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c i - i f 3 等离子体处理对s i c o h 薄膜性能的影响 中文摘要 c h f a 等离子体处理对s i c o h 薄膜性能的影响 中文摘要 随着超大规模集成电路的特征尺寸不断缩小，微电子器件的集成度不断提高，由 器件内部金属连线的电阻和绝缘介质层的电容所形成的阻容( r c ) 耦合增大，从而 使信号传输延时、干扰噪声增强和功率耗散增大。要解决这些问题，就要采用新的低 电阻率连线材料和低介电常数绝缘材料来取代目前所采用的a 1 s i 0 2 材料架构。作为 s i 0 2 的替代材料，多孔的s i c o h 低介电常数材料和超低介电常数材料已引起了人们 广泛的关注。作为a l 的替代物，铜由于其更低的电阻率，已作为互连线应用，使互 连线的电阻率降低了4 0 。 在超大规模集成电路的制造工艺中，s i c o h 低k 薄膜材料的刻蚀过程极其重要。 由于s i c o h 薄膜中存在孔隙，要实现s i c o h 薄膜刻蚀过程的精确控制，要求刻蚀时 采用富含f 的碳氟等离子体。但是，在刻蚀过程中，s i c o h 薄膜的结构将发生变化， 同时也可能在s i c o h 薄膜的表面发生碳氟薄膜的沉积，这些结构的变化和碳氟薄膜 的沉积对c u s i c o h 集成结构的电性能、c v 特性以及s i c o h 薄膜的疏水性将产生 影响，从而影响集成电路的性能。 本文采用c h f 3 等离子体表面处理技术，研究了s i c o h 低介电常数薄膜经c h f 3 等离子体表面处理后，s i c o h 薄膜结构、疏水性和c u s i c o h 集成结构的电性能、 c v 特性的变化。发现s i c o h 低介电常数薄膜经c h f 3 等离子体表面处理后， c u s i c o h 结构的漏电流降低、平带电压的漂移减小、薄膜表面粗糙度减小，但s i c o h c h f 3 等离子体处理对s i c o h 薄膜性能的影响中文摘要 薄膜的疏水性能变差。 关键词：多孔s i c o h 薄膜，c h f 3 等离子体表面处理，e c r - c v d 作者：邢振宇 指导教师：叶超 c h f 3 等离子体处理对s i c o h 薄膜性能的影响 英文摘要 e f f e c to fc h f ap l a s m at r e a t m e n to n c h a r 1。 o fs i c o hf i l m s a c t e r l s t i c so i1 1l n a r a b s t r a c t a st h ed e v i c ed i m e n s i o nc o n t i n u o u ss h r i n k i n gi nu l t r a l a r g e s c a l ei n t e g r a t e dc i r c u i t s ( u l s i ) ，t h er e s i s t a n c e c a p a c i t a n c e ( r c ) d e l a yo fi n t e r c o n n e c t sb e c o m e sam a j o rp r o b l e m ， w h i c hl e a d st o s i g n a lp r o p a g a t i o nd e l a y , d i s s i p a t i o na n dc r o s s - l i n k b e t w e e nm e t a l i n t e r c o n n e c t s i no r d e rt oa d d r e s st h ep r o b l e m s ，t h ea 1 s i 0 2s t r u c t u r em u s tb er e p l a c e d 、析t i ll o wd i e l e c t r i cc o n s t a n tm a t e r i a l sa n dl o wr e s i s t i v i t ym e t a li n t e r c o n n e c t s a st h e s u b s t i t u t i o no fs i 0 2 ，t h ep o r o u sl o wd i e l e c t r i cc o n s t a n t ( 1 0 w - k ) a n du l t r a - l o wd i e l e c t r i c c o n s t a n t ( u l t r a l o w - k ；k 9 8 ) 作为反应源来制备 s i c o h 低介电常数薄膜，d 5 是一种具有环形分子结构的有机硅化合物，无色、无味、 无毒，粘度低，常温常压条件下为液体，且易挥发，其分子结构式如图2 2 所示。 8 c h f 3 等离子体处理对s i c o h 薄膜性能的影响 第二章实验样品的制备及性能表征方法 叩产口釉 i ：毋1 图2 2d 5 的分子结构式 由于d 5 是一种高沸点液体，为保证d 5 具有一定的蒸发量并防止源蒸气在迸气 管道中冷凝，实验中用水浴加热d 5 源，同时用加热带加热进气管道，水浴锅和进气 管道的温度在9 0 0 c ，用a r ( 9 9 9 9 9 ) 作为载气，用d 0 7 质量流量计调节进气流量， d 5 与a r 气的流量比保持为6 ：1 。 沉积s i c o h 薄膜的工艺条件如下，微波功率3 0 0 w ，沉积气压o 1 p a ，主、副线 圈的电流为i i = 1 2 0 a 、1 2 = 9 0 a ，d 5 与时气的流量比为6 ：1 ，d 5 + a r 总流量为2 0 s c c m ， 沉积s i c o h 薄膜时间为3 0 m i n 。沉积的s i c o h 薄膜厚度为5 0 0 n m 。 实验采用( 1 1 1 ) 取向的硅单晶片( p 型，3 5q c m ) 和n a c l 新鲜解理面作为基 片。硅单晶片上沉积的薄膜用于薄膜电学性能和介电性能的分析测试，n a c l 新鲜解 理面上沉积的薄膜用于薄膜键结构的傅立叶变换红外光谱( f t i r ) 分析。在薄膜沉 积之前，硅片采用下列步骤进行清洗： 1 、先用h f h 2 0 9 0 0 为不润湿，0 9 0 0 为润湿，平衡接触角不存在或为o 则为铺展。 1 6 c h f 3 等离子体处理对s i c o h 薄膜性能的影响第_ 二章实验样品的制备及性能表征方法 固体 a 。? 吨_ | 3 ，3 。，i ；毽 图2 6 水接触角o 接触角测量技术主要分为如下四种：( 1 ) 影像分析法；( 2 ) 插板法；( 3 ) 力测量 法；( 4 ) 透过测量法( 主要是粉体接触角) 。通常，影像分析法和力测量法是通常使用 的测试接触角方法。但需要注意的是，这两种方法均用于测量没有孔隙的固体表面。 其中，影像分析法用于分析一个测试液静滴( s e s s i l ed r o p ) 滴在固体上后的角度影像： 力测量法是用称重传感器测量固体与测试液间的界面张力，通过换算得出接触角值。 有孔隙的固体，如粉体和纤维，通常使用力测量法。 在我们的实验测量中主要使用的是影像分析法，因此下面对影像分析法进行一些 简单的介绍。 影像分析法是通过滴出一滴满足要求体积的液体于固体表面，通过影像分析技 术，测量或计算出液体与固体表面的接触角值的简易方法，其优点是对于材质的均匀 度以及平整性的要求不高，且可使用的环境较广，能够用于测试高温条件下的样品的 表面张力值。 根据影像分析法停滴方法的不同，影像分析法还可以分为悬滴法、停滴法( 二态) 、 停滴法( - - 态) ，如图2 7 所示。我们实验中所采用的是悬滴法。 1 7 ! ! 垦量塑主苎竺墨型! 兰! ! 苎壁堡壁塑堂堕 墨三! 兰些堂曼竺型墨墨堡壁墨堑塑鲨 崔曳凰 量滴涪回i 亭滴法( = 盎) 圆停滴法( 二蠢) 图2 7 影像分析法的分类 实验中我们使用s l 2 0 0 a 型接触角仪对薄膜的水接触角进行了测量。该仪器的土 机如图28 所示。该仪器的差要组成部件为：c c d 镜头( 7 5 m m 焦距，2 5 3 0 帧秒) 、 进样器控制部件( 可升降1 25 m m 00 1 m m 微距) 、光源控制部件( 町调亮度l e d 光 源) 、样品台部件( 样品台面5 0 5 0 m m ，样品厚度1 0 m m ) 、图像采集仁( 2 5 3 0m 舯 秒) 、手动控制微量进样器( 15 u l 、2 5 u 1 ) 等。 c c d 镜头2 、进样器摊制部件3 、l e d 光源4 、样品卉部件 图2 8s l 2 0 0 a 型接触角仪土机 c h f 3 等离子体处理对s i c o h 薄膜性能的影响第- 二章实验样品的制备及性能表征方法 该仪器采用表面张力与接触角分析系统的c a s t 2 0 软件，该系统可以使接触角 与表面自由能分析变得简单，具有高测试效率以及准确的测试结果，并且还提供了不 同的分析接触角值的方法，如悬滴法( p e n d a n td r o p ) 、停滴法( s e s s i l ed r o p ) 、斜板 法( 插板法) 等。 1 9 c h f 3 等离子体处理对s i c o h 薄膜性能的影响第三章c h f 3 等离子体表面处理对薄膜介电、电学性能的影响 第三章c h f 3 等离子体表面处理对薄膜介电、 电学性能的影响 对于多孔s i c o h 薄膜，在薄膜刻蚀时主要采用富含f 的碳氟等离子体，刻蚀过 程中s i c o h 薄膜的结构变化以及在s i c o h 薄膜表面的碳氟薄膜的沉积，可能对 c u s i c o h 集成结构的电性能、c v 特性产生影响，从而影响集成电路的性能。本章 分析了c h f 3 等离子体表面处理对多孔s i c o h 低k 薄膜的电绝缘性能和介电性能的 影响。 3 1c h f 3 等离子体处理对c u s i c o h 结构邶特性的影响 作为介质绝缘层应用，漏电流和绝缘性能是s i c o h 薄膜的重要性能之一。 对于c u s i c o h 集成结构，漏电流的增加一般与在热冲击作用或偏压作用下c u 通过薄膜表面的孔隙向孔内扩散有关，c u 的扩散行为导致了绝缘介质的有效厚度得 减小，因此导致了漏电流的增加、绝缘性能变差。 对于c h f 3 等离子体表面处理的多孔s i c o h 低k 薄膜，c u s i c o h s im i s 结构的 j - e 曲线如图3 1 所示，其中图3 1 ( a ) 为不同处理功率下的j - e 曲线，图3 1 ( b ) 为不同 处理时间下的j - e 曲线，由于外加偏压范围的限制，本文采用电场强度为0 2 m v c m 处的漏电流表征m i s 结构的电性能。 由图3 1 ( a ) 可见，在0 2 m v c m 的场强处，未经c h f 3 等离子体表面处理的s i c o h 薄膜的漏电流高达2 2 x 1 0 。3a c m 2 。而经过5 m i n 的c h f 3 等离子体表面处理后，漏电 流有明显得降低，在处理功率为5 0 0 w 和8 0 0 w 时，漏电流分别降至1 1 x 1 0 4 a c m 2 和 9 3 x 1 0 a c m 2 ，因此c h f 3 等离子体表面处理时，功率的提高有助于降低m i s 结构的 漏电流。从图3 1 ( b ) 可以看出，经过4 0 0 w 的c h f 3 等离子体表面处理，处理时间的 延长也可以使漏电流明显降低，对于经过5 m i n 和2 0 m i n 的c h f 3 等离子体处理的 s i c o h 薄膜，m i s 结构的漏电流分别降低至9 3 x 1 0 5a c m 2 和6 1 x 1 0 一a c m 2 ，因此 等离子体处理时间的延长也有助于降低m i s 结构的漏电流。 2 0 c h f 3 等离了体处理对s i c o h 薄膜性能的影响第三章c h f 3 等离子体表面处理对薄膜介电、电学性能的乡响 e l e c t r i c a lf i e l de ( m v c m ) 图3 1 ( a ) c u s i c o h 体系漏电流随c h f 3 表面处理功率的变化 e l e c t r i c a lf i e l de ( m v c m ) 图3 1 ( b ) c u s i c o h 体系漏电流随c h f 3 表面处理时间的变化 2 1 一。eo一，_cj-130o母yj vi-coj，v一，：lc小j30amy仍oj c h f 3 等离子体处理对s i c o h 薄膜性能的影响第三章c h f 3 等离子体表面处理对薄膜介电、电学性能的影响 对于薄膜漏电流减小的原因，可能与c h f 3 等离子体表面处理使薄膜表面的交联 程度提高，阻止了铜离子向薄膜内部的扩散有关：也可能与c h f 3 等离子体处理导致 的s i o h 结构的增加有关，具体的分析将结合下一章中薄膜键结构的演变给出。 3 2c h f 3 等离子体处理对c u s i c o h 结构c v 特性的影响 c v 特性是m i s 器件重要的性能，可以反映杂质、可动电荷的状态。平带电压 v v a 可以从c v 曲线得出。首先，根据下式计算得到平带电容c f b 4 7 1 = “ ( 3 - 1 ) 其中k 是s i c o h 薄膜的厚度，是薄膜的相对介电常数，岛是s i 晶片的相对介电 常数，口是掺杂浓度，由下式给出 4 s 】 0 ( 1 c z 、l2 万_ 一q e 0 6 , n a 2 ( 3 - 2 ) 其中c 是耗尽区的电容，y 是所加的偏压，痂是真空介电常数，而彳是上极板的面 积，即上表面铜点电极的面积。然后，根据c v 曲线上平带电容c f b 对应的电压就 可以得到平带电压v 阳。 对于c h f 3 等离子体表面处理的多孔s i c o h 低k 薄膜，c u s i c o h s im i s 结构的 归一化c v 曲线如图3 2 所示，其中图3 2 ( a ) 为不同处理功率下的c v 曲线，图3 2 ( b ) 为不同处理时间下的c v 曲线。 由图3 1 ( a ) 可见，没有经过c h f 3 等离子体表面处理的s i c o h 薄膜，c - v 曲线是 正向漂移的，平带电压v m 的大小为5 5 1 v ，这种正向漂移与s i c o h 薄膜中的可动 正电荷有关，可能来源于s i c o h 薄膜表面和s i c o h s i 界面的s i 悬挂键。经过c h f 3 等离子体表面处理后，c v 曲线向负电压方向漂移，并且平带电压v f b 随着处理功 率的增大而减小，对于5 0 0 w 和8 0 0 w 下处理的薄膜，平带电压v v a 分别为3 0 3 v 和 1 5 3 v 。由图3 2 ( b ) 可见，随着处理时间的增加，c v 曲线出现与功率增加相同的趋 势，对于处理时间为5m i n 和2 0 m i n 的薄膜，平带电压v f a 分别为2 3 7 v 和1 8 4 v 。 因此，等离子体处理功率的提高和处理时间的延长均有助于降低m i s 结构的平带电 c h f 3 等离子体处理对s i c o h 薄膜性能的影响第三章c h f 3 等离子体表面处理对薄膜介电、电学性能的影响 压v f b 。 c h f 3 等离子体表面处理对c u s i c o h s im i s 结构的c - v 曲线和平带电压v f b 的 影响可能与c ：f s i c o h 界面处的带电离子有关，具体分析将在下章结合薄膜结构的 演变予以说明。 v o l t a g e6 ) 图3 2 ( a ) c u s i c o h 体系c - v 曲线随c h f 3 表面处理功率的变化 v o l t a g e ( ，) 图3 2 ( a ) c u s i c o h 体系c v 曲线随c h f 3 表面处理时间的变化 oc母兰omcio dn=叮ejoz ocm譬oqo口oniieioz c h f 3 等离子体处理对s i c o h 薄膜性能的影响第四章c h f 3 等离子体表面处理对薄膜吸湿性能和结构的影响 第四章c h f 3 等离子体表面处理对薄膜 吸湿性能和结构的影响 对于多孔s i c o h 薄膜，c h f 3 等离子体表面处理对薄膜的吸水性能和结构产生影 响，同时c h f 3 等离子体表面处理对多孔s i c o h 低k 薄膜的电绝缘性能和介电性能的 影响也与薄膜的结构有关，本章分析了多孔s i c o h 低k 薄膜经c h f 3 等离子体表面处 理后吸水性、键结构和表面形貌的变化，探讨了薄膜性能变化的结构关联。 4 1c h f 3 等离子体表面处理对薄膜吸湿性能的影响 薄膜的吸水性也是衡量薄膜性能的一个重要方面，因此，本文进一步探讨了c h f 3 等离子体表面处理对薄膜吸湿性能的影响。评价薄膜的吸水性，通常采用薄膜的水接 触角分析方法。 多孔s i c o h 低k 薄膜经c h f 3 等离子体表面处理前后的水接触角随测量时间的变 化过程如图4 1 所示。由图可以看出，水滴与薄膜接触后，水接触角有一个减小的变 化趋势，最后趋于稳定。这是因为在测量水接触角时，水滴接触多孔低s i o c h 低k 薄膜的表面后有一个吸收铺展的过程，因此水滴并不会立刻达到稳定状态，这表明多 孔s i o c h 低k 薄膜具有一定的吸水性。为了能够更好地反映水接触角这一动态的变 化过程，我们在水滴接触薄膜表面开始到趋于稳定的3 0 0 内秒，以每十秒一次的速度 连续拍摄了水滴的变化情况，并分别测量了这段时间内的水接触角。 2 4 c h f 3 等离子体处理对s i c o h 薄膜性能的影响第四章c h f 3 等离子体表面处理对薄膜吸湿性能和结构的影响 彳、 、。一 o c 砸 m e a s u r e m e n tt i m e ( s ) 图4 1c a ) 薄膜水接触角随c h f 3 等离子体表面处理功率的变化 9 0 ，、 o 旦8 0 西 c 仍 7 5 7 0 、 - ：- ：- ：- - 一一 a s - d e p o s i t e d 。 ：_ ： 5 m i n l - - ：_ 一 1 0 m i n 05 0 1 0 01 5 02 0 02 5 03 0 0 m e a s u r e m e n tt i m e ( s ) 图4 1 ( b ) 薄膜水接触角随c h f 3 等离子体表面处理时间的变化 由图4 1 ( a ) 可以看出，随着处理功率的升高，水接触角一开始是一个下降的趋 势，然后逐渐趋近于一个稳定的值。从饱和值区域可以得出水接触角的平均值。未经 c h f 3 等离子体处理对s i c o h 薄膜性能的影响第l ，i l 章c h f 3 等离子体表面处理对薄膜吸湿性能和结构的影响 c i - i f 3 等离子体表面处理的s i o c h 薄膜的水解触角为8 1 9 。，随着处理功率的升高， 水接触角变小，当处理功率为8 0 0 w 时，水解触角下降至7 0 6 0 。而由图4 1 ( b ) 可 以看出，随着处理时间的增加，水接触角也逐渐变小。当处理时间为2 0 m i n 时，水接 触角下降至7 2 6 0 。 由此可以得出，当s i o c h 薄膜经过c h f 3 等离子体表面处理后，薄膜的亲水性 能有所增加。一般情况而言，把f 引入薄膜中会有助于薄膜疏水性的提升，然而，对 于经过c h f 3 等离子体表面处理后的s i o c h 薄膜，疏水性的变化与通常的情况相反， 可能的原因将在下面阐述。 4 2c h f 3 等离子体表面处理对s i c o h 薄膜键结构的影响 由于薄膜的电学性能、介电性能以及吸湿性能都与薄膜的键结构有着密切的联 系，因此，我们进一步采用f t i r 分析了c h f 3 等离子体表面处理对薄膜键结构的影 响。 图4 2 为多孔的s i c o h 薄膜在c h f 3 等离子体表面处理前后的f t i r 光谱图。从 图中可以看到，红外吸收峰包括：位于7 8 0 c m 1 处的s i m e ( m e 代表甲基，即c h 3 ) 中s i c 吸收峰、9 5 0c m 以处的s i f 吸收峰、1 0 3 5 c m 1 处的s i o s i 吸收峰、11 4 5c m 。1 和1 1 9 5c m 1 处的c f 2 吸收峰、1 2 7 2 c m 。1 处的s i c h 3 吸收峰、1 6 3 6 c m d 处的c = c 吸 收峰、2 1 6 4c m 1 和2 2 3 6c m 1 处的s i h 吸收峰、2 9 6 4 c m 1 和2 9 2 7 c m 。1 处的s p 3 c h 3 中的c h 3 和c h 吸收峰、以及3 3 6 0c m 。1 处的s i o h 吸收峰。 从图4 2 ( a ) 可以看出，随着处理功率的上升，薄膜的键结构发生了明显的变化。 在9 5 0c m 1 处新出现了s i f 吸收峰，在1 1 4 5e m 1 和1 1 9 5c m - 1 处新出现了c f 2 吸收 峰，在3 3 6 0c m 1 处的s i o h 吸收峰的增强，在1 6 3 6 c m 1 处的c = c 吸收峰下降，并 且在2 1 6 4c m 1 和2 2 3 6c m 1 处的s i h 吸收峰消失。从图4 2 ( b ) 可以看出，处理时 间的增加也可以使薄膜结构发生类似的变化趋势。 c h f 3 等离子体处理对s i c o h 薄膜性能的影响第四章c h f 】等离子体表面处理对薄膜吸湿性能和结构的影响 w a v e n u m b e r ( c m 。1 ) 图4 2 ( a ) 薄膜键结构随c h f 3 等离子体表面处理功率的变化 w a v e n u m b e r ( c m 。1 ) 图4 2 ( a ) 薄膜键结构随c h f 3 等离子体表面处理时间的变化 一-n_弼一ooc弼cijoci 一n-b一oc晒qjo田cl c h f 3 等离子体处理对s i c o h 薄膜性能的影响第四章c h f 3 等离子体表面处理对薄膜吸湿性能和结构的影响 从上述薄膜键结构的变化可知，c h f 3 等离子体表面处理不仅导致了c ：f 膜的沉 积，而且在s i c o h 薄膜中形成了新的s i f 键，使s i c o h 薄膜氟化。同时，c h f 3 等 离子体处理的表面反应还导致了s i o h 吸收峰的增强，从而影响s i c o h 薄膜的性能。 s i c o h 薄膜的性能与键结构的关联将在后面阐述。 4 3c h f 3 等离子体表面处理对s i c o h 薄膜表面形貌的影响 薄膜的表面结构可以影响s i c o h 薄膜的性能，比如薄膜的亲水性等。因此，本 文进一步采用原子力显微镜( a f m ) 来分析c h f 3 等离子体表面处理对s i c o h 薄膜 表面形貌的影响。 图4 3 为s i c o h 薄膜、经过不同功率和时间的c h f 3 等离子体表面处理后薄膜 表面形貌的a f m 三维图像。 多孔s i c o h 薄膜的表面由起伏的锥状组成，表面粗糙度较大。经过c h f 3 等离 子体表面处理后，由于s i c o h 薄膜表面沉积了薄的c ：f 层，使得薄膜表面变得比较 平整，表面粗糙度减小。光滑。但是，过高的处理功率和过长的处理时间，会使薄膜 表面非常好的平整性有所下降。 根据上面的结构分析，我们可以获得平带电压v f a 、亲水性变化的可能原因。 没有经过c h f 3 等离子体表面处理的s i c o h 薄膜，表面存在s i h 键和s i 悬挂键 缺陷，从而导致正向的平带电压v f a 。而c h f 3 等离子体表面处理，使f 原子代替了 较弱的s i h x 键，并且f 与s i 相互反应产生了s i f 键( 可以从f t i r 图谱中新的s i f 吸收峰出现、s i h 吸收峰消失得到证实) ，结果s i 悬挂键和s i h 键的减少导致了平 带电压v f b 的下降。悬挂键的减少可以降低薄膜中的杂质浓度n a 。根据第三章中的 ( 3 2 ) 式由c - v 曲线计算得出了杂质浓度n a 。对于未经处理的s i c o h 薄膜，杂质 浓度n a 为9 1 1 x 1 0 1 5 c m 。3 ；随着处理功率和处理时间的增加，薄膜的杂质浓度n a 分 别下降为1 6 2 x 1 0 1 5 c m 。和2 1 1 x 1 0 1 5 c m 。3 。因此，通过等离子体表面处理中f 对正离 子的补偿，可以减小平带电压v f a 的偏移。 c h f l 等离子体处理对s i c o h 薄膜性能的髟响第叫市c h f ，等离了体表面处4 对薄膜啦m 忡能和结构自勺* 响 目4 3 经c h f 、等离t 体表面处理前后薄膜的表面j 口貌 c h f 3 等离子体处理对s i c o h 薄膜性能的影响第四章c h f 3 等离子体表面处理对薄膜吸湿性能和结构的影响 c h f 3 等离子体表面处理能使s i c o h 薄膜表面的s i 悬挂键与f 结合而形成新的 s i f 键结构，并在薄膜表面形成了新的c ：f 层，从而封闭了薄膜表面的敞开孔，可以 有效地防止c u 向薄膜内部的扩散。同时，c h f 3 等离子体处理的表面反应还导致了 s i o h 吸收峰的增强，根据我们以前对s i c o h 薄膜中s i o h 作用的分析，s i o h 基 团的增加也有利于降低薄膜的漏电流。因此，这两种因素的共同作用使薄膜的电绝缘 性能改善。 薄膜反常的疏水性也和键结构的改变有关。薄膜的疏水性依赖于薄膜中的疏水基 团与亲水基团比例，以及薄膜表面的粗糙度。c h f 3 等离子体表面处理不仅形成了疏 水基团c f 2 ，也导致了亲水性基团o h 的增加。尽管疏水基团c f 2 的引入、薄膜表面 的平整度提高有利于提高薄膜疏水性，但是亲水性o h 基团的增加最终导致了薄膜疏 水性能的下降。 c h f 3 等离子体处理对s i c o h 薄膜性能的影响 第五章结论 5 1 本文研究的主要结果 第五章结论 本文研究了c h f 3 等离子体表面处理对s i c o h 薄膜的电学性能、c v 特性、疏水 性能、薄膜的键结构和表面形貌的影响，得到的主要结果如下： 1 、通过对c h f 3 等离子体表面处理前后c u s i c o h 结构漏电流的分析，发现c h f 3 等 离子体表面处理可以使c u s i c o h 结构的漏电流下降，绝缘性能得到改善。 2 、通过对c h f 3 等离子体表面处理前后薄膜的c v 特性分析，发现在c h f 3 等离子体 表面处理中通过f 对s i 悬挂键的补偿，可以降低s i c o h 薄膜中的杂质浓度，从 而有效地降低c u s i c o h 结构的平带电压v f b 。 3 、观察了c h f 3 等离子体表面处理前后薄膜的表面形貌，发现在适当的处理功率和 处理时间下，可以有效的改善薄膜表面的粗糙度，使薄膜粗糙度下降，薄膜表面 变得更加平整。 4 、分析了c h f 3 等离子体表面处理前后s i c o h 薄膜的疏水性，发现经c h f 3 等离子 体表面处理后，水接触角变小了，薄膜的疏水性变差。薄膜的疏水性下降与薄膜 中亲水性基团o h 的增加有关。 5 2 存在的主要问题和进一步的研究方向 多孔超低k 介质材料作为新一代的层间绝缘层介质，面临着很多挑战，为了使其 满足应用的要求，必须全面的评价材料性能，开展各方面的研究工作。 本文虽然完成了一定的实验和分析工作，但由于实验测试手段的不完备、以及本 人知识结构的不够全面，所以对实验结果的分析仍然不够深入和细致。例如c h f 3 等 离子体表面处理在s i c o h 薄膜表面沉积和刻蚀两种竞争反应对薄膜沉积的影响仍不 够清楚，能否在薄膜电学性能、介电性能和表面平整性都得到提升的同时，提高薄膜 的疏水性能，这些都有待于课题组的进一步努力工作。 c h f 3 等离子体处理对s i c o h 薄膜性能的影响 参考文献 参考文献 【1 】s e m i c o n d u c t o ri n d u s t r ya s s o c i a t i o n , i n t e r n a t i o n a lt e c h n o l o g yr o a d m a p f o r s e m i c o n d u c t o r , 2 0 0 3e d i t i o n ，i n t e r n a t i o n a ls e m a t e c h ，a u s t i n ，t x ( 2 0 0 3 ) 2 m i l l e rrd s c i e n c e ，19 9 9 ，2 8 6 ，4 2 1 3 】w w l e e ，p s h o ，m a t e r r e s s o c b u l l 19 9 7 ，10 ，19 【4 】p s i n g e r , s e m i c o n d u c t o ri n t e r n a t i o n a l ，19 9 8 ，21 ( 6 ) ，9 1 5 徐龙、周晓华、徐玉成，物理，1 9 9 9 ，2 8 ( 6 ) ，3 6 4 6 】雷清泉编著，工程电介质的最新进展，北京：科学出版社，1 9 9 9 【7 】殷之文主编，电介质物理( 第二版) ，北京：科学出版社，2 0 0 3 8 】k m a e x ，j a p p l p h y s ，2 0 0 3 ，9 3 ，8 7 9 3 【9 】k m o s i g ，t j a c o b s ，k b r e n n a n ，m r a s c o ，j w o l f , r a u g u r , m i c r o e l e c t r o e n g 2 0 0 2 ， 6 4 ，1 1 【10 j x u ，j m o x o m ，s y a n g ，r s u z u k i ，t o h d a i r a , a p p l p h y s s e i 2 0 0 2 ，19 4 ，18 9 【11 】s y a n g ，p m i r a u ，j s u n ，d w g i d d l e y , r a d p h y s c h e m 2 0 0 3 ，6 8 ，3 5 1 【1 2 】s y u ，t k s w o n g ，x h u ，k p i t a , c h e m p h y s l e t t 2 0 0 4 ，3 8 4 ，6 3 13 j l u b g u b a n ，t r a j a g o p a l a n ，n m e h t a , b l a h l o u h ，s l s i m o n , s g a g o p a d h y a y , j a p p l p h y s 2 0 0 2 ，9 2 ，10 3 3 14 d s h a m i r y a n ，k w e i d n e r , w d g r a y , m r b a k l a n o v , s v a n h a e l e m e e r s c h ，k m a e x ， m i c r o e l e c t r o e n g 2 0 0 2 ，6 4 ，3 6 1 1 5 】d d b u r k e y , k k g l e a s o n ，j a p p l p h y s 2 0 0 3 ，9 3 ，5 1 4 3 【16 c s y a n g ，y h y u ，k m l e e ，h j l e e ，c k c h o i ，t h i ns o l i df i l m s2 0 0 3 ，4 3 5 ，1 6 5 3 2 c h f 3 等离子体处理对s i c o h 薄膜性能的影响 参考文献 【17 】a z e n a s n i ，e r a y n a u d ，s s a h l i ，s r e b i a i ，y s e g u i ，s u r f c o a t t e c h n 0 1 2 0 0 3 ，1 7 4 1 7 5 ， 1 6 2 【18 m r w a n g ，r u s l i ，m b y u ，n b a b u , c y l i ，k r a k e s h ，t h i ns o l i df i l m s2 0 0 4 ， 4 6 2 4 6 3 ，2 1 9 1 9 a g r i l l ，v p a t e l ，j a p p l p h y s 1 9 9 9 ，8 5 ，3 3 1 4 2 0 b n a r a y a n a n ，r k u m a r , p d f o o ，m i c r o e l e c t r o j o u r n a l2 0 0 1 ，3 3 ，9 7 1 21 a g r i l la n dv p a t e l ，a p p l p h y s l e t t 2 0 01 ，7 9 ，8 0 3 2 2 】y ec h a o ，y ux i a o z h u ，w a n gt i n g t i n g ，n i n gz h a o y u a n ，x i ny u ，j i a n gm e i f u ，c h i n e s e p h y s i c sl e a e r s ，2 0 0 5 ，2 2 ，2 6 7 0 2 3 m a o n o ，s n i t t a , d i a m o n dr e l a t m a t e r 2 0 0 2 ，1 1 ，1 2 1 9 2 4 】m a o n o ，y n a r u s e ，s n i t t a ，d i a m o n dr e l a t m a t e r 2 0 01 ，10 ，114 7 2 5 c t c h e n ，b s c h i o u ，m a t e r i a l si ne l e c t r o n i c s ，2 0 0 4 ，15 ，1 3 9 - 1 4 3 【2 6 p t l i u ，t c c h a n g ，s m s z e ，e m p a n ，y j m e i ，w e w u ，m s t s a i ，b t d a i ， c y c h a n g ，f y s h i h , h d h u a n g ，t h i ns o l i df i l m s1 9 9 8 ，3 3 2 ，3 4 5 - 3 5 0 2 7 】a m h o y a s ，j s c h u h m a c h e r , c m w h e l a n , j e c e l i s ，k m a e x ，m i c r o e l e c t r o e n g 2 0 0 4 ，7 6 ，3 2 2 8 】t a b e l l ，k m a e x ，m i c r o e l e c t r o e n g 2 0 0 4 ，7 6 ，16 2 9 】王婷婷，叶超，宁兆元，程珊华，物理学报，2 0 0 5 ，5 4 ，8 9 2 3 0 叶超，苏州大学博士学位毕业论文，2 0 0 6 年5 月 31 】c h a oy e ，z h a o y u a nn i n g ，y ux i n ，t i n g t i n gw a n g ，x i a o z h uy u , m e i f uj i a n g ， m i c r o e l e c t r o e n g 2 0 0 5 ，8 2 ，3 5 4 3 3 3 c h f 3 等离子体处理对s i c o h 薄膜性能的影响 参考文献 3 2 】y ec h a o ，y ux i a o z h u ，w a n gt i n g t i n g ，n i n gz h a o y u a n ，x i ny u ，j i a n gm e i f u ，c h i n e s e p h y s i c sl e t t e r s ，2 0 0 5 ，2 2 ，2 6 7 0 【3 3 俞笑竹，王婷婷，叶超，宁兆元，物理学报，2 0 0 5 ，5 4 ( 1 1 ) ，5 4 1 7 【3 4 叶超，宁兆元，王婷婷，俞笑竹，物理学报，2 0 0 6 ，5 5 ( 5 ) 3 5 】卫永霞，钱晓梅，俞笑竹，叶超，宁兆元，梁荣庆，物理学报，2 0 0 7 ，5 6 36 q i a nx i a o m e i ，w e iy o n g - x i a , y ux i a o z h u , y ec h a o ，n i n gz h a o y u a n ，l i a n g r o n g q i n g ，c h i n e s ep h y s i c s2 0 0 7 ，16 ( 0 2 ) ：0 5 2 4 - 0 5 3 7 a g r i l l ，d a n e u m a y e r , j a p p l p l a y s 2 0 0 3 ，9 4 ，6 6 9 7 38 】h g e l e w i s ，d j e d e l l ，k k g l e a s o n ，c h e m m a t e r 2 0 0 0 ，12 ，3 4 8 8 39 】r a o r o z c o t e r a n ，b e g o r m a n ，d 。w m u e l l e r , m r b a k l a n o v , r e r e i d y , t h i ns o l i d f i l m s2 0 0 5 ，9 2 ，10 3 3 4 0 y h k i m ，m s h w a n g ，h j k i m ，j y k i n ，y l e e ，j a p p l p h y s 2 0 01 ，9 0 ，3 3 6 7 41 】v p t o l s t o y , i v c h e m y s h o v a , v a s k r y s s h e v s k y , h a n d b o o k o fi n f r a r e d s p e c t r o s c o p yo fu l t r a t h i nf i l m s ) ) ，w i l e y - i n t e r s c i e n c e ，n e wj e r s e y , 2 0 0 3 4 2 s e d u r r a n t ，s c t c c a s t r o ，l e b o l i v a r - m a r i n e z ，d s g a l v , 并o ，m a b m o r a e s ，t h i n s o l i df i l m s19 9 7 ，3 0 4 ，14 9 4 3 s k j a n g j e a n ，c p l i u ，y l w a n g ，w s h w a n g ，w t t s e n g ，s w c h e n ，k y l o ，t h i n s o l i df i l m s2 0 0 4 ，4 4 7 4 4 8 ，6 7 4 【4 4 郑子尧，武汉大学硕士学位毕业论文，2 0 0 5 年5 月 【4 5 】吴斌，黄致新，王辉，张峰，现代仪器，2 0 0 7 ，1 ，1 0 4 6 】s l 2 0 0 系列接触角仪操作手册，上海梭伦信息科技有限公司 c h f 3 等离子体处理对s i c o h 薄膜性能的影响 参考文献 【4 7 d a n e a m e n ， s e m i c o n d u c t o r p h y s i c s a n dd e v i c e s ：b a s i c p r i n c i p l e s ( t h i r d e d i t i o n ) ( t s i n g h u au n i v e r s i t yp r e s s ，b e i j i n g ，2 0 0 3 ) 4 8 m y u n r r a v i n d r a n ，m h o s s a i n ，s g a n g o p a d h y a y , u s c h e r t ，t b u n n a g e l ，e g a l b r e c h