低介電常數(shù)材料論文

1、低介電常數(shù)材料的特點(diǎn)、分類及應(yīng)用胡揚(yáng) 摘要: 本文先介紹了低介電常數(shù)材料（Low k Materials）的特點(diǎn)、分類及其在集成電路工藝中的應(yīng)用。指出了應(yīng)用低介電常數(shù)材料的必然性，舉例說(shuō)明了 低介電常數(shù)材料依然是當(dāng)前集成電路工藝研究的重要課題，并展望了其發(fā)展前景。正文部分綜述了近年研究和開發(fā)的low k材料，如有機(jī)和無(wú)機(jī)低ｋ材料，摻 氟低ｋ材料，多孔低ｋ材料以及納米低ｋ材料等，評(píng)述了納米尺度微電子器件對(duì)低k薄膜材料的要求。 最后特別

2、的介紹了一種可能制造出目前最小介電常數(shù)材料的技術(shù)： Air-Gap。關(guān)鍵詞：低介電常數(shù)；聚合物；摻氟材料；多孔材料；納米材料 ;Air-Gap1．引言隨著ULSI器件集成度的提高，納米尺度器件內(nèi)部金屬連線的電阻和絕緣介質(zhì)層的電容所形成的阻容造成的延時(shí)、串?dāng)_、功耗就成為限制器件性能的主要因素,微電子器件正經(jīng)歷著一場(chǎng)材料的重大變革：除用低電阻率金屬（銅）替代鋁，即用低介電常數(shù)材料取代普遍采用的SiO2（k：3.9～4.2）作介質(zhì)層。對(duì)其工藝

3、集成的研究，已成為半導(dǎo)體ULSI工藝的重要分支。 這些低ｋ材料必須需要具備以下性質(zhì)： 在電性能方面:要有低損耗和低泄漏電流；在機(jī)械性能方面:要有高附著力和高硬度;在化學(xué)性能方面:要有耐腐蝕和低吸水性；在熱性能方面:要有高穩(wěn)定性和低收縮性。2．背景知識(shí)低介電常數(shù)材料大致可以分為無(wú)機(jī)和有機(jī)聚合物兩類。目前的研究認(rèn)為，降低材料的介電常數(shù)主要有兩種方法：3使材料的某些性能有所差異。例如用ＰＥＣＶＤ制備的ＳｉＣＯＨ薄膜，ｋ值可由先前的２.４降至

4、２.１，若將它在４００ ℃下進(jìn)行４ ｈ的后期退火，可進(jìn)一步降低ｋ值至１.９５。通過(guò)對(duì)沉積方法的選擇和對(duì)沉積參數(shù)的優(yōu)化，能得到更符合要求的低介材料薄膜。3.正文下面將按順序介紹 5 種低 K 材料： 3.１有機(jī)低ｋ材料有機(jī)低ｋ材料種類繁多，性質(zhì)各異，其中以聚合物低ｋ材料居多。重點(diǎn)介紹聚酰亞胺。聚酰亞胺（PI）是一類以酰亞胺環(huán)為結(jié)構(gòu)特征的高性能聚合物材料，介電常數(shù)為 3.4 左右，摻入氟，或?qū)⒓{米尺寸的空氣分散在聚酰亞胺中，介電常數(shù)可以降至

5、 2.3～2.8。介電損耗角正切值為 10-3，介電強(qiáng)度為 1～3 MV／cm，體電阻率為1017 Ω·ｃｍ。這些性能在一個(gè)較大的溫度范圍和頻率范圍內(nèi)仍能保持穩(wěn)定。聚酰亞胺薄膜具有耐高低溫特性和耐輻射性、優(yōu)良的電氣絕緣性、粘結(jié)性及機(jī)械性能。聚酰亞胺復(fù)合薄膜還具有高溫自粘封的特點(diǎn)。聚酰亞胺低ｋ材料目前已廣泛應(yīng)用于宇航、電機(jī)、運(yùn)輸工具、常規(guī)武器、車輛、儀表通信、石油化工等工業(yè)部門。它可作耐高溫柔性印刷電路基材，也可以作為扁平電路、