11、集成电路多层金属化中的无机与有机介电材料

集成电路多层金属化中的无机与有机介电材料

无机介电材料

硅酸盐旋涂玻璃（SOG）膜

硅酸盐SOG膜常用于与其他化学气相沉积（CVD）或等离子体增强化学气相沉积（PECVD）介电层结合，用于层间电介质（ILD）应用。然而，这种膜容易开裂，主要原因是其结构较为多孔。与高温生长的SiO₂相比，硅酸盐SOG膜的密度和硬度较差。而且，多孔的SiO₂膜容易吸收大量水分，这会导致器件稳定性问题。膜中的水分含量是一个严重问题，将在ILD部分单独讨论。

硅氧烷SOG

为了改变SOG材料的性能，可以在Si - O主链上连接各种有机侧基。常见的有机侧基R包括甲基（ - CH₃）、乙基（ - C₂H₅）或苯基（ - C₆H₅）等，添加这些侧基的目的是降低膜应力、减少颗粒产生和水分吸收。

例如，当适量的甲基侧基添加到起始材料中时，反应可以表示为：
[Si(OEt)_4 + MeSi(OEt)_3 + H_2O \longrightarrow EtOH + Si(OEt)_3OH + MeSi(OEt)_2OH + MeSi(OEt)(OH)_2 + \cdots]

当硅源材料的每个起始分子都连接有有机基团时，反应可以表示为：
[MeSi(OEt) 3 + H_2O \longrightarrow [MeSiO {1.5}]_n]

这种材料通常被称为倍半硅氧烷，是一种硅聚合物。与硅酸盐材料类似，硅氧烷材料也可以掺杂磷，得到磷硅氧烷。

一些硅氧烷材料配方具有较低的介电常数，这对高速电路非常有吸引力。与硅酸盐材料相比，硅氧烷材料可以形成更厚的膜而不开裂。旋涂和烘烤