納米多孔SiO-,2-薄膜的微結(jié)構(gòu)、電性能和機(jī)械性能研究.pdf

1、隨著集成電路向高速、高集成度發(fā)展，為了降低信號(hào)傳輸延遲和串?dāng)_以及由于介電損失而導(dǎo)致的功耗增加，采用低介電常數(shù)材料做層間介質(zhì)成為必然的選擇。因此，低介電常數(shù)材料也就成為當(dāng)今微電子領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。 本論文采用溶膠-凝膠法結(jié)合旋涂技術(shù)，通過正硅酸已脂(TEOS)的水解縮聚反應(yīng)，分別用HCl和HF做催化劑，制備了摻氟和不摻氟的納米多孔SiO<,2>薄膜，系統(tǒng)研究了薄膜的微結(jié)構(gòu)，電學(xué)性質(zhì)和機(jī)械性能。 研究表明，納米多孔SiO<,2

2、>薄膜具有明顯的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，孔徑尺寸在70-80nm之間，通過改性及退火處理能有效改善薄膜的微觀結(jié)構(gòu)，獲得介電常數(shù)約為2．0的超低介電常數(shù)薄膜，其漏電流密度低至1.5×10<'-7>A/cm<'2>，擊穿場強(qiáng)高達(dá)1.9MV/cm。對(duì)摻氟納米多孔SiO<,2>薄膜的研究表明，引入具有極強(qiáng)的電負(fù)性的氟元素后，在薄膜中形成Si-F鍵，從而進(jìn)一步優(yōu)化了SiO<,2>薄膜的微觀結(jié)構(gòu)，這也可從薄膜的SEM、AFM照片中直觀看出，薄膜表面顆粒更小，

3、更均勻，且孔徑尺寸減小到10-20nm之間，其電學(xué)性能也得到了較大的改善，介電常數(shù)降低到1.5左右，漏電流為6.12×10<'-9>A/cm<'2>。 我們用納米壓痕儀測試了樣品的硬度和彈性模量，結(jié)果表明，納米多孔SiO<,2>薄膜的載荷-位移曲線為鋸齒狀，初步分析這可能與樣品的多孔結(jié)構(gòu)有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，硬度測試時(shí)壓入的深度如果遠(yuǎn)大于薄膜厚度的10％，測試的結(jié)果有較大的誤差。我們制備的摻氟的多孔SiO<,2>薄膜，其硬度為3.45