Модификация нанопористых диэлектрических материалов в плазме и ее послесвечения

• Автор: Зырянов, Сергей Михайлович
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 111 с. : ил.

Содержание
Введение
Глава 1. Обзор литературы
1.1. Перспективы развития микроэлектронных устройств
1.2. Физические принципы уменьшения диэлектрической постоянной
1.3. Классификация 1олт-к материалов
1.4. А4етоды производства 1оу-к материалов
1.5. Методы диагностики 1оу-к материалов
1.6. Свойства 1оу-к материалов
1.7. Модификация 1оу-к материалов в технологических процессах
Глава 2. Материалы и методы исследования
2.1. Исследуемые 1оуу-к материалы
2.2. Экспериментальные установки
2.2.1. Установка для обработки 1оу-к пленок атомами кислорода и водорода
2.2.2. Установка для гелиевой предобработки 1оу-к пленок
2.3. Методы объемной и поверхностной диагностики 1олу-к пленок
2.4. Система актинометрической диагностики
2.5. Метод измерения вероятности гибели атомов О и Н на поверхности 1ош-к
пленок
2.6. Система зондовой диагностики
Глава 3. Механизм модификации вЮСН 1ош-к пленки атомами кислорода
3.1. Введение
3.2. Результаты эксперимента
3.3. Монте-Карло модель проникновения атомов кислорода в нанопористую БЮСН
пленку. Удаление метильных групп атомами О
3.4. Выводы
Глава 4. Влияние гелиевой предобработки на взаимодействие 1оу-к материалов с атомами кислорода и водорода
4.1. Введение
4.2. Влияние предобработки на взаимодействие кгиг-к пленок с атомами.кислорода и водорода
4.3. Измерение вероятности гибели атомов кислорода и водорода на 1о1У-к пленках
4.4. Механизм запечатывания пор
4.5. Выводы
Заключение
Литература

Введение
Использование 1о\г-к материалов (материалов с низкой диэлектрической постоянной) в качестве межслойных диэлектриков в микросхемах является одним из подходов для повышения объемной плотности элементов в микроэлектронных устройствах, известном как закон Мура [1]. Уменьшение толщины диэлектрика при уменьшении характерных размеров элементов микросхем приводит к возникновению наводок между проводниками, разделенными слоем диэлектрика. Использование материала с более низкой диэлектрической постоянной (чем у традиционно использующегося диоксида кремния £>г.02) позволяет снизить уровень наводок, так как емкостная связь между проводниками обратно пропорциональна диэлектрической постоянной межслойного материала.
Также использование материалов с низкой диэлектрической постоянной позволяет расширить диапазон рабочих частот микросхем, верхняя граница которого приближается к волновому пределу. Поскольку длина электромагнитной волны А связана с диэлектрической постоянной среды, в которой она распространяется (А = с/{к ■ и), где с - скорость света, и - частота электромагнитной волны, к - диэлектрическая постоянная), снижение диэлектрической постоянной межслойного диэлектрика позволяет повысить частоту тактирующего сигнала в микросхеме и избежать перехода в волновой режим распространения сигнала. Также, как видно, скорость распространения сигнала обратно пропорциональна диэлектрической постоянной среды. То есть, использование 1о\?-к материалов позволяет снизить задержки распространения управляющих напряжений между элементами микросхемы.
Поскольку одним из направлений совершенствования микроэлектронных устройств является снижение их энергопотребления, важной задачей является уменьшение токов перезарядки межслойной емкости и паразитных токов утечки между проводниками микросхемы. Потребляемая мощность в расчете на один проводник в микросхеме складывается из динамической мощности при изменении напряжения на проводнике (Р = а(Спых + Спров + С'вхЭ/П2, где а - отношение времени активности проводника к полному времени работы микросхемы, Свых и Свх - выходная и входная емкости транзисторов соответственно, Спров - емкость соединительного проводника, / - рабочая частота, V - рабочее напряжение) и статической мощности утечки, пропорциональной емкости межслойного диэлектрика. Таким образом использование 1о1г-к материалов позволяет снизить паразитные потери

Глава
Материалы и методы исследования
2.1. Исследуемые low-k материалы
Взаимодействие атомов кислорода с low-k пленками изучалось для трех типов на-нопористых SiOCH пленок. В дальнейшем будем условно называть эти пленки CVD1, CVD2 и CVD3 (см. таб. 2.1). Пленки были осаждены на кремниевую подложку методом PECVD, используя смесь SiOCH-прекурсора и органических порогенов. Варьированием процентного содержания компонентов газовой смеси достигались различные параметры пористой пленки. После осаждения пленки обрабатывались УФ излучением при температуре 430-450 “С. Такая обработка, как известно, позволяет добиться удаления порогенов и формирования каркаса пористой пленки с перекрестными связями [135]. Степень пористости и размер пор в пленках измерялись с помощью эллипсометрической поросиметрии [62].
Структурной основой SiOCH пленок (см. выше) является решетка, образованная химическими связями Si —О — Si. В зависимости от валентного угла связи Si —О —Si различают несколько типов Si — О — Si структур и, следовательно, SiOCH материалов. Так называемые «network» и «cage» Si — О — Si связи образуют сравнительно плотные структуры, аналогичные диоксиду кремния, в то время как линейные («linear») Si — О — Si связи могу образовывать довольно длинные цепочки, создавая перекрестные связи в SiOCH материале и, таким образом, формируя границы пор. Большая часть атомов кремния в линейных Si —О—Si связях замыкаются метальными группами, и Si—CH3 связи покрывают большую часть площади внутренней поверхности пор. Благодаря пористости материала и малой поляризуемости связей Si — CH3 по сравнению со связями Si — Н, диэлектрическая
Условное наименование CVD1 CVD2 CVD
Пористость (%) 24 24
Средний радиус пор (нм) 0.8 0.8 0.
Толщина low-k пленки (нм) 500 200
Таблица 2.1: Характеристики исследованных low-k образцов