掺CH4的SiCOH低介电常数薄膜结构与介电性能研究

以十甲基环五硅氧烷和甲烷作为反应气体，采用电子回旋共振等离子体化学气相沉积(ECR-C VD)方法制备了k = 2.45，485℃下的热稳定性优良的SiCOH低介电常数薄膜.通过薄膜结构的 FTIR谱分析，比较了十甲基环五硅氧烷(D5)液态源和不同甲烷流量下制备的薄膜的键结构差 异，发现在沉积过程中甲烷含量的增大，一方面有利于D5源环结构的保留，另一方面有利于 薄膜中形成高密度的CH_n基团.高密度碳氢大分子基团的存在降低了薄膜密度， 结合薄膜中形成的本构孔隙、低极化率Si—C键以及—OH键减少的共同作用，导致薄膜介电 常数的降低. 关键词： 低介电常数 SiCOH薄膜 碳氢掺杂     

Si—OH基团对SiCOH低k薄膜性能的影响与控制

研究了十甲基环五硅氧烷(D5)的电子回旋共振等离子体沉积的SiCOH薄膜中Si—OH基团对介电性能和漏电流的影响.结果表明Si—OH含量的增大会导致介电常数k的增大、漏电流的降低和介电色散的增强.由于Si—OH结构的强极化补偿了薄膜密度减小带来的介电常数降低，导致总的介电常数k增大.高Si—OH含量下漏电流的降低是由于封端的Si—OH基团降低了薄膜中Si—O网络的连通概率p而导致网络电导下降的缘故.介电色散的增强与Si—OH封端结构的快极化过程有关.改变放电参数以提高电子能量，从而提高源的电离程度，使更多的Si—OH基团断裂并通过缩合反应形成Si—O—Si网络，可以进一步降低薄膜的介电常数. 关键词： SiCOH薄膜 Si—OH结构 介电性能 ECR放电等离子体     

掺CH4的SiCOH低介电常数薄膜结构与介电性能研究

以十甲基环五硅氧烷和甲烷作为反应气体,采用电子回旋共振等离子体化学气相沉积(ECR-CVD)方法制备了k=2.45,485℃下的热稳定性优良的SiCOH低介电常数薄膜.通过薄膜结构的FTIR谱分析,比较了十甲基环五硅氧烷(D5)液态源和不同甲烷流量下制备的薄膜的键结构差异,发现在沉积过程中甲烷含量的增大,一方面有利于D5源环结构的保留,另一方面有利于薄膜中形成高密度的CHn基团.高密度碳氢大分子基团的存在降低了薄膜密度,结合薄膜中形成的本构孔隙、低极化率Si-C键以及-OH键减少的共同作用,导致薄膜介电常数的降低.     

O2掺杂对SiCOH低k薄膜结构与电学性能的影响

以+甲基环五硅氧烷(D5)和氧气(O2)作为反应气体,采用电子回旋共振等离子体化学气相沉积(ECR-CvD)方法制备了κ=2.62的SiCOH薄膜.研究了O2掺杂对薄膜结构与电学性能的影响.结果表明,采用O2掺杂可以在保持较低介电常数的前提下极大地降低薄膜的漏电流,提高薄膜的绝缘性能,这与薄膜中Si-O立体鼠笼、Si-OH结构含量的提高有关.     

O2掺杂对SiCOH低k薄膜结构与电学性能的影响

以十甲基环五硅氧烷(D5)和氧气(O₂)作为反应气体，采用电子回旋共振等离子体化学气相沉积(ECR-CVD)方法制备了k＝2.62的SiCOH薄膜.研究了O₂掺杂对薄膜结构与电学性能的影响.结果表明，采用O₂掺杂可以在保持较低介电常数的前提下极大地降低薄膜的漏电流，提高薄膜的绝缘性能，这与薄膜中Si-O立体鼠笼、Si-OH结构含量的提高有关. 关键词： SiCOH薄膜 2掺杂')" href="#">O₂掺杂 介电性能 键结构     

热退火对等离子体增强化学气相沉积SiCOH薄膜结构与性能的影响

热退火是多孔低介电常数薄膜制备过程中的重要一环, 对薄膜结构及性能具有重要影响. 本文以四乙氧基硅烷和双戊烯为前驱体, 采用等离子体增强化学气相沉积方法制备了SiCOH薄膜, 对其进行了氮气氛围下的热退火处理, 分析了热退火对薄膜结构与性能的影响, 探究了退火过程中薄膜结构变化的可能的反应机理. 傅里叶变换红外光谱和固体核磁共振谱结果表明, 沉积薄膜是一种有机无机杂化薄膜. 退火过程中, 薄膜中的-CH₂, -CH₃等有机组分被分解除去, 形成了以稳定的Si-O-Si等无机组分为骨架的多孔结构, 并通过氮气吸附/脱附等温线测试得到了验证. 在此期间, 薄膜骨架微结构亦发生一系列调整, C=C, Si-C含量增加, Si、O、C等元素间发生进一步键合. C=C 含量的提高, 使得薄膜的消光系数和漏电流密度增大. 实验证明, 退火后薄膜具有低折射率、低介电常数特性, 是一类具有优异的介电性能和力学性能的材料, 作为芯片后端互连层间介质具有极大的应用潜力.     

螺旋波等离子体增强化学气相沉积氮化硅薄膜

利用螺旋波等离子体增强化学气相沉积(HWP-CVD)技术，以SiH4和N2为反应气体进行了氮化硅(SiN)薄膜沉积，并研究了实验参量对薄膜特性的影响.利用傅里叶变换红外光谱、紫外—可见光谱和椭偏光检测等技术对薄膜的结构、厚度和折射率等参量进行了测量.结果表明，采用HWP-CVD技术能在低衬底温度条件下以较高的沉积速率制备低H含量的SiN薄膜，所沉积的薄膜主要表现为Si—N键合结构.采用较低的反应气体压强将提高薄膜沉积速率，并使薄膜的致密性增加.适当提高N2/SiH4比例有利于薄膜中H含量的降低. 关键词： 螺旋波等离子体 化学气相沉积 氮化硅薄膜     

CHx掺杂SiCOH低介电常数薄膜的物性热稳定性分析

研究了真空热处理对掺CH.的SiCOH低介电常数薄膜的电流.电压(I-V)特性、电容.电压(C-V)特性、疏水性能以及微结构的影响.结果表明:在热处理过程中,热稳定性较差的碳氢基团发生了热解吸,使薄膜的漏电流减小、绝缘性能改善,并使薄膜的导电行为更趋于空间电荷限流过程.碳氢基团的热解吸使SiCOH/Si界面的界面态发生改变,导致SiCOH薄膜MIS结构的平带电压VFB发生漂移.封端的碳氢基团热解吸使薄膜表面的开口孔结构减少,薄膜表面变得更平整.但是碳氢基团为疏水基团,其热解吸导致薄膜的疏水性能降低.     

CHx掺杂SiCOH 低介电常数薄膜的物性热稳定性分析

研究了真空热处理对掺CH₄的SiCOH低介电常数薄膜的电流-电压(I-V)特性、电容-电压(C-V)特性、疏水性能以及微结构的影响. 结果表明：在热处理过程中,热稳定性较差的碳氢基团发生了热解吸,使薄膜的漏电流减小、绝缘性能改善,并使薄膜的导电行为更趋于空间电荷限流过程. 碳氢基团的热解吸使SiCOH/Si界面的界面态发生改变,导致SiCOH薄膜MIS结构的平带电压V_FB发生漂移. 封端的碳氢 关键词： SiCOH薄膜 热处理 结构与性能     

SrTiO3金属-绝缘体-半导体结构的介电与界面特性

采用金属有机分解法在p型Si衬底上制备了SrTiO3（STO）薄膜.研究了STO薄膜金属 绝缘体 半导体(MIS)结构的介电和界面特性.结果表明，STO薄膜显示出优异的介电性能，在10kHz处的介电常数约为105，损耗低于001，这来源于多晶结构和良好的结晶性；MIS结构中的固定电荷密度Nf和界面态密度Dit分别约为15×1012cm-2和(14—35)×1012cm-2eV-1，这主要与Si/STO界面处形成的低介电常数界面层有关. 关键词： SrTiO3薄膜 MIS结构 介电性能 Si/STO界面     

improvement of electrical properties of Cu/SiCOH low-k film integrated system by O2 plasma treatment

This paper investigates the effect of O2 plasma treatment on the electric property of Cu/SiCOH low dielectric constant （low-k） film integrated structure. The results show that the leakage current of Cu/SiCOH low-k integrated structure can be reduced obviously at the expense of a slight increase in dielectric constant k of SiCOH films. Bythe Fourier transform infrared （FTIR） analysis on the bonding configurations of SiCOH films treated by O2 plasmar it is found that the decrease of leakage current is related to the increase of Si-O cages originating from the linkage of Si dangling bonds through O, which makes the open pores sealed and reduces the diffusion of Cu to pores.     

Effect of F doping on capacitance－voltage characteristics of SiCOH low-k films metal－insulator－semiconductor structure

This paper investigates the capacitance--voltage ($C$--$V$) characteristics of F doping SiCOH low dielectric constant films metal--insulator--semiconductor structure. The F doping SiCOH films are deposited by decamethylcyclopentasiloxane (DMCPS) and trifluromethane (CHF7755, 6855http://cpb.iphy.ac.cn/CN/10.1088/1674-1056/19/5/057701https://cpb.iphy.ac.cn/CN/article/downloadArticleFile.do?attachType=PDF&id=111779F-SiCOH, low-k dielectrics, capacitance--voltage characteristicProject supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No.~10575074).2/4/2009 12:00:00 AMThis paper investigates the capacitance--voltage ($C$--$V$) characteristics of F doping SiCOH low dielectric constant films metal--insulator--semiconductor structure. The F doping SiCOH films are deposited by decamethylcyclopentasiloxane (DMCPS) and trifluromethane (CHF$_{3})$ electron cyclotron resonance plasmas. With the CHF$_{3}$/DMCPS flow rate ratio from 0 to 0.52, the positive excursion of $C$--$V$ curves and the increase of flat-band voltage $V_{\rm FB}$ from $-6.1$~V to 32.2~V are obtained. The excursion of $C$--$V$ curves and the shift of $V_{\rm FB}$ are related to the change of defects density and type at the Si/SiCOH interface due to the decrease of Si and O concentrations, and the increase of F concentration. At the CHF$_{3}$/DMCPS flow rate ratio is 0.12, the compensation of F-bonding dangling bond to Si dangling bond leads to a small $V_{\rm FB}$ of 2.0~V.半导体结构;电压特性;电容电压;绝缘体;薄膜;金属;电子回旋共振等离子体;兴奋剂This paper investigates the capacitance-voltage （C-V） characteristics of F doping SiCOH low dielectric constant films metal-insulator-semiconductor structure. The F doping SiCOH films are deposited by decamethylcyclopentasilox-ane [DMCPS） and trifluromethane （CHF3） electron cyclotron resonance plasmas. With the CHF3/DMCPS flow rate ratio from 0 to 0.52, the positive excursion of C-V curves and the increase of fiat-band voltage VFB from -6.1 V to 32.2V are obtained. The excursion of C-V curves and the shift of VFB are related to the change of defects density and type at the Si/SiCOH interface due to the decrease of Si and O concentrations, and the increase of F concentration. At the CHF3/DMCPS flow rate ratio is 0.12, the compensation of F-bonding dangling bond to Si dangling bond leads to a small VFB of 2.0V.     

纳电子器件中的超低介电常数材料与多孔SiCOH薄膜研究

65nm以下线宽的纳电子器件，要求采用介电常数k小于2的超低介电常数材料作为层间和线间绝缘介质，等离子体增强的化学气相沉积技术制备的硅基纳米多孔薄膜，提供了实现k〈2的可能性，多孔SiCOH薄膜成为最具希望的候选材料，但是，纳米孔的引入带来了材料其他性能恶化、集成工艺困难、薄膜微结构分析等许多新问题．文章介绍了多孔SiCOH（超）低k薄膜研究的主要进展及面临的挑战．     

Y掺杂Al2O3高k栅介质薄膜的制备及性能研究

利用射频反应共溅射方法制备了Y掺杂Al₂O₃电介质薄膜，用掠入射x射线衍射检测了薄膜的结构，用高分辨率扫描电子显微镜(HRSEM)、原子力显微镜(AFM)观察了薄膜断面和表面形貌，用高频C-V和变频C-V及J-V测量了样品的电学特性. 结果表明，Y的掺入使电介质薄膜的介电常数k有了很大提高(8.14—11.8)，并体现出了较好的介电特性. 分析认为：与氧具有较大电负性差的Y离子的加入，增大了薄膜中的金属—氧键(M—O)的强度；同时，Y的加入使Al₂O₃的结构和原子配位发生了改变，从而提高了离子极化对薄膜介电常数的贡献. 退火前后的XRD谱均显示薄膜为非晶态；HRSEM断面和AFM形貌像显示所制备的薄膜非常平整，能够满足器件要求. 关键词： 高k栅介质 掺杂氧化铝 射频反应溅射     

Influence of thermal treatment of low dielectric constant SiOC(H) films using MTES/O2 deposited by PECVD

Low dielectric constant SiOC(H) films are deposited on p-type Si(100) substrates by plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) using methyltriethoxysilane (MTES, C₇H₁₈O₃Si) and oxygen gas as precursors. The SiOC(H) films are deposited at room temperature, 100, 200, 300 and 400 °C and then annealed at 100, 200, 300 and 400 °C temperatures for 30 min in vacuum. The influence of deposition temperature and annealing on SiOC(H) films are investigated. Film thickness and refractive index are measured by field emission scanning electron microscopy and ellipsometry, respectively. Chemical bonding characteristics of as-deposited and annealed films are investigated by Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy in the absorbance mode. As more carbon atoms are incorporated into the SiOC(H) films, both film density and refractive index are decreased due to nano pore structure of the film. In the SiOC(H) film, CH₃ group as an end group is introduced into OSiO network, thereby reducing the density to decrease the dielectric constant thereof. The dielectric constant of SiOC(H) film is evaluated by C-V measurements using metal-insulator-semiconductor (MIS), Al/SiOC(H)/p-Si structure and it is found to be as low as 2.2 for annealed samples deposited at 400 °C.     

CHF3 Dual-Frequency Capacitively Coupled Plasma by Optical Emission Spectroscopy

We investigate the intermediate gas phase in the CHFs 13.56 MHz/2 MHz dual-frequency capacitively couple plasma （CCP） for the SiCOH low dielectric constant （low-k） film etching, and the effect of 2MHz power on radicals concentration. The major dissociation reactions of CHF3 in 13.56MHz CCP are the low dissociation bond energy reactions, which lead to the low F and high CF2 concentrations. The addition of 2MHz power can raise the probability of high dissociation bond energy reactions and lead to the increase of F concentration while keeping the CF2 concentration almost a constant, which is of advantage to the SiCOH low-k films etching. The radical spatial uniformity is dependent on the power coupling of two sources. The increase of 2 MHz power leads to a poor uniformity, however, the uniformity can be improved by increasing 13.56 MHz power.