DMCPS电子回旋共振等离子体沉积SiCOH低介电常数薄膜研究

【作者】 叶超； 宁兆元； 王婷婷； 俞笑竹；

【机构】 苏州大学物理科学与技术学院；

【摘要】 随着微电子技术的快速发展,2010年左右将进入65nm及其以下线宽的纳电子器件时代。为了解决由器件尺寸减小和器件密度提高带来的诸多问题,第二代(超)低介电常数(低k)材料得到人们极大关注。作为65nm及其以下线宽纳电子器件中超低k介质的主要候选材料,多孔SiCOH低k薄膜具有从低k材料发展为超低k材料(k<2.0)的可延展性、较好的热稳定性等许多重要优点,成为近期(超)低k材料研究工作的重点。本文采用电子回旋共振(ECR)等离子体技术和十甲基环五硅氧烷(DMCPS)源开展了多孔SiCOH低k薄膜的研究工作。实验结果表明,SiCOH薄膜的介电常数在2.88～4.22之间,最低值与采用其它环结构源沉积的SiCOH薄膜的介电常数值接近,达到了较低数值。SiCOH薄膜经400℃热处理后,膜厚减小,最大相对变化率小于15%,呈现较好的热稳定性。SiCOH薄膜在1MV/cm场强下的漏电流为8.5×10-6A/cm2,且场强达到2.5MV/cm时,未发生击穿现象,具有较优越的绝缘性能。因此,采用ECR-CVD技术和DMCPS源可以制备热稳定性优良的、绝缘性能优越的低介电常数SiCOH薄膜。文中采用FTIR测量了DMCPS源和SiCOH薄膜的结构性质。结果表明,SiCOH薄膜呈两种典型结构。一类是较多地保存了DMCPS源中的基团,即Si-O-Si网络结构、SiMe2(Me代表甲基,即CH3)基团、Si-CH=CH2基团和Si-OH基团;另一类只保存了SiMe2和Si-O-Si网络结构,而Si-CH=CH2和Si-OH结构消失。文中进一步分析了影响薄膜介电常数的因素。实验发现薄膜的介电常数分为两个区域,即2.88-3.21之间的较低k值区(k<3.5)和3.53～4.22之间的较大植区(k>.5),这两个k值区与上述不同结构特点的薄膜相对应,即存在Si-OH键的SiCOH薄膜介电常数在3.5以上,而不含Si-OH的SiCOH薄膜介电常数小于3.5。对于k<3.5的薄膜,介电常数的降低与薄膜中形成的Si-O-Si立体鼠笼结构引入的空气隙(k-1)有关。对于k>3.5的薄膜,Si-O-Si鼠笼结构导致的介电常数降低被Si-OH的强极性所补偿,从而使薄膜的介电常数增大。因此降低Si-OH键的含量,并提高Si-O-Si鼠笼结构的含量是降低SiCOH薄膜介电常数的可能途径。更多还原