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技術(shù)干貨| 低介電常數(shù)材料的失效分析

點擊次數(shù):686 更新時間:2023-10-11

低介電常數(shù)材料簡介

        低介電常數(shù)材料是指介電常數(shù)較小的材料,通過降低集成電路中使用的介電材料的介電常數(shù),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(fā)熱等等,更可以有效提升電子元器件的速度。

如何降低材料的介電常數(shù)?

        既然降低材料的介電常數(shù)有那多好處,那如何降低材料的介電常數(shù)呢?

        降低介電常數(shù)的方法有多種方法,其中一種方法是通過添加一些添加劑來改變材料的物理和化學性質(zhì),從而降低其介電常數(shù)。例如,添加一些氟化物或氧化物可以降低陶瓷的介電常數(shù)。

        另外,可以通過改變制備工藝來降低材料的介電常數(shù),例如,通過等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)技術(shù)來制備低介電常數(shù)材料。

低介電常數(shù)材料應用存在的問題

        雖然低介電常數(shù)材料具有各種優(yōu)點,但在實際應用中需要提前知悉使用低介電常數(shù)材料的相關(guān)風險。

        與二氧化硅相比,低介電常數(shù)材料有較低的密度和松軟的結(jié)構(gòu),使其更容易受到外部力量的破壞。此外,由于其熱傳導性能較差,不利于內(nèi)部熱量的散發(fā);同時,它的熱膨脹系數(shù)也與金屬不匹配,可能導致分層和裂紋的產(chǎn)生。另外,低介電常數(shù)材料與金屬層之間的機械強度存在差異,這也易導致分層和裂紋的出現(xiàn)。最后,Cu易擴散進入低介電常數(shù)材料的孔隙中,從而影響芯片的可靠性。

低介電常數(shù)材料的失效分析難點

        同樣基于低介電常數(shù)材料的材料特點,在對低介電常數(shù)材料進行失效原因分析的時候容易由于分析設(shè)備電子束直接造成對樣品的傷害,導致無法有效分析其失效原因。

        其中有效的解決方法包括:

        1.   涂層Pt可改善樣品導電性,減弱荷電效應;

        2.   降低SEM觀察電壓,減小高能電子束輻射損傷和荷電效應;

        3.   減小工作距離,可提高圖像分辨率,彌補電壓降低的不利影響;

        4.   減弱束流,弱化電子束的短時轟擊損傷;

        這些措施可以幫助保護樣品,同時提高圖像質(zhì)量。

        根據(jù)我們的研究結(jié)果,我們可以得出以下結(jié)論:

        1.   低電壓電流對低介電常數(shù)材料造成的損傷相對較小。在實驗過程中,我們發(fā)現(xiàn)使用低電壓電流進行操作可以有效地減少low-k材料的損傷程度,在相關(guān)失效分析操作中需要盡可能減低電壓與電流;

        2.   表面dep層可以有效地保護低介電常數(shù)材料不受損壞。通過在low-k材料表面添加dep層,可以形成一個保護層,有效地隔離試驗本身對材料的影響;

        3.   經(jīng)過Cu plating及Cu CMP工藝處理的樣品中,由于應力和熱膨脹系數(shù)不匹配等原因,多孔低介電常數(shù)材料會出現(xiàn)明顯的孔擴大現(xiàn)象,可以用于分辨低介電常數(shù)材料與普通的二氧化硅材料。