低k层间介质研究进展

介绍了低k介质材料的研究和发展状况,从制备方法和材料特性等不同角度对低k材料进行分类,并结合ULSI对低k材料的要求讨论了低k材料在ULSI中的应用前景。     

用ECRC-VD方法制备非晶氟化碳薄膜

以C4F8为源气体,Ar为稀释气体,用电子回旋共振化学汽相淀积的方法制作了非晶氟化碳薄膜;使用XPS和FTIR分析薄膜的化学组分和成键类型;研究了微波功率对于沉积速率和薄膜光学性质的影响。沉积速率随Ar在混合气体中比例的增大先增大后降低,随微波功率的增加而增加,并最终趋于饱和值。沉积的薄膜介电常数约为2.0,在可见光区薄膜具有良好的透光性。在较高的微波功率条件下,沉积薄膜的光学带隙减小。     

用于ULSI的低K氟化非晶碳膜研究

综述了用于超大规模集成电路中互连介质的氟化非晶碳膜（a-C:F)的制备,化学键结构,介电常数与热稳定,填隙能力,粘附性,热导率等性能,为开发具有新型功能的低介电常数材料提供了指导。     

氟化非晶碳薄膜结构与热稳定性研究

在室温下以C4F8和CH4为前驱气体,用电子回旋共振化学气相沉积（ECR-CVD）的方法生长了氟化非晶碳（α-C：F）薄膜。通过傅立叶变化红外光谱分析（FTIR）和X射线光电子能谱分析（XPS）对薄膜的化学结构和成键情况进行了研究。CFx（x=2～3）以及位于DC交联结构末端用于构成CxFy大分子结构的C-C键的热稳定性较差,在N2气氛下退火后,会以气态形式进行分解,导致α-C：F薄膜膜厚的减小。随着源气体流量比R=[C4F8]／（[C4F8]＋[CH4]）的减小．α-C：F薄膜中C-CFx交联结构逐渐增多,CFx（x=2～3）基团及构成CxFy大分子结构的C-C键逐渐减少,薄膜的热稳定性得到著提高。α-C：F薄膜在退火后,由于取向极化的增大和电子极化的减小,以及薄膜密度的增加使得α-C：F薄膜的介电常数有所增加。     

氮掺杂对氟化非晶碳薄膜微观结构的影响

以CH4,CF4,N2为源气体,用RF-PECVD法,通过改变N2流量制备了一批掺氮氟化非晶碳(a-C:F:N)薄膜样品.分析了氮掺杂对薄膜微观结构的影响.研究发现:掺氮后薄膜表面更均匀致密,均方粗糙度(RMS)由未掺氮的2.553 nm降为1.406 nm.FTIR测试表明掺氮后薄膜中出现了C=N及C≡N,随着氮流量的增加,1 620 cm-1附近吸收峰往高频移动,CFx基团含量下降,C=C基团含量上升.Raman光谱分析表明:随着氮流量的增加,D峰与G峰强度之比由未掺氮时的1.461增加到了掺氮后的2.545,薄膜内sp2键态含量增加,即芳香环式结构比例上升.结果表明:掺氮能有效增强a-C:F薄膜交联结构,从而提高薄膜热稳定性.     

45 nm芯片铜互连结构低k介质层热应力分析

采用铜互连工艺的先进芯片在封装过程中,铜互连结构中比较脆弱的低介电常数(k)介质层,容易因受到较高的热机械应力而发生失效破坏,出现芯片封装交互作用(CPI)影响问题.采用有限元子模型的方法,整体模型中引入等效层简化微小结构,对45 nm工艺芯片进行三维热应力分析.用该方法研究了芯片在倒装回流焊过程中,聚酰亚胺(PI)开口、铜柱直径、焊料高度和Ni层厚度对芯片Cu/低κ互连结构低κ介质层应力的影响.分析结果显示,互连结构中间层中低κ介质受到的应力较大,易出现失效,与报道的实验结果一致;上述四个因素对芯片低κ介质中应力影响程度的排序为:焊料高度＞PI开口＞铜柱直径＞Ni层厚度.     

掺杂对氟化非晶碳膜场发射性能的影响

利用射频等离子体增强型化学气相沉积设备(RF-PECVD)在单晶硅基底上沉积舍氮的氟化类金刚石薄膜,研究了不同掺氮量下薄膜的场发射特性.通过退火处理,研究了薄膜场发射电流的稳定性,通过原子力显微镜,观察了薄膜退火前后的表面形貌.通过场发射测试表明,随着氮含量的升高,薄膜的阈值电场降低,发射电流逐渐升高.退火后,掺氮薄膜达到稳定的发射电流的时间比未掺氮薄膜大大缩短.表面形貌分析表明,退火后由于薄膜表面微凸的减少,发射电流有所下降.     

氟化非晶碳薄膜(a-C:F)的制备与表征

以C4F8和CH4为源气体,采用电子回旋共振等离子体化学汽相沉积(ECR-CVD)方法,在不同气体混合比条件下沉积了非晶氟化碳(a-C:F)薄膜低k层间介质.实验中薄膜的沉积速率可达220nm/min,测得的介电常数为2.14～2.58.X光电子能谱表明,随着甲烷含量增大,薄膜中CF3,CF2结构含量减少而CF和C*-CFx(x=1～3)交联结构增多;原子力显微镜表明,在采用C4F8为前驱气体时,高分子基团C Fy在成膜时造成了粗糙不平、多孔渗水的薄膜表面形貌.结果表明,CF基团成分增加而CF2基团成分减小导致了薄膜电子极化增强,介电常数增大.     

氢化非晶碳膜的低阈值场发射

在等离子增强气相化学沉积 (PECVD)系统中 ,利用氢稀释方法制备了氢化非晶碳 (a-C∶ H)薄膜样品。在高真空腔中测量了样品的场发射特性。与用纯甲烷 (CH4 )制备的 a-C∶H薄膜样品相比 ,经过氢稀释处理的样品场发射开启电场明显下降 ,达到 0 .5 V/μm。认为是样品的场增强因子的增大改善了样品的场发射特性 ,这种场增强可能来源于碳膜中电子结构的各相异性和碳膜表面氢终结的增加。     

超深亚微米集成电路中的互连问题--低k介质与Cu的互连集成技术

半导体集成电路技术的发展对互连技术提出了新的需求,互连集成技术在近期和远期发展中将面临一系列技术和物理限制的挑战,其中Cu互连技术的发明是半导体集成电路技术领域中具有革命性的技术进展之一,也是互连集成技术的解决方案之一.在对互连集成技术中面临的技术与物理挑战的特点和可能的解决途径概括性介绍的基础上,重点介绍和评述了低k介质和Cu的互连集成技术及其所面临关键的技术问题,同时还对三维集成互连技术、RF互连技术和光互连技术等Cu互连集成技术之后的可能的新一代互连集成技术和未来互连技术的发展趋势给予了评述和展望.     

VLSI用低介电常数含氟碳膜研究

用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)法制备了不同工艺条件下的含氟碳膜。测量了薄膜的厚度和介电常数,并用傅立叶红外光谱分析了薄膜化学结构,发现薄膜成分和介电性与沉积工艺密切相关,对薄膜的SEM分析表明所得薄膜均匀致密。控制适当的工艺条件,可沉积理想的超大规模集成电路(VLSI)用钝化膜。     

低介电常数(low-k)介质在ULSI中的应用前景

本文讨论了ULSI的发展对低介电常数(low-k)介质的需求,介绍了几种有实用价值的low-k介质的研究和发展现况,最后评述了low-k介质在ULSI中应用的前景.     

碱性抛光液在CMP过程中对低k介质的影响

以p型111硅片为衬底,经过旋涂固化制备低介电常数(低k)材料聚酰亚胺。经过化学机械抛光(CMP)过程,考察实验前后低k材料介电性能的变化。实验中分别使用阻挡层抛光液、Cu抛光液以及新型抛光液对低k材料进行抛光后,利用电参数仪对低k材料进行电性能测试。结果显示,低k材料介电常数经pH值为7.09新型抛光液抛光后,k值由2.8变为2.895,漏电流在3.35 pA以下,去除速率为59 nm/min。经新型抛光液抛光后的低k材料,在电学性能等方面均优于阻挡层抛光液和Cu抛光液,抛光后的低k材料的性能能够满足应用要求。     

Interdispersed Amorphous MnOx–Carbon Nanocomposites with Superior Electrochemical Performance as Lithium‐Storage Material

The realization of manganese oxide anode materials for lithium‐ion batteries is hindered by inferior cycle stability, rate capability, and high overpotential induced by the agglomeration of manganese metal grains, low conductivity of manganese oxide, and the high stress/strain in the crystalline manganese oxide structure during the repeated lithiation/delithiation process. To overcome these challenges, unique amorphous MnO_x–C nanocomposite particles with interdispersed carbon are synthesized using aerosol spray pyrolysis. The carbon filled in the pores of amorphous MnO_x blocks the penetration of liquid electrolyte to the inside of MnO_x, thus reducing the formation of a solid electrolyte interphase and lowering the irreversible capacity. The high electronic and lithium‐ion conductivity of carbon also enhances the rate capability. Moreover, the interdispersed carbon functions as a barrier structure to prevent manganese grain agglomeration. The amorphous structure of MnO_x brings additional benefits by reducing the stress/strain of the conversion reaction, thus lowering lithiation/delithiation overpotential. As the result, the amorphous MnO_x‐C particles demonstrated the best performance as an anode material for lithium‐ion batteries to date.     

氟掺杂对非晶硅薄膜特性的影响

采用电容结构研究了氟(F,Flourine)掺杂非晶薄膜漏电、击穿以及温度特性。结果表明,氟掺杂钝化了非晶膜中的缺陷和悬挂键,使非晶薄膜漏电降低两个数量级,同时使击穿电压升高。掺杂非晶薄膜的漏电与温度呈指数增长,增长系数为0.0375 K^-1,击穿电压随温度线性减小,系数为0.012 V·K^-1。     

非晶碳和碳纳米管混合薄膜的场发射性能

利用微波等离子体化学气相沉积法在不锈钢衬底上直接合成非晶碳和碳纳米管混合薄膜.采用氢气和甲烷作为反应气体,流量分别为100和16sccm.沉积室内的压强为5.0kPa.利用场发射扫描电镜(SEM)和喇曼谱(Raman)对制备的薄膜的结构和形貌进行了分析.场发射实验在5×10-5Pa的真空下进行.实验结果表明:制备的非晶碳和碳纳米管混合薄膜开启电场较低,仅有0.9V/μm;在电场为3.7V/p.m时电流密度达到4.0mA/cm2,发射点密集,分布均匀.表明此种材料是一种优良的场发射冷阴极材料.     

ZrN扩散阻挡层与SiCON低k介质界面特性XPS研究

对ZrN扩散阻挡层与SiCON低k介质(k=2.35)的界面特性进行了XPS分析。实验结果表明,刚淀积的样品中ZrN与SiCON薄膜之间有一定程度的相互扩散并形成界面区。在界面区内Zr与SiCON薄膜中O及N元素相互作用成键,表明ZrN/SiCON界面有良好的黏附性能。400℃退火后,除受表面氧化作用干扰的O和N元素外,未观察到界面中其他元素Zr,Si和C有新的扩散,说明界面稳定性很好。