Elaboration and characterisation of a-SiOCH ultra low-K materials elaborated by PECVD: application to integrated circuits interconnections

Élaboration et caractérisation de matériaux à très faible constante diélectrique de type a-SiOCH élaborés par PECVD : application aux interconnexions des circuits intégrés

Olivier Gourhant (1, 2)

1 CEA-LETI - Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives - Laboratoire d'Electronique et de Technologie de l'Information
2 LTM - Laboratoire des technologies de la microélectronique

The enhancement of integrated circuits performances needs the development of new materials, like ultra low permittivity dielectrics, called Ultra Low-K (K<=2,5). This study focus on porous SiOCH thin films elaborated by PECVD via a "porogen" approach. This approach consists in the deposition of a SiOCH matrix containing organics inclusions which are removed afterwards, via a post-treatment, to create porosity. The first part of this study shows that the porogen approach extension has led to materials having a dielectric constant of 2.25 by using an industrial process with a UV assisted thermal curing as post-treatment. Some of these materials have been integrated in demonstrators. In the second part of this study, elaboration process impact on chemical structure has been analysed to better understand mechanical behaviour of these materials. Finally, a characterization method has been set up to measure the different contributions to the dielectric constant (electronic, ionic and dipolar). Then, the evolution of these contributions as a function of the elaboration parameters
has been studied.

L'amélioration des performances des circuits intégrés nécessite le développement de nouveaux matériaux comme, par exemple, les diélectriques à très faible permittivité, appelés Ultra Low-K (K<=2,5). Cette étude se focalise sur les matériaux a-SiOCH poreux déposés en couche mince par PECVD suivant une approche dite « porogène ». Cette approche consiste en le dépôt d'une matrice de type a-SiOCH contenant des inclusions organiques qui sont dégradées dans un second temps, grâce à l'utilisation d'un post-traitement, afin de créer la porosité. La première partie de cette étude montre que l'extension de l'approche porogène a permis d'élaborer des matériaux ayant des constantes diélectriques pouvant atteindre 2,25 en utilisant un procédé industriel avec, comme type de post-traitement, un recuit thermique assisté par rayonnement UV. Certains matériaux ont été intégrés dans des démonstrateurs. Puis, dans un second temps, l'impact du procédé d'élaboration sur la structure chimique du matériau a été analysé afin de mieux comprendre son comportement mécanique. Enfin, la mise en place d'une technique de caractérisation a permis la mesure des différentes contributions de la constante diélectrique (électronique, ionique et dipolaire). L'évolution de ces composantes en fonction des paramètres d'élaboration a ainsi pu être étudiée.

Mots clés: dielectrics; interconnections; porosity; porogen approach; permittivity; UV cure

Mots clés: diélectrique; Ultra Low-K; PECVD; interconnexions; porosité; approche porogène; permittivité; recuit UV

Domaines: Matériaux; Matière Condensée [cond-mat]

Olivier Gourhant. Élaboration et caractérisation de matériaux à très faible constante diélectrique de type a-SiOCH élaborés par PECVD : application aux interconnexions des circuits intégrés. Matériaux. Université Joseph-Fourier - Grenoble I, 2008. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00373417⟩