基于SiOC低k介質(zhì)及其摻雜薄膜的研究.pdf

1、隨著超大規(guī)模集成電路的發(fā)展,互連RC延遲越來越大,嚴(yán)重制約了芯片的運(yùn)行速度。為了降低RC延遲,0.13μm的工藝技術(shù)開始采用低介電常數(shù)(k)介質(zhì)與金屬銅相結(jié)合的先進(jìn)銅互連工藝。這就要求互連介質(zhì)不僅需要有足夠低的k值,還需要有較大的機(jī)械強(qiáng)度、良好的電學(xué)特性和足夠的熱穩(wěn)定性等。因此,本論文采用目前兩大主流技術(shù)——旋涂和等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積(PECVD),制備了低k介質(zhì)薄膜,并對(duì)其相關(guān)特性進(jìn)行了研究。主要內(nèi)容如下:
　　 基于正硅

2、酸乙脂(TEOS)水解和聚合的原理,采用旋涂的方法,制備了低kSiCOH薄膜。研究發(fā)現(xiàn),其k值隨著薄膜中的有機(jī)基團(tuán)(CHx)含量的減少而降低。同時(shí),退火之后的薄膜中的羥基(-OH)含量明顯減少。本實(shí)驗(yàn)在500℃退火下,制備的低k介質(zhì)的k值為2.53,漏電為1×10-6A/cm2(在外加偏壓為1MV/cm下)。為了改進(jìn)旋涂低k薄膜的性質(zhì),論文研究了NH3等離子體表面處理對(duì)低k薄膜化學(xué)性質(zhì)的影響。在不同的NH3等離子體處理時(shí)間中,5min處

3、理下的籠狀硅氧結(jié)構(gòu)的含量最高,且吸水性的SiOH含量在不同處理時(shí)間下基本不變。在不同溫度的處理中,薄膜的SiOH含量在180℃等離子體處理下比在室溫等離子體處理下少。因此,為了保持薄膜的性質(zhì),NH3等離子體處理應(yīng)在較高溫度下進(jìn)行。
　　 以SiH4,N2O,C2F6為反應(yīng)前驅(qū)體,用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積方法制備低k薄膜SiCONF。研究表明,當(dāng)C2F6/SiH4氣體流量比為2:1時(shí),低k薄膜中不含F(xiàn)。此時(shí)由于C2F6流量較小,

4、F易與等離子體中的H,Si結(jié)合,形成揮發(fā)性氣體被排出去。隨著C2F6氣體流量的增大,低k薄膜中的C,F含量增大,同時(shí)N的含量減小。低k薄膜的介電常數(shù)隨著Si-C鍵含量的增加而呈現(xiàn)減小的趨勢(shì)。當(dāng)Si-C鍵含量為8.4％時(shí),薄膜的k值為2.64。這說明Si-C鍵的形成有利于減小薄膜的k值。Si-C化學(xué)鍵的存在降低了薄膜的密度和極化強(qiáng)度,從而減小了薄膜的介電常數(shù)。SiCONF的漏電性能良好,在1MV/cm的電場(chǎng)強(qiáng)度下,薄膜的漏電小于2×10-