低介电常数纳米多孔氧化硅薄膜的研究进展

纳米二氧化硅(NPS)薄膜是新型微波大功率器件和超大规模集成电路(ULSI)互连系统的最佳候选绝缘介质之一,有着广泛的应用前景。介绍了NPS薄膜的制备工艺,综述了NPS薄膜的国内外研究进展及其检测方法,并探讨了NPS薄膜材料的弱点以及今后应进一步研究的若干问题。

纳米多孔氧化硅薄膜的表征及其基于UAFM弹性性能的检测

纳米级多孔氧化硅薄膜介电常数低,和铝复合后可以大大降低电阻损耗,是最有希望的新一代低介电材料。在纳电子器中低介电薄膜孔隙率及孔尺寸可以控制其机械性能。薄膜的弹性模量是器件设计的必需参数,然而传统方法很难在纳米尺度表征弹性模量。采用等离子体增强化学气相沉积法,以六甲基二硅氧烷为单体,氧气作为反应气体,再加入少量的有机物质在玻璃基材上沉积纳米厚度的氧化硅薄膜,再进行热处理使氧化硅薄膜中的有机成分挥发形成孔隙(以下称纳米多孔氧化硅薄膜),从而降低薄膜介电常数。结果表明氧化硅薄膜的折射率热处理后得到减小,当放电功率为100 W时,氧气与单体的比例为1∶4时,放电时间10 min沉积的薄膜热处理后的纳米多孔氧化硅薄膜的折射率最小,介电常数1.885。首次采用超声原子力显微镜技术对纳米多孔氧化硅薄膜的弹性性能进行无损检测,分别检测纳米氧化硅薄膜和纳米多孔氧化硅薄膜的前两阶接触谐振频率。以纳米氧化硅薄膜为参考试样,利用参考法计算得到纳米多孔氧化硅薄膜的压痕模量为35.24 GPa。相比纳米氧化硅薄膜的压痕模量78.18 GPa,纳米多孔氧化硅薄膜的压痕模量降低了42.94 GPa。

聚乙二醇对纳米多孔二氧化硅薄膜性能的影响

以聚乙二醇(PEG)为添加剂,正硅酸乙酯(TEOS)为先驱体,采用溶胶-凝胶法、结合 旋转涂胶和超临界干燥等工艺在硅片上制备了纳米多孔SiO2薄膜.利用FTIR、TG-DTA、 AFM和椭偏仪研究了该SiO2薄膜的性能.与未加.PEG的SiO2薄膜相比,加入PEG得到 的SiO2薄膜表面粗糙度增大,但孔隙率较高,介电常数可降至2.0以下.PEG参与并修饰了 TEOS的溶胶-凝胶过程.加入PEG制备的SiO2薄膜因含有Si-OH基团而呈亲水性,该薄 膜经三甲基氯硅烷(TMCS)修饰后为疏水性.

纳米多孔二氧化硅薄膜的制备与表征

以正硅酸乙酯为原料,采用酸/碱两步溶胶-凝胶法、结合匀胶和超临界干燥等工艺在硅片上成功制备了纳米多孔二氧化硅薄膜.适合匀胶的二氧化硅溶胶的粘度范围为9～15mPa·s;多孔二氧化硅薄膜表面均匀平整,其厚度为400～1000nm;折射率为1.09～1.24;介电常数为1.5～2.5.该多孔二氧化硅薄膜具有三维网络结构,二氧化硅微粒直径为10～20nm.

纳米多孔二氧化硅薄膜的制备及性能

以N(C_8H_(15))_4^+OH^-为催化剂,用正硅酸乙脂(TEOS)溶胶-凝胶工艺制备出纳米多孔二氧化硅薄膜。体系的H_2O/TEOS>25,强碱催化使二氧化硅的溶解度增大并使二氧化硅胶粒带负电荷,抑制了二氧化硅的聚合。丙三醇与TEOS的水解中间体Si(OC_2H_5)_4-x(OH)_x及二氧化硅胶粒Si_xO_y(OH)_z^(+n)表面Si-OH形成氢键,抑制了二氧化硅的聚沉。聚乙烯醇(PVA)使粒状二氧化硅溶胶具有网状结构,易于成膜。薄膜由致密结构转化为均匀纳米多孔结构是构成薄膜的二氧化硅胶粒在热处理时聚集和塑性形变的结果。多孔二氧化硅薄膜的折射率为1.27～1.42,介电常数为1.578～2.016,热导率为0.2W/(m·K)。

纳米多孔二氧化硅绝热薄膜的研究进展

作为微电子机械系统(MEMS)技术中最有潜力的绝热材料,纳米多孔二氧化硅薄膜近年来引起了广泛的关注。研究表明其绝热性能与微观结构密切相关。综述了纳米多孔二氧化硅薄膜的制备方法、表征手段和绝热机理,并讨论了目前存在的一些问题和今后的发展方向。

纳米多孔二氧化硅薄膜的制备及其光学性质研究

以正硅酸乙酯(TEOS)为先驱体,采用溶胶-凝胶法,结合旋转涂胶和超临界干燥等工艺,在硅片上制备了纳米多孔SiO2薄膜.XRD和AFM表明该SiO2薄膜为无定形态,具有多孔网络结构,表面均匀平整,其SiO2基本粒子和孔隙的直径为30～40nm.利用椭偏光谱仪测量了SiO2薄膜在波长245～1650nm的椭偏光谱,采用Si/cauchy/rough结构模型对该光谱进行了拟合,获得了SiO2薄膜的厚度和光学常数.SiO2薄膜的厚度为500～1100nm;折射率为1.13～1.21;孔隙率为56%～70%;介电常数为1.9～2.3.

低介电常数纳米多孔二氧化硅薄膜的制备

以正硅酸乙酯为原料,采用溶胶-凝胶法、旋转涂胶和超临界干燥工艺在硅片上制备了纳米多孔SiO2薄膜.用近线性生长模型和分形生长模型研究了SiO2溶胶的粘度-时间曲线,确定了SiO2溶胶的结构演变过程.适合旋转涂胶的SiO2溶胶的粘度为9 mPa·s～15 mPa·s;旋转涂胶时SiO2溶胶的粒子尺寸与其浓度密切相关.该SiO2薄膜具有三维网络结构,表面均匀平整,SiO2微粒直径为10nm～20 nm.SiO2薄膜的厚度为400nm～1 000nm;折射率为1.09～1.24;介电常数为1.5～2.5.

老化工艺对纳米多孔二氧化硅薄膜微观结构影响

本文主要探讨了老化时间与处理温度对纳米多孔二氧化硅薄膜结构的影响。结果表明随着老化时间的增加,薄膜的三维网状结构越明显、孔径分布更均匀、孔隙率越高、孔径越大。经450℃高温热处理后,颗粒长大,孔径增大,孔径分布不均匀,且薄膜厚度几乎不受老化时间的影响,说明湿凝胶薄膜在异丙醇气氛下老化后的强度是足够抵抗凝胶薄膜在异丙醇溶剂中老化放生的变化过程而引起的薄膜收缩。

sol-gel法制备多孔纳米SiO_2薄膜

以NH3·H2O为催化剂,用正硅酸乙酯(TEOS)溶胶–凝胶工艺制备纳米多孔二氧化硅薄膜.强碱催化使二氧化硅胶粒溶解度增大并增大了体系的离子强度;丙三醇的加入,与水解中间体结合,有效抑制了二氧化硅溶胶胶粒的长大;PVA(聚乙烯醇)对二氧化硅胶粒有强的吸附作用,使胶粒聚联成大的网络结构,增加了成膜性能.通过改变反应物的剂量,调节添加剂的用量,可以制得折射率1.18～1.42,对应孔率60.50%～7.75%并且孔径小于100 nm的纳米多孔二氧化硅薄膜,.单层薄膜厚度在3 μm以内精确可控.