.N2中由 于大量的-OH导致硅烷醇热转 移失效而保留了硅烷醇和小的 孔体积分数,导致高介电常数.
电学性质 低k值（k<3）
化学性质 耐腐蚀性（暴露在酸、碱或 剥离溶液中时，材料 不变化） 高憎水性（在100 %的湿度 下，吸湿<1 %） 不侵蚀金属 水中溶解度低 低气体渗透性
热学性质 高热稳定性 （Tg>400℃） 热扩散系数 <50 ppm/℃ 低热胀率 高热导率 高熔点
机械特性 与金属或其他介电材料有 很好的黏附性 高弹性模量 >1 GPa 高硬度 与CMP兼容 抗碎裂性
针对降低材料密度的方法，其一是采用化学气相 沉积（CVD）的方法在生长二氧化硅的过程中 引入甲基（-CH3），从而形成松散的SiOC:H 薄 膜，也称CDO（碳掺杂的氧化硅），其介电常数 在3.0左右。其二是采用旋压方法（spin-on）将 有机聚合物集成电路工艺。这种方法兼顾了形成低 极性网络和作为绝缘材料用于高空隙密度两大特点， 因而其介电常数可以降到2.6以下。但致命缺点是机 械强度差，热稳定性也有待提高。
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当器件尺寸小于0.25微米后，克服阻容迟滞 （RCDelay）而引起的信号传播延迟、线间干扰以 及功率耗散等，就成为集成电路工艺技术发展不可 回避的课题。金属铜（Cu ）的电阻率比金属铝的 电阻率低约40%。因而用铜线替代传统的铝线就成 为集成电路工艺发展的必然方向。如今，铜线工艺 已经发展成为集成电路工艺的重要领域。与此同时， 低介电常数材料替代传统绝缘材料二氧化硅也就成 为集成电路工艺发展的又一必然选择。
二. 低介电常数材料的特点及分类 低介电常数材料大致可以分为无机和有机 聚合物两类。目前的研究认为，降低材料的 介电常数主要有两种方法：其一是降低材料 自身的极性，包括降低材料中电子极化率,离 子极化率以及分子极化率.其二是：增加材料 中的空隙密度，从而降低材料的分子密度。
针对降低材料自身极性的方法，目前在0.18微米 技术工艺中广泛采用在二氧化硅中掺杂氟元素形成 FSG（氟掺杂的氧化硅）来降低材料的介电常数。 氟是具有强负电性的元素，当其掺杂到二氧化硅中 后，可以降低材料中的电子与离子极化，从而使材 料的介电常数从4.2降低到3.6左右。为进一步降低 材料的介电常数，人们在二氧化硅中引入了碳（C） 元素：即利用形成Si-C及C-C键所联成的低极性网 络来降低材料的介电常数。例如无定形碳薄膜的研 究，其材料的介电常数可以降低到3.0以下。
低损耗 低漏电流 低电荷陷阱 高可靠性
介电击穿强度 >2-3 MV/cm
良好的刻蚀速率和刻蚀选择 性
高化学稳定性 高纯度 无环境污染 低成本、商用
低热失重 <1 %
残余应力 <(+)100 MPa
厚度均匀
理想低介电常数材料的一般标准
Surface modified silica mesoporous films as a low dielectric constant intermetal dielectric
一. 二. 三. 四.
研究背景 低介电常数材料的特点及分类 文献分析 小结
一.
研究背景 在集成电路工艺中，有着极好热稳定性、抗湿性 的二氧化硅（SiO2）一直是金属互联线路间使 用的主要绝缘材料。而金属铝（Al）则是芯片中 电路互联导线的主要材料。然而，随着集成电路 技术的进步，具有高速度、高器件密度、低功耗 以及低成本的芯片越来越成为超大规模集成电路 制造的主要产品。此时，芯片中的导线密度不断 增加，导线宽度和间距不断减小，互联中的电阻 （R ）和电容（C ）所产生的寄生效应越来越明 显。
经10%的HMDS处理后, 由于HMDS中的-CH3取 代-OH使3300-3600cm-1 处的峰减少
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