低介电常数材料研究共37页

低介电常数材料的特点、分类及应用胡扬摘要: 本文先介绍了低介电常数材料（Low k Materials）的特点、分类及其在集成电路工艺中的应用。

指出了应用低介电常数材料的必然性，举例说明了低介电常数材料依然是当前集成电路工艺研究的重要课题，并展望了其发展前景。

正文部分综述了近年研究和开发的low k材料，如有机和无机低ｋ材料，掺氟低ｋ材料，多孔低ｋ材料以及纳米低ｋ材料等，评述了纳米尺度微电子器件对低k 薄膜材料的要求。

最后特别的介绍了一种可能制造出目前最小介电常数材料的技术： Air-Gap。

关键词：低介电常数；聚合物；掺氟材料；多孔材料；纳米材料 ;Air-Gap1．引言随着ULSI器件集成度的提高，纳米尺度器件内部金属连线的电阻和绝缘介质层的电容所形成的阻容造成的延时、串扰、功耗就成为限制器件性能的主要因素,微电子器件正经历着一场材料的重大变革：除用低电阻率金属（铜）替代铝，即用低介电常数材料取代普遍采用的SiO2（k：3.9～4.2）作介质层。

对其工艺集成的研究，已成为半导体ULSI工艺的重要分支。

这些低ｋ材料必须需要具备以下性质：在电性能方面:要有低损耗和低泄漏电流；在机械性能方面:要有高附着力和高硬度;在化学性能方面:要有耐腐蚀和低吸水性；在热性能方面:要有高稳定性和低收缩性。

2．背景知识低介电常数材料大致可以分为无机和有机聚合物两类。

目前的研究认为，降低材料的介电常数主要有两种方法：其一是降低材料自身的极性，包括降低材料中电子极化率（electronic polarizability），离子极化率（ionic polarizability）以及分子极化率（dipolar polarizability）。

在分子极性降低的研究中，人们发现单位体积中的分子密度对降低材料的介电常数起着重要作用。

材料分子密度的降低有助于介电常数的降低。

这就是第二种降低介电常数的方法：增加材料中的空隙密度，从而降低材料的分子密度。

收稿:2004年10月,收修改稿:2005年4月　3武器装备预研项目(41312040307)33通讯联系人　e 2mail :wangjuan @低介电常数介质薄膜的研究进展3王　娟33　张长瑞　冯　坚(国防科技大学航天与材料工程学院新型陶瓷纤维及其复合材料国防科技重点实验室　长沙410073)摘　要　用低介电常数介质薄膜作金属线间和层间介质可以降低超大规模集成电路(U LSI )的互连延迟、串扰和能耗。

从介质极化的原理出发,揭示了开发低介电常数介质薄膜的可能途径;综述了低介电常数介质薄膜的制备方法、结构与性能表征、工艺兼容性等领域的最新进展。

关键词　低介电常数介质薄膜　多孔薄膜　SS Q 基介质　纳米多孔SiO 2薄膜　含氟氧化硅(SiOF )薄膜　含碳氧化硅(SiOCH )薄膜　有机聚合物介质中图分类号:O64;T B43;O48418　文献标识码:A 文章编号:10052281X (2005)0621001211The Development of Low Dielectric Constant FilmsWang Juan33　Zhang Changrui Feng Jian(K ey Laboratory of Advanced Ceramic Fibers &C om posites ,C ollege of Aerospace and Material Engineering ,National University of Defense T echnology ,Changsha 410073,China )Abstract Low dielectric constant (low k )films used as intermetal or interlevel dielectrics can minimize interconnect resistance Πcapacitance (RC )delay ,power consum ption and cross talk of U LSI.The possible ways to lower the k values of dielectric films are revealed based on analysis of m olecule polarization.The synthesis ,structure ,properties and process interaction of low k dielectrics are reviewed.Characterization techniques for low k dielectric films are summarized.K ey w ords low dielectric constant films ;porous films ;silsesquioxane (SS Q )based dielectrics ;nanoporous silica films ;fluorine doped silica film (SiOF );carbon doped silica film (SiOCH );organic polymer dielectrics 随着超大规模集成电路(U LSI )的发展,器件特征尺寸不断缩小,电路的互连延迟逐渐增大[1,2],成为制约集成电路速度进一步提高的瓶颈。

不同条件下低介电常数材料机械性研究【摘要】目前最新的组件结构均采用低介电常数材料及铜导线技术来降低多层金属联机中时间延迟效应。

低介电常数材料多为组织松散，机械强度不理想，故低介电常数材料是多层金属导线，外力将易于跨越材料之降伏强度，势必导致断线之危机，进而破坏组件的运作。

针对低介电常数材料的机械性质，首先探讨低介电常数材料本身的机械性质；其次探讨低介电常数材料和相邻材料的附着性质。

【关键词】电常数材料；铜导线；多层金属导线1.简介在先进的集成电路多层金属导线设计准则中，0.18世代之最小金属间距已小于0.25微米；为了降低集成电路组件操作时的时间延迟及功率消耗，金属间的隔绝材料使用低介电常数材料乃是必要的。

另一方面，芯片封装技术亦伴随着集成电路多层金属导线尺寸的快速缩小，而面临相同的困境。

由于低介电常数材料使用的必然性及可预期的广大市场需求，过去几年来，全世界半导体材料供货商及研发中心均致力于发展质量合乎新世代集成电路要求的低介电常数材料。

大约有100种左右不同的低介电常数材料，以化学气相沉积、旋涂式沉积或其他方式制备而成，然而经由电性质、热性质及机械性质鉴定后，仅有少数低介电常数材料符合基本物理及化学性质要求；对于制程整合的考虑更进一步淘汰了一些物性及化性稳定的低介电常数材料。

所以目前建议可能使用的低介电常数材料，大致上仅剩（I）有机硅酸盐类和（II）有机高分子相关材料两大类。

尽管如此，这两大类低介电常数材料并非完美，基本结构的改进仍有许多空间需努力。

针对低介电常数材料的机械性质。

低介电常数材料的机械性质包含两个主要部分；第一部分为材料本身的机械性质，硬度及薄膜应力为两个重要指标。

一般而言，为了达到低介电性质，低介电常数材料多为组织松散的多孔性材质，弹性模数只有传统二氧化硅（72 GPa）的1/10到1/5倍，热膨胀系数则比传统二氧化硅大4到10倍；低介电常数薄膜应力通常为相对值不大的张应力，此特性亦有别于传统二氧化硅。

半导体器件中的l o w-k技术(总7页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--半导体集成电路中的low-k技术摘要：随着芯片集成度的不断提高，RC时延、串扰噪声和功耗等越来越成为严重的问题。

low-k(低介电常数)技术在这样的背景下产生并逐渐应用到集成电路工艺中。

low-k材料代替SiO2能够进一步提高芯片的速度，但在low-k材料带来巨大技术优势的同时，也带来了一些技术性难题。

研究新型low-k材料并提升其相应的性能，将极大的促进集成电路的发展。

关键词: 集成电路 low-k技术低介电常数多孔材料1 前言随着超大规模集成电路(Very Large Scale Integration,VLSI)的高速发展，芯片的集成度不断提高，特征尺寸不断减小。

金属互连的多层布线导致金属导线的电阻、线间电容和层间电容增大，从而使RC延迟时间、串扰噪声和功耗等增加，这些问题成为集成电路进一步发展的制约因素[1,2]。

为了解决上述问题，提高芯片的速度，一方面用采用Cu金属互连线代替Al金属，减少电阻(Cu电阻率为×10-8Ω·m，Al电阻率×10-8Ω·m)。

另一方面用low-k电介质(k<3)代替SiO2(k=~，降低金属互连层间绝缘层的介电常数k[3,4]。

90 nm 工艺要求k = ～；65 nm工艺要求k = ～；45 nm 工艺要求k = ～[3]；32nm及以下工艺要求k值在之下[5]。

因此，low-k技术已经成为集成电路领域的重点研究内容之一。

2 low-k技术的优势图1 分布电容示意图low-k技术就是就是寻找介电常数(k)较小的材料作为芯片内部电路层之间的绝缘介质ILD(Inter Layer Dielectrics，层间电介质)，防止各层电路的相互干扰，以提升芯片的稳定性和工作频率。

集成电路的速度由晶体管的栅延时和信号的传播延时共同决定，使用high-k材料可以有效地降低栅延时。

专题论述低介电常数聚酰亚胺的研究进展李艳青,唐旭东,董　杰(天津科技大学材料科学与化学工程学院,天津　300457) 摘　要:现代微电子工业要求层间绝缘材料具有较低的介电常数。

该文介绍了几种降低聚酰亚胺介电常数的方法,包括含氟聚酰亚胺、聚酰亚胺无机杂化复合材料和聚酰亚胺多孔材料,其中最为有效的措施是将含氟取代基引入到聚酰亚胺分子结构中。

关键词:低介电常数;聚酰亚胺;含氟;无机杂化;多孔材料中图分类号:T Q32317 文献标识码:A 文章编号:10062334X (2010)022*******收稿日期:2010-04-06作者简介:李艳青(1984-),河北廊坊人,硕士,研究方向为高分子新材料,已发表论文1篇。

聚酰亚胺(P I )是重复单元中含有酰亚胺基团的芳杂环高分子化合物,刚性酰亚胺结构赋予了聚酰亚胺独特的性能,如良好的力学性能、耐高温性能、尺寸稳定性、耐溶剂性等,成功应用于航空、航天、电子电器、机械化工等行业。

随着微电子工业的不断发展,对相关材料的耐热性能以及介电性能等提出了更高的要求,这为P I 材料在微电子领域内的应用起到了极大的推动作用。

聚酰亚胺虽然应用广泛,但也存在不溶不熔、亚胺化温度高、颜色较深、吸湿率偏高和介电常数偏高等缺点。

现代微电子工业为了达到更高的集成度,要求芯片尺寸越来越小,芯片中信号传输的延迟时间也会相应增加,这种延迟时间与层间绝缘材料的介电常数成正比。

为了提高信号的传输速度,必须将层间绝缘材料的介电常数降低至2.0～2.5,通常聚酰亚胺材料的介电常数为3.0～3.5,难以满足这一要求,为了降低聚酰亚胺的介电常数,人们对其进行了大量的改性工作,主要包括:引入含氟取代基、掺杂无机低介电材料、在聚酰亚胺基体材料中引入空隙,其中最为有效的措施之一是将含氟取代基引入到聚酰亚胺的分子结构中。

1　含氟聚酰亚胺为了降低P I 的介电常数,研究最多的是将含氟取代基引入到P I 分子结构中,通常引入氟元素可以将介电常数降低到2.3～2.9。

国内做低介电常数材料的课题组国内做低介电常数材料的课题组介绍及其意义1. 引言在当前科技快速发展的时代背景下，低介电常数材料作为电子器件制造过程中不可或缺的一部分，正日益受到重视。

国内的一些课题组致力于研究和开发低介电常数材料，为电子器件的高效性和性能提供了重要的支持。

本文将就国内做低介电常数材料的课题组进行评估和介绍，并讨论其对电子器件的意义。

2. 国内低介电常数材料的研究现状2.1 课题组国内有许多具有优秀科研实力的课题组致力于低介电常数材料的研究。

中国科学技术大学材料科学与工程系的XXX教授领导的课题组积极探索低介电常数材料的合成和性能优化，具有丰富的研究经验和深厚的学术造诣。

清华大学材料学院的XXX教授课题组、上海交通大学材料科学与工程学院的XXX教授课题组等也在低介电常数材料领域取得了一定的研究成果。

2.2 研究内容国内课题组主要关注低介电常数材料的设计、合成和性能优化。

他们通过探索不同合成方法、微结构调控和材料参数的优化，寻求提高材料的低介电常数并保持其他性能的平衡。

课题组还研究多功能低介电常数材料的应用，例如在微波和光子技术等领域的应用。

3. 低介电常数材料的意义3.1 电子器件中的应用低介电常数材料在电子器件制造中起着至关重要的作用。

随着电子器件的发展，信号传输的速度也在不断提高，因此需要具有低介电常数的材料来减少信号传输过程中的能耗和信号损失。

低介电常数材料还能降低电子器件之间的干扰，提高器件性能和稳定性。

3.2 节能环保低介电常数材料的研究和应用也与节能环保密切相关。

电子器件的工作效率和能源消耗之间存在一定的关联，而低介电常数材料的应用能够降低电子器件的能耗，以达到节能的目的。

低介电常数材料还可以减少电子废弃物的产生，对环境保护有积极作用。

4. 对该课题组的个人观点和理解在我看来，国内做低介电常数材料的课题组在推动电子器件制造技术的发展方面发挥了重要作用。

他们通过设计合成新的低介电常数材料，提高电子器件的性能和效率。