互連低k介質(zhì)多孔SiO-,2-：F薄膜機(jī)械性能改善研究.pdf

1、超大規(guī)模集成電路的集成度越來(lái)越高，Cu/低k材料系統(tǒng)的引入可以有效解決互連RC延遲問(wèn)題。多孔SiO2薄膜具有許多優(yōu)良性能，成為下一代集成電路互連介質(zhì)的優(yōu)良候選材料。但因孔隙的引入，材料的機(jī)械性能顯著下降，成為多孔SiO2薄膜在互連介質(zhì)應(yīng)用中的關(guān)鍵問(wèn)題。本論文用溶膠.凝膠法制備了多孔SiO2：F薄膜，分別用紫外線輔助熱處理、氫等離子體輻照和碳納米管(CNTs)摻雜三種實(shí)驗(yàn)方法對(duì)樣品進(jìn)行了改性處理，系統(tǒng)地研究了材料的結(jié)構(gòu)、電學(xué)和機(jī)械特性，以

2、期探索增加多孔SiO2：F薄膜的機(jī)械性能的方法。 (1)利用紫外線輔助熱處理方法對(duì)多孔SiO2：F薄膜進(jìn)行后期處理。FTIR結(jié)果表明薄膜的Si-O-Si結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，新的網(wǎng)狀的Si-O-Si結(jié)構(gòu)形成，網(wǎng)狀的Si-O-Si結(jié)構(gòu)明顯增強(qiáng)。薄膜的介電常數(shù)和漏電流密度有所降低，其k值為1.5，漏電流密度為5×10-8A/cm2。薄膜的硬度和彈性模量分別達(dá)到了5.87GPa和72.11GPa，比未經(jīng)紫外線輔助熱處理的薄膜材料的硬度和彈性

3、模量分別提高了近1倍和2倍。這是由于紫外線輔助熱處理使薄膜中網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的Si-O-Si增強(qiáng)所致。 (2)利用氫等離子體輻照方法對(duì)多孔SiO2：F薄膜進(jìn)行后期處理。FTIR結(jié)果表明退火后再經(jīng)氫等離子體處理薄膜內(nèi)締合羥基減少。介電常數(shù)和漏電流密度都有所降低，是由于締合羥基的減少所致。經(jīng)氫等離子體氣氛處理，薄膜的硬度和彈性模量都有所降低，對(duì)于未退火的薄膜樣品，經(jīng)氫等離子體氣氛處理后薄膜的硬度和彈性模量分別為2.97GPa和27.53GP

4、a；而對(duì)于退火后的薄膜樣品，經(jīng)氫等離子體氣氛處理后薄膜硬度和彈性模量分別為5.16GPa和42.73GPa。造成薄膜機(jī)械強(qiáng)度下降的原因可能是氫等離子體對(duì)薄膜的刻蝕作用所致。雖然處理后薄膜的機(jī)械強(qiáng)度降低了，但薄膜的電學(xué)性能得到了改善，其機(jī)械強(qiáng)度依然能滿足集成電路對(duì)互連介質(zhì)性能的要求。 (3)利用摻雜的方法制備含CNTs的多孔SiO2：F薄膜，并且首次嘗試了用四氫呋喃(THF)和N.N二甲基乙酰胺(DMAC)為溶劑制備多孔SiO2：

5、F薄膜。含CNTs的SiO2：F薄膜的電學(xué)特性和漏電流密度稍微有所退化，但不影響作為互連介質(zhì)的使用。納米壓痕測(cè)得結(jié)果表明，薄膜的硬度和彈性模量得到了提高，達(dá)到了6.46GPa和45.26GPa。薄膜的硬度和彈性模量分別是未摻雜薄膜材料的1.6倍和1.4倍。這是因具有高機(jī)械強(qiáng)度的CNTs的摻入提高了薄膜材料的機(jī)械強(qiáng)度，也可能是由于CNTs的摻入優(yōu)化了薄膜孔的微結(jié)構(gòu)所致。 紫外線輔助熱處理和CNTs摻雜兩種方法都能有效增加多孔SiO