互連低k介質多孔SiO-,2-：F薄膜機械性能改善研究.pdf

1、超大規(guī)模集成電路的集成度越來越高，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的優(yōu)良候選材料。但因孔隙的引入，材料的機械性能顯著下降，成為多孔SiO2薄膜在互連介質應用中的關鍵問題。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)摻雜三種實驗方法對樣品進行了改性處理，系統(tǒng)地研究了材料的結構、電學和機械特性，以

2、期探索增加多孔SiO2：F薄膜的機械性能的方法。 (1)利用紫外線輔助熱處理方法對多孔SiO2：F薄膜進行后期處理。FTIR結果表明薄膜的Si-O-Si結構發(fā)生了變化，新的網(wǎng)狀的Si-O-Si結構形成，網(wǎng)狀的Si-O-Si結構明顯增強。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到了5.87GPa和72.11GPa，比未經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)狀結構的Si-O-Si增強所致。 (2)利用氫等離子體輻照方法對多孔SiO2：F薄膜進行后期處理。FTIR結果表明退火后再經氫等離子體處理薄膜內締合羥基減少。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，對于未退火的薄膜樣品，經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；而對于退火后的薄膜樣品，經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。造成薄膜機械強度下降的原因可能是氫等離子體對薄膜的刻蝕作用所致。雖然處理后薄膜的機械強度降低了，但薄膜的電學性能得到了改善，其機械強度依然能滿足集成電路對互連介質性能的要求。 (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薄膜的電學特性和漏電流密度稍微有所退化，但不影響作為互連介質的使用。納米壓痕測得結果表明，薄膜的硬度和彈性模量得到了提高，達到了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。這是因具有高機械強度的CNTs的摻入提高了薄膜材料的機械強度，也可能是由于CNTs的摻入優(yōu)化了薄膜孔的微結構所致。 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