Диэлектрики с низкой диэлектрической проницаемостью

Диэлектрики с диэлектрической проницаемостью ниже диэлектрической проницаемости термического оксида кремния называются диэлектриками с низкой диэлектрической проницаемостью (low-k dielectrics).

Диэлектрики с низкой диэлектрической проницаемостью важны для современных ИС, потому что их использование может значительно улучшить характеристики быстродействия ИС, в первую очередь по отношению к задержкам в межкомпонентных соединениях. Эти задержки могут быть уменьшены не только за счет уменьшения электрического сопротивления проводящих структур, но также и за счет уменьшения емкости диэлектрических слоев. В свою очередь, величина емкости может быть уменьшена за счет использования диэлектрических материалов с более низкой величиной диэлектрической проницаемости. Для ИС с проектными нормами ниже 0.25 мкм паразитные емкости в межуровневых диэлектриках между металлическими шинами становятся все более и более важными с точки зрения задержек в RC цепочках при переключении.

Первым диэлектрическим материалом для межкомпонентных соединений был оксид кремния. Выбор оксида кремния основывался на его хорошей диэлектрической и механической прочности, а также на легкости его обработки. Однако оксид кремния имеет диэлектрическую проницаемость от 3.9 до 4.5 в зависимости от способа получения. Эта величина слишком высока для приборов с размерами элементов ниже 0.18 мкм. Для получения достаточно низких значений задержки в RC цепочках, которые требуются для субмикронных ИС необходимо использовать медные проводники совместно с диэлектриками с низкой диэлектрической проницаемостью.

Методы, используемые для получения диэлектриков с низкой диэлектрической проницаемостью, можно разделить на три категории:

1) уменьшение плотности пленки;

2) уменьшение ионизации в материале;

3) уменьшение поляризации пленки,

Наиболее существенным методов для уменьшения величины диэлектрической проницаемости является уменьшение плотности материала пленки. Материалы, имеющие более низкую плотность, обладают более низкой диэлектрической проницаемостью. Все диэлектрики с очень низкой диэлектрической проницаемостью имеют значительно более низкую плотность по сравнению с оксидом кремния. Такое уменьшение плотности может происходить либо на микроскопическом уровне (например, путем формирования решетчатой структуры с большим шагом, чем у оксида кремния), либо на макроскопическом уровне (например, путем формирования макропор в материале пленки) – с размерами в нанометровом диапазоне.

Уменьшение ионизации и уменьшение поляризации способны уменьшить диэлектрическую проницаемость с намного меньшей эффективностью. Уменьшенная ионизация является общим свойством частично органических материалов с низкой диэлектрической проницаемостью. Такие органические материалы содержат углерод, часто в форме метильных групп (CH₃). Эти метильные группы заменяют атомы кислорода, создавая связи Si-CH₃ вместо связей Si-O. Уменьшенная поляризация проявляется в таких диэлектриках, как фторированное силикатное стекло. Это происходит потому, что атомы фтора, внедренные в решетку оксида кремния, заменяют атомы кислорода и образуют связи Si-F вместо связей Si-O. Более короткая длина этих связей создает молекулярную структуру, содержащую фракции Si-F, менее поляризуемые, чем фракции, содержащие только Si-O.

Дата добавления: 2015-07-26; просмотров: 261; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!