新式兩相多孔性低介電材料及其製程之探討(III)

Abstract

將孔洞加入介電材料中是下一世代低介電材料（κ＜2.4）研發之關鍵，然而多孔性介電 材料在整合上已發現幾個大問題, 如（1）孔洞尺寸太大（＞15A）造成之reliability 問題，（2） 蝕刻後介電材料的粗糙度影響RC 值, 以及（3）與化學藥品的相容性。為了避免上述問題， 我們需要在多孔性介電材料上有新的設計及整合。Shipley 公司因此提出了Solid-FirstTM 新概 念：在兩相式低介電薄膜中，將起孔洞劑（porogens）延後至金屬層完成後才燒除。目前產 學界對此新穎材料的研究和整合方式，材料特性, 殘留應力, 界面反應及黏著性與製程方面的 問題，所知仍極有限。 本計畫第一年著重於探討雙親性團聯共聚高分子對低介電質（MSQ）的熱穩定性及整合 可行性之影響。研究成果顯示，當起孔洞劑含量低於臨界值以下時會促進MSQ內部Si-O鍵之 交聯，使得兩相低介電材料的機械強度比純MSQ或多孔性結構時更良好，足以在CMP製程後 仍不致損壞。此將有助於其應用在Solid-FirstTM scheme之可行性。另外測量材料水氣脫吸附行 為之石英晶體微天平（QCM）亦如期組裝完成。 計畫第二年則著重於此類新式兩相材料的材料性質量測、水氣脫吸附行為，以及後段製 程對其之影響，如包括蝕刻特性及表面形貌。目前計畫自八月份執行至今，多項兩項材料的 材料性質（如折射率、介電常數等）已量測完成，且發現這些性質大多都與孔隙率呈線性關 係。與多孔性材料相比，MSQ/PS-b-P4VP兩相材料亦被發現擁有較低的吸水性。對於吸水性、 蝕刻特性及表面形貌，將會在第二年計畫的下半年度繼續完成。目前四點彎曲儀（4-point bending）的組裝也進入最後階段，預計在2007年四月前組裝完成。 基於先前之研究，本計畫第三年將更進一步的探討高溫起孔洞劑含量對兩相低介電材料 系統可靠度的影響。此包括利用自行組裝彎曲測定儀（Bending Beam）量測與比較各低介電 材料系統間熱機械性質（熱膨脹係數與熱應力）的差異。再者，擴散阻障層（Ta、TaN、W） 或SiO2）和各低介電材料系統間的界面附著力，也將使用自行組裝之四點彎曲儀來測量。計 畫完成之際預期能提供吾人選擇或設計起孔洞劑的方向，並對於Solid-FirstTM 之可行性提出 歸納及建議。使參與人員從中獲得新世代低介電材料之研製、分析及檢測等相關基礎理論與 知識，為未來半導體產業後段製程培訓人才。