《互连低k介质多孔SiOlt2gt：F薄膜机械性能改善研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《互连低k介质多孔SiOlt2gt：F薄膜机械性能改善研究（81页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、兰州大学硕士研究生学位论文摘要摘要超大规模集成电路的集成度越来越高，C 低k 材料系统的引入可以有效解决互连R C 延迟问题。多孔S i 0 2 薄膜具有许多优良性能，成为下一代集成电路互连介质的优良候选材料。但因孔隙的引入，材料的机械性能显著下降，成为多孔S i 0 2 薄膜在互连介质应用中的关键问题。本论文用溶胶凝胶法制备了多孔S i 0 2 ：F 薄膜，分别用紫外线辅助热处理、氢等离子体辐照和碳纳米管( C N T s )掺杂三种实验方法对样品进行了改性处理，系统地研究了材料的结构、电学和机械特性，以期探索增加多孔S i 0 2 ：F 薄膜的机械性能的方法。( 1 ) 利用紫外线辅助热处
2、理方法对多孔S i 0 2 ：F 薄膜进行后期处理。F T I R结果表明薄膜的S i O S i 结构发生了变化，新的网状的S i O S i 结构形成，网状的S i O S i 结构明显增强。薄膜的介电常数和漏电流密度有所降低，其k 值为1 5 ，漏电流密度为5 x 1 0 8 A c m 2 。薄膜的硬度和弹性模量分别达到了5 8 7 G P a 和7 2 1 1 G P a ，比未经紫外线辅助热处理的薄膜材料的硬度和弹性模量分别提高了近1 倍和2 倍。这是由于紫外线辅助热处理使薄膜中网状结构的S i O S i 增强所致。( 2 ) 利用氢等离子体辐照方法对多孔S i 0 2 ：F 薄
3、膜进行后期处理。F T I R 结果表明退火后再经氢等离子体处理薄膜内缔合羟基减少。介电常数和漏电流密度都有所降低，是由于缔合羟基的减少所致。经氢等离子体气氛处理，薄膜的硬度和弹性模量都有所降低，对于未退火的薄膜样品，经氢等离子体气氛处理后薄膜的硬度和弹性模量分别为2 9 7G P a 和2 7 5 3G P a ：而对于退火后的薄膜样品，经氢等离子体气氛处理后薄膜硬度和弹性模量分别为5 1 6G P a 和4 2 7 3G P a 。造成薄膜机械强度下降的原因可能是氢等离子体对薄膜的刻蚀作用所致。虽然处理后薄膜的机械强度降低了，但薄膜的电学性能得到了改善，其机械强度依然能满足集成电路对互连介
4、质性能的要求。( 3 ) 利用掺杂的方法制备含C N T s 的多孔S i 0 2 ：F 薄膜，并且首次尝试了用四氢呋喃( n ) 和N N 二甲基乙酰胺( D M A C ) 为溶剂制备多孔S i 0 2 ：F 薄膜。含C N T s 的S i 0 2 ：F 薄膜的电学特性和漏电流密度稍微有所退化，但不影响作为互连介质的使用。纳米压痕测得结果表明，薄膜的硬度和弹性模量得到了提高，达到了6 4 6G P a 和4 5 2 6G P a 。薄膜的硬度和弹性模量分别是未掺杂薄膜材料的1 6倍和1 4 倍。这是因具有高机械强度的C N T s 的掺入提高了薄膜材料的机械强度，兰州大学硕士研究生学位论
5、文摘要也可能是由于C N T s 的掺入优化了薄膜孔的微结构所致。紫外线辅助热处理和C N T s 掺杂两种方法都能有效增加多孔S i 0 2 ：F 薄膜的硬度和弹性模量。而氢等离子体处理的薄膜机械强度虽然有所降低，但漏电流密度得到了改善，其机械性能依然能满足作为下一代集成电路互连介质的性能要求。n兰州大学硕士研究生学位论文摘要A b s t r a c tS i n c et h ef i r s ti n t e g r a t e dc i r c u i tw a si n v e n t e di n1 9 5 8 ，I Ch a sb e e nd e v e l o p i n
6、gq u i c l d y I no r d e rt or e d u c eR Cd e l a yc a u s e db yf e a t u r es i z ei ss c a l i n gd o w nt oav e r ys m a l lv a l u e ，n e wi n t e r t a t i o nC u l o wkm a t e r i a l sh a sb e e na c c e p t T h ep o o rm e c h a n i c a lp r o p e r t i e so ft h ep o r o u sm a t e r i a
7、 l sp r o b l e ma r ef o rU L S I B a s e do nt h ed e t a i l e da n a l y s i so ft h ep r o p e r t i e s ，d e p o s i t i o nm e t h o d sa n di m p r o v e m e n to fm e c h a n i c a lp r o p e r t i e sf o rt h ec a n d i d a t e s ，w ef o c u s0 1 1 1 “ r e s e a r c ho nt h em e c h a n i
8、c a lp r o p e r t i e si m p r o v e m e n to ft h es o l - g e ld e r i v e dp o r o u sS i 0 2 ：Ft h i nf i l mb yU V - C u r i n gT i m e ，H 2p l a s m at r e a t m e na n dd o p eC N T s ，w h i c hh a sl o wd i e l e c t r i cc o n s t a n t ，a n dc o m p a t i b i l i t yw i t he x i s t e n t
9、U L S It e c h n o l o g y T ot h eb e s to f0 1 1 1 “ k n o w l e d g e ，w es y s t e m a t i c a l l ya n dc o m p a r a t i v e l ys t u d i e dt h ep r o p e r t i e so ft h ef i l m ，s u c ha sm i c r o s t r u c t u r e ，c h e m i c a lb o n ds t a t e ，m e c h a n i c a lp r o p e r t i e sa
10、n de l e c t r i c i t y 1 T h ep o r o u sS i 0 2 ：Ft h i nf i l m sw e r ec u r e db yU V - C u d n g n er e s u l t so fF T I Ri n d i c a t et h a tt h es t r u c t u r ec h a n g eo fS i O S ic h e m i c a lb o n d ，t h en e t w o r kS i - O - S ie n h a n c e d A sr e s u l t , t h em e c h a
11、n i c a lp r o p e r t i e sW a sb e t t e r T h ed i e l e c t r i cc o n s t a n ta n dl e a k a g ec u r r e n td e n s i t ya r e1 5a n d5x10 “ s A c m 2s e p a r a t e l y ，n l eh a r d n e s sa n de l a s t i cm o d u l ea r e5 8 7 G P aa n d7 2 11G P as e p a r a t e l y 2 T h ep o r o u sS i
12、 0 2 ：Ft h i nf i l m sw e r et r e a t e db yI - 1 2p l a s m a L i t t l ec h a n g e so fs t r u c t u r eo ft h i nf i l mh a p p e n e d 1 1 1 ed i e l e c t r i cc o n s t a n ta n dl e a k a g ec u r r e n td e n s i t ya r er e d u c e d 1 1 1 eh a r d n e s sa n de l a s t i cm o d u l ea r
13、 er e d u c e d 3 T h ep o r o u sS i 0 2 ：Ft h i nf i l m sw e r ed o p e db yC N T s F i r s tt i m e ，t h ep o r o u sS i 0 2 ：Ft h i nf i l mW a sd e p o s i t e dw i t hT H Fa n dD M A C T h ee l e c t r i cp r o p e r t i e so ft h ep o r o u sS i 0 2 ：Ft h i nf i l md o p e dC N T sW a sd e g
14、 r a d a t i v eal i t t l e T h er e s u l t so fN a n o i n d e n t a t i o ni n d i c a t et h eh a r d n e s sa n de l a s t i cm o d u l ea r ee n h a n c e d t o6 4 6G P aa n d4 5 2 6G P as e p a r a t e l y I naw o r d ，U V - C u d n ga n dC N T sd o p e dC a ni m p r o v et h eh a r d n e s
15、sa n de l a s t i cm o d u l eo fp o r o u sS i 0 2 ：Ft h i nf i l me f f i c i e n c y A l t h o u g hH 2p l a s m at r e a t m e n tr e d u c e dm e c h a n i c a lp r o p e r t i e sal i t t l e ，t h el e a k a g ec u r r e n td e n s i t yW a ss m a l l e r I tC a nb eu s e df o rI n t e r c o n
16、 n e c tD i e l e c t r i ci nU L S Ii nf u t u r e 1 I I原创性声明本人郑重声明：本人所呈交的学位论文，是在导师的指导下独立进行研究所取得的成果。学位论文中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。除文中已经注明引用的内容外，不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究成果做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：三蝉日期：三丝幽关于学位论文使用授权的声明本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属兰州大学。本人完全了解兰州大学有关保存、使用学位论文的规定，同意学校保存或向国家有关部门或机构送交论文的纸质版和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权兰州大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用任何复制手段保存和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或
