超低介電常數(shù)多孔SiCOH薄膜的制備與研究.pdf

1、高性能、高集成度、低功耗和高可靠性一直以來是集成電路發(fā)展的主要技術(shù)指標(biāo)和方向。隨著器件的特征尺寸不斷縮小，其功耗不斷降低，集成度不斷增大，而互連導(dǎo)線-介質(zhì)之間的電阻-電容(RC)延遲卻快速增加，已經(jīng)成為制約集成電路性能進(jìn)一步提升的主要瓶頸之一。因此，采用電阻率更低的Cu導(dǎo)線代替?zhèn)鹘y(tǒng)Al，并開發(fā)低k材料以代替?zhèn)鹘y(tǒng)SiO2（k=3.9）是降低RC延遲最有效的途徑之一。如今集成電路發(fā)展到22nm以下技術(shù)節(jié)點(diǎn)，對(duì)低k材料的性能提出了更高的要求。

2、因此，開發(fā)滿足性能要求的新型超低k（k＜2.0）材料已經(jīng)成為微電子學(xué)和材料學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。本論文以硅氧烷為前驅(qū)體，并添加成孔劑模板，通過旋涂技術(shù)和后退火處理，成功制備了超低k多孔SiCOH薄膜。論文取得的主要成果如下:
　　①采用含有C橋鏈結(jié)構(gòu)(Si-C-C-Si)的1，2-雙（三乙氧基硅基）乙烷(簡(jiǎn)稱BTEE)為前驅(qū)體，以三嵌段共聚物聚環(huán)氧乙烷-聚環(huán)氧丙烷-聚環(huán)氧乙烷(簡(jiǎn)稱P123)作為成孔劑，通過溶膠-凝膠法和旋涂法來制備多

3、孔SiCOH薄膜。論文研究了P123/BTEE的摩爾比對(duì)多孔SiCOH薄膜的結(jié)構(gòu)和性能的影響，當(dāng)摩爾比P123/BTEE=0.016時(shí)，薄膜具有最優(yōu)的綜合性能:350℃退火所得薄膜的k值達(dá)1.82，在0.5MV/cm電場(chǎng)下，薄膜的漏電流密度為2×10-9A/cm2，并具有優(yōu)異的力學(xué)特性，其中楊氏模量為6.27GPa，硬度為0.58GPa。在此基礎(chǔ)上，本論文進(jìn)一步研究了該薄膜的導(dǎo)電機(jī)理，揭示了薄膜中電流輸運(yùn)機(jī)制為肖特基發(fā)射。最后，利用已知

4、制備條件，通過降低溶液反應(yīng)速度和旋涂速度，本論文成功制備出了性能優(yōu)異的超低k有序介孔SiCOH薄膜。
　?、谘芯苛俗贤庹丈鋵?duì)SiCOH薄膜電學(xué)性能、吸濕特性以及孔隙結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明，未經(jīng)紫外照射的薄膜在吸濕實(shí)驗(yàn)后其k值增加約12％;在0.5MV/cm的電場(chǎng)下，其漏電流密度從1.87×10-9A/cm2增加到2.73×108A/cm2。然而，經(jīng)紫外照射的薄膜在吸濕實(shí)驗(yàn)后其k值增量受到明顯的抑制，僅為4％，同時(shí)保持著很小的漏電流密

5、度（在0.5MV/cm的電場(chǎng)下為1.7×10-9A/cm2）。這是由于紫外照射導(dǎo)致薄膜中CHn基團(tuán)的分解，降低了薄膜中的孔隙率以及孔隙的尺寸，從而有效地抑制了水分子的擴(kuò)散。
　　③比較研究了不同前驅(qū)體，如正硅酸乙酯、1，2-二（三乙氧基硅基）甲烷(BTEM)、1，2-二（三乙氧基硅基）乙烷(BTEE)、1，2-二（三乙氧基硅基）辛烷(BTEO)，對(duì)多孔SiCOH薄膜性能的影響。結(jié)果表明，由含橋鏈C結(jié)構(gòu)的前驅(qū)體(BTEM、BTEE)