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Versum 实验室注释

低介电质金属间电介质

低介电质金属间电介质(ILD)已在后端集成中使用十多年了。这些薄膜已经从致密的、单一的、基于化学前驱体的碳掺杂氧化物发展到多孔、结构成型剂和基于致孔剂的碳掺杂氧化物或多孔低介电质膜。孔隙度的增加对于减少 2.5–2.6 之间的 k 是必要的,这是目前在 HVM 中的典型多孔低介电质膜。

随着技术节点的进步,膜间距收缩,对低介电质膜的需求也随之改变。机械性能取决于集成设备制造商的集成方案,对于更高的弹性模量可能变得非常关键,并且需要硬度来减少非常薄的 ILD 层中的机械缺陷。薄 ILD 层的另一个考虑因素是 ILD 薄膜通过侧壁暴露于集成期间的蚀刻和灰化步骤的等离子体诱导损伤(PID),其可影响薄膜的电性能。当膜中的活性自由基剥离碳离开最终转化为羟基并增加介电常数的活性位点时,会发生 PID。

在目前的低介电质过程化学中,这两个原理,机械强度和随后 k 损失的 PID,趋向于相反的方向。对于给定的 k 值,增加低介电质膜的碳含量可通过降低在等离子体中形成的活性自由基的穿透深度来降低 PID 的深度。然而,较高碳含量的薄膜具有较低的硅氧键合密度,导致较低的机械强度。相反,降低碳含量以提高机械强度需要更高程度的孔隙率来维持介电常数,从而增加等离子体损伤的深度。

平衡这些需求对于为下一代设备开发成功的 ILD 流程至关重要。Versum Materials 正在开发解决方案,可以弥补强机械性能和降低的 PID 之间的差距。通过控制沉积在膜中的碳的类型和数量,可以实现较高的机械强度和较低的 PID 之间的平衡。除了与原始设备制造商合作之外,Versum Materials 还可以与各个 IDM 合作来定制 ILD 解决方案,以满足他们特定的集成需求。我们的应用实验室配备了最先进的 300mm PECVD 工艺工具,用于开发可以轻松转移到 HVM 工艺工具的最佳已知方法(BKM)。

Versum Materials 设计了新的结构形成化学前驱体,用于与现有的成孔剂一起使用,或者单独用于机械强度非常高的薄膜,以帮助满足 10 nm、7 nm、5 nm 和更高标准。对 PECVD 工艺中化学前驱体结构如何影响膜性能以及统计实验设计(DOE)方法的基本理解用于描绘诸如等离子体功率、化学前驱体和氧化剂流量、温度和压力等工艺条件。这允许预测化学前驱体所需的工艺参数以获得特定的膜特性。使用了最先进的计量学来测量膜属性,包括厚度、折射率、孔隙率、成分、化学键结、介电常数和机械性能。这些计量工具已经与包括在 OEM、IDM 和研究机构使用的外部计量工具进行了对比。

Versum Materials 很高兴有机会与您合作,共同讨论并帮助您开发针对下一代设备的特定 ILD 膜要求。我们丰富的经验与强大的工艺数据库相结合,可以为开发量身定制的解决方案提供一个起点,以满足对单一化学前驱体致密或多孔低介电质 ILD 的需求。

参考文献:

O’Neil M. L. 等通过等离子体增强化学气相沉积生产的有机玻璃的优化材料特性,MRS Proceedings,第 766 卷,剑桥大学出版社 2003

Ridgeway R. G. 等开发多孔低介电质化学前驱体以提供增强的机械性能而不牺牲碳含量,Proceedings Semicon Taiwan,2016 年 9 月

作者

Robert Ridgeway 在过去 27 年里一直从事电子技术领域的工作。他目前是亚利桑那州坦佩的有机硅烷 PECVD/FCVD 应用开发团队的负责人。Bob 毕业于德雷克塞尔大学,获得化学博士学位。

Robert.Ridgeway@nullversummaterials.com

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