低介電常數(shù)材料研究ppt課件

1、低介電常數(shù)資料研討 一. 研討背景二. 低介電常數(shù)資料的特點(diǎn)及分類三. 文獻(xiàn)分析四. 小結(jié)v研討背景v 在集成電路工藝中，有著極好熱穩(wěn)定性、抗?jié)裥缘亩趸鑃iO2不斷是金屬互聯(lián)線路間運(yùn)用的主要絕緣資料。而金屬鋁Al那么是芯片中電路互聯(lián)導(dǎo)線的主要資料。然而，隨著集成電路技術(shù)的提高，具有高速度、高器件密度、低功耗以及低本錢的芯片越來越成為超大規(guī)模集成電路制造的主要產(chǎn)品。此時(shí)，芯片中的導(dǎo)線密度不斷添加，導(dǎo)線寬度和間距不斷減小，互聯(lián)中的電阻R 和電容C 所產(chǎn)生的寄生效應(yīng)越來越明顯。 當(dāng)器件尺寸小于0.25微米后，抑制阻容遲滯RCDelay而引起的信號(hào)傳播延遲、線間干擾以及功率耗散等，就成為集成電路工

2、藝技術(shù)開展不可逃避的課題。金屬銅Cu 的電阻率比金屬鋁的電阻率低約40%。因此用銅線替代傳統(tǒng)的鋁線就成為集成電路工藝開展的必然方向。如今，銅線工藝曾經(jīng)開展成為集成電路工藝的重要領(lǐng)域。與此同時(shí)，低介電常數(shù)資料替代傳統(tǒng)絕緣資料二氧化硅也就成為集成電路工藝開展的又一必然選擇。二. 低介電常數(shù)資料的特點(diǎn)及分類 低介電常數(shù)資料大致可以分為無機(jī)和有機(jī)聚合物兩類。目前的研討以為，降低資料的介電常數(shù)主要有兩種方法：其一是降低資料本身的極性，包括降低資料中電子極化率,離子極化率以及分子極化率.其二是：添加資料中的空隙密度，從而降低資料的分子密度。 針對(duì)降低資料本身極性的方法，目前在0.18微米技術(shù)工藝中廣泛采用

3、在二氧化硅中摻雜氟元素構(gòu)成FSG氟摻雜的氧化硅來降低資料的介電常數(shù)。氟是具有強(qiáng)負(fù)電性的元素，當(dāng)其摻雜到二氧化硅中后，可以降低資料中的電子與離子極化，從而使資料的介電常數(shù)從4.2降低到3.6左右。為進(jìn)一步降低資料的介電常數(shù)，人們在二氧化硅中引入了碳C元素：即利用構(gòu)成Si-C及C-C鍵所聯(lián)成的低極性網(wǎng)絡(luò)來降低資料的介電常數(shù)。例如無定形碳薄膜的研討，其資料的介電常數(shù)可以降低到3.0以下。 針對(duì)降低資料密度的方法，其一是采用化學(xué)氣相堆積CVD的方法在生長二氧化硅的過程中 引入甲基-CH3，從而構(gòu)成松散的SiOC:H 薄 膜，也稱CDO碳摻雜的氧化硅，其介電常數(shù) 在3.0左右。其二是采用旋壓方法spin

4、-on將 有機(jī)聚合物集成電路工藝。這種方法兼顧了構(gòu)成低極性網(wǎng)絡(luò)和作為絕緣資料用于高空隙密度兩大特點(diǎn)，因此其介電常數(shù)可以降到2.6以下。但致命缺陷是機(jī)械強(qiáng)度差，熱穩(wěn)定性也有待提高。電學(xué)性質(zhì)電學(xué)性質(zhì)化學(xué)性質(zhì)化學(xué)性質(zhì)熱學(xué)性質(zhì)熱學(xué)性質(zhì)機(jī)械特性機(jī)械特性低k值k400與金屬或其他介電資料有很好的黏附性低損耗高憎水性在100 %的濕度下，吸濕1 %熱分散系數(shù)1 GPa 低漏電流不侵蝕金屬低熱脹率高硬度低電荷圈套水中溶解度低高熱導(dǎo)率與CMP兼容高可靠性低氣體浸透性高熔點(diǎn)抗碎裂性介電擊穿強(qiáng)度2-3 MV/cm良好的刻蝕速率和刻蝕選擇性低熱失重1 %剩余應(yīng)力空氣氮?dú)鈽悠方?jīng)改性和不同氣氛中退火后,在1MV/CM處,

5、漏電流從1.25*10-3A/CM2降到6-8*10-6A/CM2在前5天介電常數(shù)升高,然后添加緩慢,闡明雖然薄膜含56%的孔隙率,但孔內(nèi)的濕氣濃度沒顯著的添加,這闡明薄膜具有大量封鎖的孔構(gòu)造 Investigation of deposition temperature effect on properties of PECVD SiOCH low_k films Thin Solid Films 462463 (2004) 156 160圖1中434,840和1034cm-1分別對(duì)應(yīng)于Si-O橫向,剪切和伸縮振動(dòng)方式這些峰闡明薄膜的主要構(gòu)造為SiO4四面體結(jié)構(gòu).圖2對(duì)應(yīng)于圖1中1034cm

6、-1處的峰,1061和1128分別是Si-O-Si伸縮振動(dòng)和籠式結(jié)構(gòu),1027cm-1處為C-Si-O中Si-O鍵的伸縮振動(dòng),籠式構(gòu)造使薄膜構(gòu)成微孔構(gòu)造.在較高的堆積溫度下,較弱的Si-CH3和C-H鍵被破壞,因此SiOCH薄膜變得和SiO2薄膜類似.硬度和楊氏模量的增大主要是由于硅原子的氧化程度添加 The mechanical properties of ultra-low-dielectric-constant films Thin Solid Films 462463 (2004) 227 230 Film A (carbon-based), Film B (silica-based) porous films為防止基底和外表的影響取壓痕深度為膜厚的1/10到1/5處的數(shù)據(jù),A的平均硬度和楊氏模量分別為0.16和4.17GPa,B的平均硬度和楊氏模量分別為0.52和3.78GPa.the spontaneous bond Contraction of a film Surface may result in ultrahigh hardness at the film surface刻痕