低介電常數(shù)SiCOH和SiCOF薄膜的制備和性能.pdf

1、隨著集成電路向超大規(guī)模方向發(fā)展，電子元器件朝小型、高速、低能耗、高集成度方向發(fā)展。然而互連阻容耦合造成的信號延遲極大地限制了電路運(yùn)行的速度，并帶來信號竄擾和增加功耗的問題。為了降低RC延遲，開發(fā)具有超低介電常數(shù)（k＜2.3）的絕緣介質(zhì)材料成為目前研究的熱點(diǎn)。然而低k材料不僅需要有較低的k值，還需要有足夠的機(jī)械強(qiáng)度、良好的電學(xué)特性和熱穩(wěn)定性等才能滿足工業(yè)界的需求。基于此目的，本論文開展了以下研究工作:
　　分別采用兩種硅基前驅(qū)體1，

2、2-二（三乙氧基硅基）乙烷(BTEE)和甲基三乙氧基硅烷(MTES)為硅基前軀體，以聚氧乙烯聚酯酸酯（Brij76）為模板劑，采用溶膠-凝膠工藝和旋涂技術(shù)制備出多孔的SiCOH薄膜。FTIR測試表明隨BTEE用量增加，形成網(wǎng)絡(luò)交聯(lián)Si-O-Si特征峰強(qiáng)度提高。TGA分析表明在150～450℃之間，各組樣品都出現(xiàn)了30％～45％的失重率，當(dāng)溫度高于450℃，失重率基本恒定。C-V測試結(jié)果顯示反應(yīng)物摩爾比為MTES∶BTEE∶Brij76=

3、1∶1∶0.125的薄膜對應(yīng)的k值為2.2，具有超低介電常數(shù)特性。該薄膜在0.8MV/cm的電場條件下，漏電流密度約為9.3×10-10A/cm2。450℃退火后的該薄膜具備折合模量Er～8.5GPa，硬度H～1.17GPa，表現(xiàn)出優(yōu)異的力學(xué)性能。
　　采用PECVD工藝，以MTES、C2F6、O2為反應(yīng)源，固定淀積溫度為200℃和射頻頻率為13.56MHz，通過調(diào)整射頻功率和C2F6流量，進(jìn)而研究了二者對薄膜的k值和組成的影響。

4、研究表明，隨著射頻功率從300W增加到700W，薄膜的淀積速率相應(yīng)增加，當(dāng)功率升高到一定程度后，據(jù)測算，Si-F鍵的紅外特征峰面積占比有所降低，因而薄膜的k值也就相應(yīng)的出現(xiàn)了隨射頻功率先下降后上升的趨勢。
　　當(dāng)固定射頻功率為500W時，調(diào)整C2F6流量，發(fā)現(xiàn)C2F6的流量為500sccm時所得k值最小，為3.19。該樣品的XPS結(jié)果表明F與C元素已成功摻入到薄膜中，而且Si元素主要是以Si-O4的形式存在，說明在射頻作用下MTE

5、S分子中的Si-C鍵被破壞且與O結(jié)合成鍵。由于F元素的摻入量較低，并其以C-F鍵和Si-F鍵的形式鍵合，而C元素則主要以Si-C鍵、C-C/C-H鍵和C-CF鍵的形式鍵合并存在于薄膜之中。
　　在此基礎(chǔ)上，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了PECVD的最佳工藝條件為淀積溫度為200℃，腔體壓力為3torr,射頻頻率為13.56MHz，沉積時間為1min，O2的流量為500 sccm，MTES的流量為1g/min，C2F6的流量為500sccm。