低介電常數(shù)材料的特點(diǎn)、分類及應(yīng)用.doc

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1、此文檔收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系網(wǎng)站刪除低介電常數(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（LowkMaterials）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lowk材料，如有機(jī)和無機(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)

2、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

3、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：其一是降低材料自身的極性，包括降低材料中電子極化率（electronicpolarizability），離子極化率（ionicpolarizability）以及分子極化率（dipolarpolarizability）。在分子極性降低的研究中，人們發(fā)現(xiàn)單位體積中的分子密度對(duì)降低材料的介電常數(shù)起著重要作用。材料分子密度的降低有助于介電常數(shù)的降低。這就

4、是第二種降低介電常數(shù)的方法：增加材料中的空隙密度，從而降低材料的分子密度。此文檔僅供學(xué)習(xí)與交流此文檔收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系網(wǎng)站刪除　　針對(duì)降低材料自身極性的方法，目前在0.18mm技術(shù)工藝中廣泛采用在二氧化硅中摻雜氟元素形成FSG（氟摻雜的氧化硅）來降低材料的介電常數(shù)。氟是具有強(qiáng)負(fù)電性的元素，當(dāng)其摻雜到二氧化硅中后，可以降低材料中的電子與離子極化，從而使材料的介電常數(shù)從4.2降低到3.6左右。為進(jìn)一步降低材料的介電常數(shù)，人們?cè)诙趸柚幸肓颂迹–）元素：即利用形成Si-C及C-C鍵所聯(lián)成的低極性網(wǎng)絡(luò)來降低材料的介電常

5、數(shù)。例如無定形碳薄膜的研究，其材料的介電常數(shù)可以降低到3.0以下。針對(duì)降低材料密度的方法，其一是采用化學(xué)氣相沉積（CVD）的方法在生長(zhǎng)二氧化硅的過程中引入甲基（-CH3），從而形成松散的SiOC:H薄膜，也稱CDO（碳摻雜的氧化硅），其介電常數(shù)在3.0左右。其二是采用旋壓方法（spin-on）將有機(jī)聚合物作為絕緣材料用于集成電路工藝。這種方法兼顧了形成低極性網(wǎng)絡(luò)和高空隙密度兩大特點(diǎn)，因而其介電常數(shù)可以降到2.6以下。但致命缺點(diǎn)是機(jī)械強(qiáng)度差，熱穩(wěn)定性也有待提高。介電常數(shù)不僅僅決定于材料本身的固有性質(zhì)，而且會(huì)因?yàn)橹苽錀l件和方法的

6、不同而有所變化?；瘜W(xué)汽相沉積是制備ＵＬＳＩ低介材料的重要技術(shù)，沉積不同的薄膜應(yīng)采用不同的ＣＶＤ技術(shù)，而制備同一種薄膜采用的ＣＶＤ技術(shù)不同，也會(huì)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２.１，若將它在４００℃下進(jìn)行４ｈ的后期退火，可進(jìn)一步降低ｋ值至１.９５。通過對(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

7、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2.3～2.8。介電損耗角正切值為10-3，介電強(qiáng)度為1～3MV／cm，體電阻率為1017Ω·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

8、為扁平電路、電線、電纜、電磁線的絕緣層以及用作各種電機(jī)的絕緣等。一種孔洞尺寸為納米級(jí)，介電常數(shù)低于2.4的芳香性聚酰亞胺泡沫材料已經(jīng)問世。它是目前制備聚酰亞胺玻璃布覆銅板的新型介電材料。制備聚酰亞胺納米泡沫材料的一般方法為：通過共縮聚反應(yīng)，合成熱穩(wěn)定性好的聚酰亞胺再與一些帶有氨基的、熱穩(wěn)定