多孔超低k材料薄膜的制备和性能表征

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随着集成电路规模不断扩大,特征尺寸不断减小,集成电路内部的互连线的电阻和互连线之间的电容都在变大,这就会导致集成电路性能的退化,如RC延迟,串扰,功耗增大等等。用铜代替铝成为新一代的互连线,这一举措使集成电路的电阻降低了40%左右。而如今改善集成电路性能的重任就落在了减小电容上。其中,用低介电常数材料薄膜取代SiO2(k≈3.9)材料成为了必然的选择。根据国际半导体技术蓝图(ITRS)的要求,在45/32nm的节点,介电常数材料薄膜的k值应在2.0到2.6之间,同时有良好的热稳定性和力学性能。在薄膜材料内部引入一定比例的空气隙,或者向薄膜材料内掺入极化强度低的元素都可以降低薄膜的k值。而在材料内部形成空有多种方法,像采用成孔剂的方法,相分离法,刻蚀处理法,或者采用环形前驱体的方法。采旋转涂布法是一种很有前景的制备薄膜的方法,另外这种方法制备的薄膜还有很好的平坦性和较小的成本。因此本论文采用旋涂技术,制备了超低k材料SiCOH薄膜,并对其性能进行了表征。本论文用的前驱体是1,2-二(三乙氧基硅基)乙烷(C2H5O)3SiCH2CH2Si(C2H5O)3,简称BTEE,采用成孔剂P123(EO-PO-EO三嵌段的共聚物)在薄膜内部形成孔洞,采用盐酸为催化剂,无水乙醇为溶剂,再加入去离子水参与反应,以旋涂方法制备多孔超低k薄膜。用FTIR,AFM和SEM等结构分析设备来表征薄膜的表面形貌和组分结构。本论文主要是通过改变BTEE和P123的比例和改变BTEE和去离子水的比例,所得的薄膜的k值在2.0到2.4之间,获得了较为理想的溶液组成。再对这些薄膜进行力学性能的测试,最后获得了这三种成分最后的摩尔比例,即BTEE:P123:H2O=5:0.12:200。利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)和热重分析(TGA)对薄膜材料的热稳定性进行分析。结果表明,随着温度的改变,从350℃到500℃,薄膜材料的化学结构没有发生明显的变化,说明该材料的热稳定性比较好。用纳米压痕测试该材料的力学性能,发现薄膜的硬度随着退火处理温度的改变没有发生明显的变化,位于2.31-2.69Gpa,薄膜的杨氏模量随着退火处理温度的提高而变大。
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