新式兩相多孔性低介電材料及其製程之探討(I)

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, 殘留應力及製程方面的問題，所知仍極有限。 本計畫將使用商用旋塗性有機矽酸鹽，如methylsilsesquioxanec（MSSQ）作為基底； 以及高溫porogen 作為sacrificial 成分。我們將規劃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 性和製程特徵，以詮釋高溫porogens 對solid-first 材料及整合的影響。本計畫第一 年將先探討porogens 和基底/溶劑的相容性，以及porogens 對低介電質之熱穩定性及 整合可行性的影響。第二及第三年，將著重於此類新式兩相材料的材料性質測量以及 後段製程對其之影響，此包括morphology 蝕刻特性、化學藥品的相容性、水氣吸收、 機械性質、及barrier/多孔性介電質材料的界面。