低介电常数材料或称low-K材料是当前
半导体行业研究的热门话题。通过降低集成电路中使用的介电材料的
介电常数,可以降低
集成电路的
漏电电流,降低导线之间的电容效应,降低集成电路发热等等。低介电常数材料的研究是同高分子材料密切相关的。传统半导体使用
二氧化硅作为
介电材料,
氧化硅的介电常数约为4。
真空的介电常数为1,干燥
空气的介电常数接近于1。
简介
低介电常数材料或称low-K材料是当前
半导体行业研究的热门话题。通过降低集成电路中使用的介电材料的
介电常数,可以降低
集成电路的
漏电电流,降低导线之间的电容效应,降低集成电路发热等等。低介电常数材料的研究是同高分子材料密切相关的。传统半导体使用
二氧化硅作为
介电材料,
氧化硅的介电常数约为4。
真空的介电常数为1,干燥
空气的介电常数接近于1。
SiLK
SiLK是Dow Chemical开发的一种低介电常数材料,目前广泛用于集成电路生产。目前已知SiLK是一种高分子材料,但是具体结构仍然是秘密。SiLK的介电常数为2.6。
目前已知SiLK是一种芳香族热固性有机材料,含不饱和键,不含
氟,不含
氧和
氮。SiLK以寡聚物溶液的形式提供,通过spin coating到硅片上后在氮气下加热到320摄氏度去除溶剂并初步交联。最终需要在400摄氏度以上保温来完成交联。
基于硅基高分子的低介电常数材料
基于硅基高分子的低介电常数材料包括hydrogen silsesquioxane(HSQ)和methylsilsesquioxane(MSQ)。
FOx
FOx是Dow Corning开发的基于HSQ的低介电常数材料, k = 2.9。[1]
MSQ
MSQ是methylsilsesquioxane的缩写,这是一种硅基高分子材料。
多孔SiLK与多孔MSQ
通过在SiLK中添加纳米级空洞可以进一步降低介电常数。目前多孔SiLK的介电常数为2.2。
MSQ是methylsilsesquioxane的缩写,这是一种硅基高分子材料,通过在MSQ中添加纳米级空洞,Porous MSQ的介电常数可以达到2.2-2.5。
纳米级空洞通常是通过合成
嵌段共聚物的办法来实现的。
MSQ通常以溶液的形式提供,通过Spin coating的办法分布的硅片上后在保护性气氛下加热交联,去除空洞发生集团。最终形成类
二氧化硅的多孔结构。
多孔SiLK和多孔MSQ的对比
多孔SiLK的机械性能优于多孔MSQ。但是多孔MSQ的结构接近于
二氧化硅,同传统集成电路生产工艺处理方法接近。
Nanoglass
Nanoglass是Nanopore同Honeywell推出的基于
气凝胶的低介电常数材料。Nanoglass所报道的最低介电常数为k=1.3。
HOSP
HOSP是Honeywell推出的基于有机物和硅氧化物的混合体的低介电常数材料。
基于碳搀杂氧化硅的低介电常数材料
基于碳搀杂氧化硅的低介电常数材料通常使用化学气相沉积,因此同传统半导体工艺接近。
Black Diamond
Black Diamond是
应用材料公司推出的基于
化学气相沉积碳搀杂氧化硅的低介电常数材料。k=2.7。
[2]Black Diamond是现在使用最多的低介电常数材料。[3]有报道暗示Black Diamond的K值可以达到2.4。[4]
Coral
Novellus推出的基于
化学气相沉积碳搀杂氧化硅的低介电常数材料。k=2.7。[5]
Aurora
ASM International推出的基于
化学气相沉积碳搀杂氧化硅的低介电常数材料。k=2.7。[6]
Aurora是
英特尔在其90和65nm生产线中使用的材料。[7]