低介电常数材料研究
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低介电常数材料研究
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.
低介电常数材料研究
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。
低介电常数材料研究
低介电常数材料研究
2.5nm
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
低介电常数材料研究
低介电常数材料研究
3.5 ,
的随
之 间 因 此 需 做 进 一 步 的 脱
原 因 是 甲 基 占 据 了 孔 洞 空 间
处 理 时 间 的 增 加 样 品 的 介 电
低介电常数材料研究
低介电常数材料研究
Surface modified silica mesoporous films as a low dielectric constant intermetal dielectric
❖ JOURNAL OF APPLIED PHYSICS 15 SEPTEMBER 2002
, -OH .
处 理
此 时 样 品 的 介 电 常 数 为
常 数 和 耗 散 因 子 都 增 加
. 3.0-
可
能
(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.
低介电常数材料研究
低介电常数材料研究
一. 研究背景 二. 低介电常数材料的特点及分类 三. 文献分析 四. 小结
低介电常数材料研究
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。
低介电常数材料研究
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
低介电常数材料研究
40nm,1
孔 尺 寸 小 于 微 米 范 围 的 平 均 粗 糙 度 约
低介电常数材料研究
电学性质 低k值（k<3）
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
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
良好的刻蚀速率和刻蚀选择 性
高化学稳定性
低介电常数材料研究
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。
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 低ຫໍສະໝຸດ Baidu失重
<1 %
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
残余应力 <(+)100 MPa 厚度均匀
高纯度
无环境污染
低成本、商用
理想低介电常数材料的一般标准
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。
低介电常数材料研究
低介电常数材料研究
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
低介电常数材料研究
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
低介电常数材料研究
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。
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.
低介电常数材料研究
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。
低介电常数材料研究
低介电常数材料研究
2.5nm
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
低介电常数材料研究
低介电常数材料研究
3.5 ,
的随
之 间 因 此 需 做 进 一 步 的 脱
原 因 是 甲 基 占 据 了 孔 洞 空 间
处 理 时 间 的 增 加 样 品 的 介 电
低介电常数材料研究
低介电常数材料研究
Surface modified silica mesoporous films as a low dielectric constant intermetal dielectric
❖ JOURNAL OF APPLIED PHYSICS 15 SEPTEMBER 2002
, -OH .
处 理
此 时 样 品 的 介 电 常 数 为
常 数 和 耗 散 因 子 都 增 加
. 3.0-
可
能
(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.
低介电常数材料研究
低介电常数材料研究
一. 研究背景 二. 低介电常数材料的特点及分类 三. 文献分析 四. 小结
低介电常数材料研究
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。
低介电常数材料研究
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
低介电常数材料研究
40nm,1
孔 尺 寸 小 于 微 米 范 围 的 平 均 粗 糙 度 约
低介电常数材料研究
电学性质 低k值（k<3）
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
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
良好的刻蚀速率和刻蚀选择 性
高化学稳定性
低介电常数材料研究
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。
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 低ຫໍສະໝຸດ Baidu失重
<1 %
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
残余应力 <(+)100 MPa 厚度均匀
高纯度
无环境污染
低成本、商用
理想低介电常数材料的一般标准
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。
低介电常数材料研究
低介电常数材料研究
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
低介电常数材料研究
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
低介电常数材料研究
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。