多孔性低介材SiOC研究與探討

Abstract

文獻報導現階段的130奈米製程，低介材常用化學氣相沉積SiOC，前驅物為三甲基矽烷與N2O，介電常數在2.7~3.2之間，因其薄膜性質與SiO2較相似，有製程整合較容易優點。但在90 奈米技術節點以下，現階段SiOC性質將無法勝任。本論文研究重點為增加低介材SiOC薄膜的孔洞、降低其薄膜密度，進而使其介電常數降至2.4以下。方法為利用在化學氣相沉積前驅物中額外通入CH4以增加薄膜中的有機鍵結，再利用回火提供的能量，使得薄膜中的不穩定有機物(CxHy)大量斷鍵脫附，導致薄膜孔洞數量大幅增加或使薄膜孔洞尺寸變大。 實驗發現，以FTIR觀察SiOC無吸水現象，薄膜表面為疏水性，不易因吸水使介電常數上升，而回火會使薄膜的類籠狀結構減少。 XPS分析得知，SiOC主要組成為Si-O-Si 網狀結構和Si-CH3鍵結，薄膜中的甲基互相排斥，可產生微孔洞，降低薄膜密度。 SiOC在10分鐘400℃回火後，介電常數可降至2.4以下，其漏電流為3.9 x 10-9 A/cm2。SiOC如經最適化製程，且提升機械強度與降低熱膨脹係數，有潛力應用為90奈米節點之超低介材(介電常數<2.2)。