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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)：949 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(dǎo)線之間的電容效應(yīng)、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(xué)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(qiáng)化學(xué)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(yīng)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(yīng)用中需要提前知悉使用低介電常數(shù)材料的相關(guān)風(fēng)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(dǎo)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(dǎo)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(jī)械強(qiáng)度存在差異，這也易導(dǎo)致分層和裂紋的出現(xiàn)。最后，Cu易擴(kuò)散進(jìn)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(jìn)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(dǎo)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(dǎo)電性，減弱荷電效應(yīng)；

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

        3.   減小工作距離，可提高圖像分辨率，彌補(bǔ)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(hù)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(jìn)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(hù)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(hù)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(yīng)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(kuò)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。