摘要：在超大規模集成電路中，隨著器件集成度的提高和延遲時間的進一步減小，需要應用新型低介電常數（k<3)材料。本文介紹了當前正在研究和開發的幾種低介電材料，其中包括聚合物、摻氟、多孔和納米介電材料。
關鍵詞：低介電常數；聚合物；摻氟材料；多孔材料；納米材料
中圖分類號：0484.4 文獻標識碼：a文章編號：1671-4776（2003）09-0011-04
１引言 隨著超大規模集成電路（ulsi）器件集成度的提高，元件極小尺寸向深亞微米發展，甚至將達到70nm水平。當器件特征尺度逐漸減小時，由于多層布線和邏輯互連層數增加達８～９層，導線間電容和層間電容以及導線電阻增加，從而使得導線電阻ｒ和電容ｃ產生的ｒｃ延遲會有所上升，這就限制了器件的高速性能，而且增加能耗。為了降低ｒｃ延時及功率損耗，除了采用低電阻率金屬（如銅）替代鋁外，重要的是降低介質層帶來的寄生電容ｃ。由于ｃ正比于介電常數ｋ，所以就需要開發新型的低介電常數（ｋ＜３）材料來作為絕緣材料。這些低ｋ材料需具備以下性質：在電性能方面，要有低損耗和低泄漏電流；在機械性能方面，要有高附著力和高硬度，否則外力將易于跨越材料的降伏強度，勢必導致斷線危機，進而破壞組件的運作；在化學性能方面，要能耐腐蝕和有低吸水性；在熱性能方面，要有高穩定性和低收縮性。由于普遍采用的介電材料sio2（k=39～42）已經不能滿足ulsi發展的需求，所以多年來人們一直都在努力尋找各種合適的低介電材料。本文主要綜述了近年來人們研究和開發的新型低介電材料，例如有機和無機低ｋ材料，摻氟低ｋ材料，多孔低ｋ材料以及納米低ｋ材料等。 ２低介電常數材料 ２.１有機低ｋ材料 有機低ｋ材料種類繁多，性質各異，其中以聚合物低ｋ材料居多。表１列舉了12種ｋ值較低的有機材料，我們重點介紹其中的聚酰亞胺。 聚酰亞胺（pi）是一類以酰亞胺環為結構特征的高性能聚合物材料，介電常數為34左右，摻入氟，或將納米尺寸的空氣分散在聚酰亞胺中，介電常數可以降至23～28。介電損耗角正切值為10-3，介電強度為1～3 mv／cm，體電阻率為1017 ω·ｃｍ。這些性能在一個較大的溫度范圍和頻率范圍內仍能保持穩定。聚酰亞胺薄膜具有耐高低溫特性和耐輻射性、優良的電氣絕緣性、粘結性及機械性能。例如未填充的塑料的抗張力強度都在100兆帕斯卡以上，而且能在－269～250℃的溫度范圍內長期使用。熱膨脹系數很低，為2×10－5～3×10－5／℃。聚酰亞胺復合薄膜還具有高溫自粘封的特點。聚酰亞胺低ｋ材料目前已廣泛應用于宇航、電機、運輸工具、常規武器、車輛、儀表通信、石油化工等工業部門。它可作耐高溫柔性印刷電路基材，也可以作為扁平電路、電線、電纜、電磁線的絕緣層以及用作各種電機的絕緣等。 一種孔洞尺寸為納米級，介電常數低于24的芳香性聚酰亞胺泡沫材料已經問世。它是目前制備聚酰亞胺玻璃布覆銅板的新型介電材料。制備聚酰亞胺納米泡沫材料的一般方法為：通過共縮聚反應，合成熱穩定性好的聚酰亞胺再與一些帶有氨基的、熱穩定性差的齊聚物鑲嵌或接枝而成為共聚物。全芳香聚酰亞胺開始分解溫度一般都在500℃左右。由聯苯二酐和對苯二胺合成的聚酰亞胺，熱分解溫度達到600 ℃，這是迄今聚合物中熱穩定性最高的品種之一。 除聚酰亞胺外，還有硅烷交聯聚乙烯和四甲基硅甲烷聚合物低ｋ材料也具有一些特殊的性質，這里簡單介紹一下。 硅烷交聯聚乙烯耐電壓、耐熱、耐腐蝕、電阻系數高、介電常數小、機械性能好、加工便利，它被廣泛應用于制造電力電纜、聚乙烯管、交聯聚乙烯鋁塑復合管材等。 以四甲基硅甲烷和o2的混合氣體為原料，通過射頻等離子體增強化學汽相沉積方法（pecvd）而制得的薄膜能在較高的溫度下保持穩定。350℃時退火得到的ｋ值為32，而在500 ℃下退火30mink 值降至27，維持了其低ｋ特性，成為不可多得的耐熱性能強的有機低介電材料之一［１］。 ２．２無機低ｋ材料 比較典型的無機低ｋ材料有無定形碳氮薄膜、多晶硼氮薄膜、氟硅玻璃等。這里分別介紹如下。 ２．２．１無定形碳氮薄膜 通過特殊工藝制備的無定形碳氮薄膜ａｃｎｘ，在１ ｍｈｚ頻率下介電常數值可降至19。并且它比一般ａｃｎｘ具有更高的電阻率［２］。用ｃ２ｈ２和ｎ２作為原料氣體，硅作為襯底，電子回旋加速器共振等離子
黃嬈，劉之景 | （中國科學技術大學近代物理系，安徽 合肥 230026） | 摘要：在超大規模集成電路中，隨著器件集成度的提高和延遲時間的進一步減小，需要應用新型低介電常數（k<3)材料。本文介紹了當前正在研究和開發的幾種低介電材料，其中包括聚合物、摻氟、多孔和納米介電材料。
關鍵詞：低介電常數；聚合物；摻氟材料；多孔材料；納米材料
中圖分類號：0484.4 文獻標識碼：a文章編號：1671-4776（2003）09-0011-04
１引言 隨著超大規模集成電路（ulsi）器件集成度的提高，元件極小尺寸向深亞微米發展，甚至將達到70nm水平。當器件特征尺度逐漸減小時，由于多層布線和邏輯互連層數增加達８～９層，導線間電容和層間電容以及導線電阻增加，從而使得導線電阻ｒ和電容ｃ產生的ｒｃ延遲會有所上升，這就限制了器件的高速性能，而且增加能耗。為了降低ｒｃ延時及功率損耗，除了采用低電阻率金屬（如銅）替代鋁外，重要的是降低介質層帶來的寄生電容ｃ。由于ｃ正比于介電常數ｋ，所以就需要開發新型的低介電常數（ｋ＜３）材料來作為絕緣材料。這些低ｋ材料需具備以下性質：在電性能方面，要有低損耗和低泄漏電流；在機械性能方面，要有高附著力和高硬度，否則外力將易于跨越材料的降伏強度，勢必導致斷線危機，進而破壞組件的運作；在化學性能方面，要能耐腐蝕和有低吸水性；在熱性能方面，要有高穩定性和低收縮性。由于普遍采用的介電材料sio2（k=39～42）已經不能滿足ulsi發展的需求，所以多年來人們一直都在努力尋找各種合適的低介電材料。本文主要綜述了近年來人們研究和開發的新型低介電材料，例如有機和無機低ｋ材料，摻氟低ｋ材料，多孔低ｋ材料以及納米低ｋ材料等。 ２低介電常數材料 ２.１有機低ｋ材料 有機低ｋ材料種類繁多，性質各異，其中以聚合物低ｋ材料居多。表１列舉了12種ｋ值較低的有機材料，我們重點介紹其中的聚酰亞胺。 聚酰亞胺（pi）是一類以酰亞胺環為結構特征的高性能聚合物材料，介電常數為34左右，摻入氟，或將納米尺寸的空氣分散在聚酰亞胺中，介電常數可以降至23～28。介電損耗角正切值為10-3，介電強度為1～3 mv／cm，體電阻率為1017 ω·ｃｍ。這些性能在一個較大的溫度范圍和頻率范圍內仍能保持穩定。聚酰亞胺薄膜具有耐高低溫特性和耐輻射性、優良的電氣絕緣性、粘結性及機械性能。例如未填充的塑料的抗張力強度都在100兆帕斯卡以上，而且能在－269～250℃的溫度范圍內長期使用。熱膨脹系數很低，為2×10－5～3×10－5／℃。聚酰亞胺復合薄膜還具有高溫自粘封的特點。聚酰亞胺低ｋ材料目前已廣泛應用于宇航、電機、運輸工具、常規武器、車輛、儀表通信、石油化工等工業部門。它可作耐高溫柔性印刷電路基材，也可以作為扁平電路、電線、電纜、電磁線的絕緣層以及用作各種電機的絕緣等。 一種孔洞尺寸為納米級，介電常數低于24的芳香性聚酰亞胺泡沫材料已經問世。它是目前制備聚酰亞胺玻璃布覆銅板的新型介電材料。制備聚酰亞胺納米泡沫材料的一般方法為：通過共縮聚反應，合成熱穩定性好的聚酰亞胺再與一些帶有氨基的、熱穩定性差的齊聚物鑲嵌或接枝而成為共聚物。全芳香聚酰亞胺開始分解溫度一般都在500℃左右。由聯苯二酐和對苯二胺合成的聚酰亞胺，熱分解溫度達到600 ℃，這是迄今聚合物中熱穩定性最高的品種之一。 除聚酰亞胺外，還有硅烷交聯聚乙烯和四甲基硅甲烷聚合物低ｋ材料也具有一些特殊的性質，這里簡單介紹一下。 硅烷交聯聚乙烯耐電壓、耐熱、耐腐蝕、電阻系數高、介電常數小、機械性能好、加工便利，它被廣泛應用于制造電力電纜、聚乙烯管、交聯聚乙烯鋁塑復合管材等。 以四甲基硅甲烷和o2的混合氣體為原料，通過射頻等離子體增強化學汽相沉積方法（pecvd）而制得的薄膜能在較高的溫度下保持穩定。350℃時退火得到的ｋ值為32，而在500 ℃下退火30mink 值降至27，維持了其低ｋ特性，成為不可多得的耐熱性能強的有機低介電材料之一［１］。 ２．２無機低ｋ材料 比較典型的無機低ｋ材料有無定形碳氮薄膜、多晶硼氮薄膜、氟硅玻璃等。這里分別介紹如下。 ２．２．１無定形碳氮薄膜 通過特殊工藝制備的無定形碳氮薄膜ａｃｎｘ，在１ ｍｈｚ頻率下介電常數值可降至19。并且它比一般ａｃｎｘ具有更高的電阻率［２］。用ｃ２ｈ２和ｎ２作為原料氣體，硅作為襯底，電子回旋加速器共振等離子
 熱門點擊
推薦技術資料
中宁县|
盈江县|
鱼台县|
沂南县|
全州县|
桂东县|
六安市|
泰安市|
澜沧|
博罗县|
铁岭市|
垫江县|
伊金霍洛旗|
梓潼县|
灵璧县|
普陀区|
贵溪市|
衡南县|
天峨县|
牟定县|
留坝县|
长武县|
和田市|
德阳市|
海原县|
电白县|
蕲春县|
福鼎市|
淮安市|
昭苏县|
怀集县|
连云港市|
乐昌市|
勃利县|
邯郸市|
利川市|
新源县|
遂昌县|
保定市|
香格里拉县|
汤原县|
|
| 
公網安備44030402000607
