【摘要】：隨著集成電路(IC)器件的特征尺寸進入亞10nm技術(shù)節(jié)點,多級互連中的電阻-電容(RC)延遲已成為影響芯片性能的主要因素。目前產(chǎn)業(yè)界均采用Cu/低介電常數(shù)(low-k)材料作為IC互連結(jié)構(gòu)以減小RC延遲。具有超低介電常數(shù)并具有優(yōu)異機械性能以滿足后段工藝(BEOL)集成的low-k材料成為研究熱點。其中納米多孔有機硅酸鹽玻璃(OSG)材料因其類似二氧化硅的骨架與后段集成工藝的可兼容性備受關(guān)注,但性能優(yōu)化方法及機理尚不明確。本文針對蒸發(fā)誘導(dǎo)自組裝(EISA)工藝,研究了末端甲基基團對于OSG低k薄膜材料各項特性的影響,并通過引入苯基基團,對OSG低k薄膜材料機械性能進行了優(yōu)化。通過各項性能表征給出了理論分析及結(jié)論。該研究將為集成電路銅互連中介質(zhì)材料的制備及性能優(yōu)化提供理論基礎(chǔ)及實驗依據(jù)。本論文的主要研究內(nèi)容及成果如下:1.通過旋涂工藝并采用不同比率的TEOS/MTEOS混合物制備基于表面活性劑模板的OSG低k薄膜,以研究末端甲基(CH3/Si)比例對薄膜化學(xué)和結(jié)構(gòu)性質(zhì)的影響。結(jié)果表明,當(dāng)表面活性劑濃度恒定時,隨著CH3/Si比例的增加,薄膜性質(zhì)的改變主要表現(xiàn)為疏水性的增加,力學(xué)性質(zhì)的降低,孔徑的擴大以及傅里葉紅外光譜(FTIR)中Si-CH3峰位置的偏移�？讖诫S甲基濃度的增加而增加,并體現(xiàn)在孔結(jié)構(gòu)從圓柱形變?yōu)槟啃巍Ｍㄟ^分子力學(xué)模擬,解釋了在CH3基團存在的影響下,Si-O-Si鍵中dπ-pπ雜化發(fā)生變化,導(dǎo)致Si-CH3發(fā)生峰移的原理。2.通過引入苯基橋連基團,研究其對所制備的OSG薄膜的孔結(jié)構(gòu)、介電常數(shù)、機械性能以及疏水性能的影響。結(jié)果表明,將硅原子的連通性擴展到其化學(xué)配位數(shù)以上,可以改善OSG膜的機械特性。同時將致孔劑引入基質(zhì)中,可以改善介電常數(shù),從而優(yōu)化電學(xué)性能。鑒于這些性質(zhì),包括中孔結(jié)構(gòu)、優(yōu)異的機械可靠性和良好的熱穩(wěn)定性,表明三取代的苯基基團可用作橋連基團。因此,可以認(rèn)為所制備的基于苯的OSG薄膜(稱為超連接網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu))是有希望的low-k材料候選者。
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相比之下，在銅金屬化方案中，由于反應(yīng)產(chǎn)物的蒸氣壓非常低，Ｃｕ不逡逑能用傳統(tǒng)的ＲＩＥ圖案化，所以必須開發(fā)新工藝。因此，鑲嵌工藝逐漸成為行業(yè)標(biāo)逡逑準(zhǔn)（圖１－２）邋［１２］。在鑲嵌工藝中，在金屬沉積之前首先沉積和圖案化電介質(zhì)層。逡逑由于電介質(zhì)受到各種各樣的工藝損傷機制的影響，，使得介電常數(shù)的降低變得更加逡逑艱難。逡逑２逡逑

引入ｋ＜３．０的新介質(zhì)材料的需求［［１４］此外，根據(jù)１９９７年ＮＴＲＳ，預(yù)計在２００１年逡逑將采用ｋ為２．０至２．５的低ｋ材料，但是，在２０００年，１８０ｎｍ技術(shù)節(jié)點引入了邋ｋ逡逑＝３．８的第一個電介質(zhì)材料（圖１－３邋）［⑴。后來，在２００４年和２００６年分別在９０邋ｎｍ逡逑和６５邋ｎｍ技術(shù)節(jié)點采用了邋ｋ邋＝邋３．０和ｋ邋＝邋２．７的絕緣材料［１１］。接著，在２００８年的逡逑４５ｎｍ技術(shù)節(jié)點，在大批量制造中出現(xiàn)了邋ｋ邋＝邋２．４的多孔低ｋ膜盡管進一步降逡逑低絕緣體的介電常數(shù)有挑戰(zhàn)性，但在２０１５年顯示的１４ｎｍ技術(shù)節(jié)點中，英特爾逡逑報告了在十三層互連級別中的兩層引入了氣隙結(jié)構(gòu)（圖１－４）邋［１５］。在氣隙技術(shù)中，逡逑金屬線之間不存在低ｋ，即金屬線作為ｋ￣１．０的終極低ｋ電介質(zhì)被空氣分離。逡逑Ａ邋＆丨於ｍ邋１

本文編號：2665601