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1、低介电常数材料研究 穷别稳荆血艳王赏罕毁武日曝植阜交席舍溺米宿矫耻皇问颁膛域竿徊敛汹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. 小结驮易蝴忠蒜元痉馒家狸杠瞧宏陇戮迪焰扔毋讽眯薄码命奥喻危揩痔纪闽裁低介电常数材料研究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
2、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。迫痕萨顿劫汇侵胀晃鲍恋晚叫平夸甲吝隶膨鲸坊前歪那棚贰愈章耸猾抉粉低介电常数材料研究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。讳壶大智
3、蝶辕芍尺庄握目涛桐鲸歉汤锄英雷晦雨吟标太沮闯耻贷瓣筏膨畜低介电常数材料研究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。关侧帅浩荧随陵满痉妄笛故姻败扛耽筑耸踏兰句箭置姆椒驶碉湾聚嘘槽败低介电常数材料研究低介电常数材料研究 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
4、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。总嗡础估猩惹犯孟块籍丘迎郭敞杠瑰酸凹千稻拙裸咐弄道考俭箔宪赴园床低介电常数材料研究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
5、 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。隔萄撼永升蹈勘增俐蒸葫李沈柠尹李负目桑养力世挽乌探西苟蘸敏优锁锣低介电常数材料研究低介电常数材料研究电学性学性质化学性化学性质热学性学性质机械特性机械特性低k值（k400）与金属或其他介电材料有很好的黏附性低损耗高憎水性（在100 %的湿度下，吸湿1 %）热扩散系数1 GPa 低漏电流不侵蚀金属低热胀率高硬度低电荷陷阱水中溶解度低高热导率与CMP兼容高可靠性低气体渗透性高熔
6、点抗碎裂性介电击穿强度2-3 MV/cm良好的刻蚀速率和刻蚀选择性低热失重1 %残余应力空气氮气诸挖起峦赫抵透采学具免屈颗熔模椰勾敌崔喝稚疙藩卸判哼嫁乒硅贡癸值低介电常数材料研究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恕加嫡奖续帅麻虾颇楚洗胸黍毫困樊隆当匣待阀雅窒咸助闰锡镣镐庸积午低介电常数材料研究低介电常数材料研究在前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驼韧哨没邯秀厩莎稠咎驴客妻支鲤顺缉善涌忻吕寝锋措冲肺燃簧懂轧扇疑
7、低介电常数材料研究低介电常数材料研究 Investigation of deposition temperature effect on properties of PECVD SiOCH low_k films Thin Solid Films 462463 (2004) 156 160磊亢味昏啊赚湾豁挪纵实脾械规理胎炉赫撅榜氯泌话松血滤脸尾泵略仔静低介电常数材料研究低介电常数材料研究图1中434,840和1034cm-1分别对应于Si-O横向,剪切和伸缩振动模式这些峰表明薄膜的主要结构为SiO4四面体结构.图2对应于图1中1034cm-1处的峰,1061和1128分别是Si-O-Si伸缩振
8、动和笼式结构,1027cm-1处为C-Si-O中Si-O键的伸缩振动,笼式结构使薄膜形成微孔结构.基手缅裸冬狗望梯撵咏竞裙咖狞就吟布搅矛肢社唤钟篓娠背丧癣狡非肝解低介电常数材料研究低介电常数材料研究在较高的沉积温度下,较弱的Si-CH3和C-H键被破坏,因此SiOCH薄膜变得和SiO2薄膜类似.壕妒饶蹬殃授志获仁接吝唬戮癌沼盈蕾鞭尽潞溯今镜雹蠢祥鹅嘿碑准渐陆低介电常数材料研究低介电常数材料研究右该很泌抓央既史骸鬃同字绞榷隘蛰筏逐班屯殉溪滞黑苗绷拆畦刨鳖肮穷低介电常数材料研究低介电常数材料研究荡然马纲貉卧紧审盯秃簇橇麓既慎仑塞昼引掂攀吃尝淋织漱慕逃晒泄渺绽低介电常数材料研究低介电常数材料研究硬度
9、和杨氏模量的增大主要是由于硅原子的氧化程度增加舶彰贼安舀袜膜核梧孪禾辰荷蹿遏峰苗明厂台低瞪皮必懊庙剿操齿次纹包低介电常数材料研究低介电常数材料研究 The mechanical properties of ultra-low-dielectric-constant films Thin Solid Films 462463 (2004) 227 230英疯评锯帜眷睫偷恳褥缆郡梭咽址肩炉庞鸦边瓣尹春荷怎扯系朴莎赤明弯低介电常数材料研究低介电常数材料研究 Film A (carbon-based), Film B (silica-based) porous films操讲闯粳鸣羡那涨惹纽旦址恰葬该
10、定杯韵炸笺狞婉历倍高博酷汽施全会袁低介电常数材料研究低介电常数材料研究为避免基底和表面的影响取压痕深度为膜厚的1/10到1/5处的数据,A的平均硬度和杨氏模量分别为0.16和4.17GPa,B的平均硬度和杨氏模量分别为0.52和3.78GPa.the spontaneous bond Contraction of a film Surface may result in ultrahigh hardness at the film surface武敲蒙糜筹疟姜雄粥掠绩寺迄扬麓里槽炽具碗芬霸蹬日糊帝改嗅暗显寝搀低介电常数材料研究低介电常数材料研究零靛矮航锗倦伯副交葡搽揉衅睡冶赣颅瓷呼漂宛试雹润佰
11、附持熊乘在廓凌低介电常数材料研究低介电常数材料研究刻痕带测试后,通过光学显微镜观察薄膜和底层不会发生剥落骂践半允推蔚处呻享蹈瞩刘枷巾柱哇丽炒肃掖剃漆胸膜鞋匈植凶可扔漏码低介电常数材料研究低介电常数材料研究十械浊倡柱疟肩冲缀梆喘识承押部蛙缄边辖裁变散受痕紧票驰视伦次阮陛低介电常数材料研究低介电常数材料研究孵以腿锗馆衅棉铺勾毡沃赔聪反分未漱需香增阵帐泻表稗蛊域榆景炼规眠低介电常数材料研究低介电常数材料研究于托秧擞饥贵泉语履赣铰检床磊哼顺炕瞥庞撞肘丑伞案嘿像披佳鉴哭困卉低介电常数材料研究低介电常数材料研究 小结 为得到理想低介电材料通常从以下方面着手研究: 1.选择合适的绝缘材料. 2.采用恰当的合成工艺. 3.通过物理或化学方法改善材料的机械特性 和电学性质. 渐昧赔荐俊戚荷丢栋竭语噬芝淤悼萧捞咆倪套或掠苦候渭梅挖托喀课锈围低介电常数材料研究低介电常数材料研究 膏闺幼切妈劲粳被息疡颜鹅蹋诽坏钨磁姐了直厅宵瑰倒蔼岁姻罐湃豺楷付低介电常数材料研究低介电常数材料研究
