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低介電常數材料

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低介電常數材料或稱low-K材料是當前半導體行業研究的熱門話題。通過降低集成電路中使用的介電材料的介電常數,可以降低集成電路的漏電電流,降低導線之間的電容效應,降低集成電路發熱等等。低介電常數材料的研究是同高分子材料密切相關的。傳統半導體使用二氧化硅作為介電材料,氧化硅的介電常數約為4。真空的介電常數為1,乾燥空氣的介電常數接近於1。

1 低介電常數材料 -SiLK

SiLK是Dow Chemical開發的一種低介電常數材料,目前廣泛用於集成電路生產。目前已知SiLK是一種高分子材料,但是具體結構仍然是秘密。SiLK的介電常數為2.6。

目前已知SiLK是一種芳香族熱固性有機材料,含不飽和鍵,不含氟,不含氧和氮。SiLK以寡聚物溶液的形式提供,通過spin coating到矽片上后在氮氣下加熱到320攝氏度去除溶劑並初步交聯。最終需要在400攝氏度以上保溫來完成交聯。

2 低介電常數材料 -基於硅基高分子的低介電常數材料

基於硅基高分子的低介電常數材料包括hydrogen silsesquioxane(HSQ)和methylsilsesquioxane(MSQ)。

3 低介電常數材料 -FOx

FOx是Dow Chemical開發的基於HSQ的低介電常數材料, k = 2.9。

4 低介電常數材料 -MSQ

MSQ是methylsilsesquioxane的縮寫,這是一種硅基高分子材料。

5 低介電常數材料 -多孔SiLK與多孔MSQ

通過在SiLK中添迦納米級空洞可以進一步降低介電常數。目前多孔SiLK的介電常數為2.2。

MSQ是methylsilsesquioxane的縮寫,這是一種硅基高分子材料,通過在MSQ中添迦納米級空洞,Porous MSQ的介電常數可以達到2.2-2.5。

納米級空洞通常是通過合成嵌段共聚物的辦法來實現的。

MSQ通常以溶液的形式提供,通過Spin coating的辦法分佈的矽片上后在保護性氣氛下加熱交聯,去除空洞發生集團。最終形成類二氧化硅的多孔結構。

6 低介電常數材料 -多孔SiLK和多孔MSQ的對比

多孔SiLK的機械性能優於多孔MSQ。但是多孔MSQ的結構接近於二氧化硅,同傳統集成電路生產工藝處理方法接近。

7 低介電常數材料 -Nanoglass

Nanoglass是Nanopore同Honeywell推出的基於氣凝膠的低介電常數材料。Nanoglass所報道的最低介電常數為k=1.3。

8 低介電常數材料 -HOSP

HOSP是Honeywell推出的基於有機物和硅氧化物的混合體的低介電常數材料。

9 低介電常數材料 -基於碳攙雜氧化硅的低介電常數材料

基於碳攙雜氧化硅的低介電常數材料通常使用化學氣相沉積,因此同傳統半導體工藝接近。

10 低介電常數材料 -Black Diamond

Black Diamond是應用材料公司推出的基於化學氣相沉積碳攙雜氧化硅的低介電常數材料。k=2.7。

Black Diamond是現在使用最多的低介電常數材料。 有報道暗示Black Diamond的K值可以達到2.4。

11 低介電常數材料 -Coral

Novellus推出的基於化學氣相沉積碳攙雜氧化硅的低介電常數材料。k=2.7。

12 低介電常數材料 -Aurora

ASM International推出的基於化學氣相沉積碳攙雜氧化硅的低介電常數材料。k=2.7。

Aurora是英特爾在其90和65nm生產線中使用的材料。

13 低介電常數材料 -參考

Honeywell 低介電常數材料產品

Dow SiLK網站

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