文章來源：半導(dǎo)體與物理

原文作者：jjfly686

本文介紹了芯片制造中的Low-K材料。

Low-K材料是介電常數(shù)顯著低于傳統(tǒng)二氧化硅（SiO?，k=3.9–4.2）的絕緣材料，主要用于芯片制造中的層間電介質(zhì)（ILD）。其核心目標(biāo)是通過降低金屬互連線間的寄生電容，解決RC延遲（電阻-電容延遲）和信號串?dāng)_問題，從而提升芯片性能和集成度。

Low-K材料在芯片中的作用

1. 降低RC延遲

隨著芯片制程微縮，金屬互連線間距縮小，傳統(tǒng)SiO?的電容效應(yīng)導(dǎo)致信號延遲和功耗增加。Low-K材料通過減少互連線間的寄生電容，使RC延遲降低并顯著提升芯片速度。

2. 抑制信號串?dāng)_

互連線間的耦合電容與k值成正比。Low-K材料通過降低k值，減少電容耦合效應(yīng)，使相鄰線路的串?dāng)_噪聲降低，允許更密集的布線設(shè)計。

3. 支持多層互連結(jié)構(gòu)

現(xiàn)代芯片采用10層以上的金屬互連，Low-K材料的高絕緣性和低熱膨脹系數(shù)可避免層間應(yīng)力開裂，保障結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

Low-K材料的分類與合成原料

Low-K材料根據(jù)成分可分為三大類，其合成工藝和原料差異顯著：

LOW-K材料工藝：

化學(xué)氣相沉積（CVD）

：用于沉積MSQ等材料，需使用含碳/氟前驅(qū)體（如SiCOH），通過PECVD提升薄膜致密度。

旋涂法

：適用于有機(jī)材料，需優(yōu)化溶劑揮發(fā)速度以避免薄膜裂紋。

Low-K材料的制造工藝挑戰(zhàn)

1. 機(jī)械強(qiáng)度與熱穩(wěn)定性

多孔材料易脆裂，需通過摻雜納米顆粒如SiO?納米球提升硬度。例如，摻入10% SiO?可使多孔Low-K薄膜的楊氏模量從3 GPa提升至8 GPa。

2. 銅擴(kuò)散阻擋

Low-K材料的孔隙可能被銅原子滲透，需集成超薄阻擋層（如2nm的TiN）以防止互聯(lián)金屬銅擴(kuò)散導(dǎo)致漏電。

3. CMP兼容性

材料疏松易導(dǎo)致拋光不均勻，需要使用壓力拋光液（如含二氧化鈰磨料）。