多孔材料的低温刻蚀技术*

张权治 张雷宇 马方方 王友年

(大连理工大学物理学院, 大连 116024)

随着半导体芯片特征尺寸的持续减小, 低介电常数的多孔材料在微电子领域得到广泛应用.然而, 多孔材料在等离子体刻蚀工艺中面对严峻的挑战.等离子体中的活性自由基很容易在多孔材料内部扩散, 并与材料发生不可逆的化学反应, 在材料内部造成大面积损伤.本文介绍了业内比较前沿的低温刻蚀技术, 通过降低基片台的温度, 使得刻蚀产物或者刻蚀前驱气体在多孔材料内部凝结成液态或者固态, 进而在等离子体刻蚀过程中, 阻止活性自由基在材料内部的扩散, 保护多孔材料免受损伤.刻蚀完毕后, 再通过升高基片台的温度, 使凝结物挥发, 得到完整无损的刻蚀结构.这一刻蚀技术只需要控制基片台的温度, 无需增加工艺的复杂度以及调整等离子体状态, 在半导体工艺中具有较好的应用前景.

1 引 言

遵循摩尔定律, 半导体芯片的特征尺寸已经由1971 年的10 µm 减小到2020 年的7 nm, 并且正在朝向更小的5 nm 发展[1,2].这使得低介电常数(low-k)材料常被选作层间电介质, 即金属导线之间的绝缘材料, 以便减少寄生电容和电阻-电容之间的信号延迟(R-C delay).多孔硅酸盐材料(p-SiOCH)是最为常用的low-k电介质材料[3].通过增加材料内部的开孔率和孔直径, 可以有效减小材料的介电常数值, 比如当开孔率大于25%, 且孔直径大于1.0 nm 时, 其有效介电常数可以减小到2.3 以下[4].由于多孔材料内部的孔是互通的, 在等离子……