新式兩相多孔性低介電材料及其製程之探討(II)

Abstract

有機矽酸鹽（organo-silicate，2.7＜κ＜3.0）類的低介電材料已經廣泛應用於90奈米元件的量產。而尋求下一代低介電材料（κ＜2.4）之研發，其關鍵是將孔洞加入矽基的介電質中。大多數含孔洞的氧化矽膜是藉由界面活性劑模板(surfactant-templating)產生，而在移除界面活性劑後可形成孔洞。迄今在as-deposited多孔性介電質整合上已發現幾個大問題, 如孔洞尺寸太大（＞15A）造成reliability問題, 另在蝕刻後介電質的粗糙度影響RC值, 以及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-first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。 本計畫使用商用旋塗性有機矽酸鹽，如methylsilsesquioxane （MSSQ）作為基底；以及高溫porogen作為sacrificial成分。我們將探討並比較三種材料: (a)「solid-only」低介電材料，(b)兩相低介電材料，及(c)多孔性低介電材料的材料特性及其與製程的互相影響，以詮釋高溫porogens對solid-first材料及整合的影響。本計劃已進行半年、探討 block-copolymer porogens對低介電質之熱穩定性及整合可行性的影響。成果顯示經 300°C固化之MSQ/PS-b-P4VP 兩相低介電材料具有良好的機械性質，較低的吸水性及些許的膜厚收縮，此有助於其應用在solid-first scheme 之可行性。另QCM之安裝及測試已如期完成，成果報告如附件。第二年中(2006-2007)，將著重於此類新式兩相材料的材料性質測量, 水氣吸附脫附行為，以及後段製程對其之影響，此包括蝕刻特性及表面形貌、化學藥品的相容性及表面反應與化學。