技術(shù)干貨| 低介電常數材料的失效分析

低介電常數材料簡(jiǎn)介

        低介電常數材料是指介電常數較小的材料，通過(guò)降低集成電路中使用的介電材料的介電常數，可以降低集成電路的漏電電流、降低導線(xiàn)之間的電容效應、降低集成電路發(fā)熱等等，更可以有效提升電子元器件的速度。

如何降低材料的介電常數？

        既然降低材料的介電常數有那多好處，那如何降低材料的介電常數呢？

        降低介電常數的方法有多種方法，其中一種方法是通過(guò)添加一些添加劑來(lái)改變材料的物理和化學(xué)性質(zhì)，從而降低其介電常數。例如，添加一些氟化物或氧化物可以降低陶瓷的介電常數。

低介電常數材料應用存在的問(wèn)題

        雖然低介電常數材料具有各種優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際應用中需要提前知悉使用低介電常數材料的相關(guān)風(fēng)險。

        與二氧化硅相比，低介電常數材料有較低的密度和松軟的結構，使其更容易受到外部力量的破壞。此外，由于其熱傳導性能較差，不利于內部熱量的散發(fā)；同時(shí)，它的熱膨脹系數也與金屬不匹配，可能導致分層和裂紋的產(chǎn)生。另外，低介電常數材料與金屬層之間的機械強度存在差異，這也易導致分層和裂紋的出現。最后，Cu易擴散進(jìn)入低介電常數材料的孔隙中，從而影響芯片的可靠性。

低介電常數材料的失效分析難點(diǎn)

        同樣基于低介電常數材料的材料特點(diǎn)，在對低介電常數材料進(jìn)行失效原因分析的時(shí)候容易由于分析設備電子束直接造成對樣品的傷害，導致無(wú)法有效分析其失效原因。

        其中有效的解決方法包括：

        1.   涂層Pt可改善樣品導電性，減弱荷電效應；

        2.   降低SEM觀(guān)察電壓，減小高能電子束輻射損傷和荷電效應；

        3.   減小工作距離，可提高圖像分辨率，彌補電壓降低的不利影響；

        4.   減弱束流，弱化電子束的短時(shí)轟擊損傷；

        這些措施可以幫助保護樣品，同時(shí)提高圖像質(zhì)量。

        根據我們的研究結果，我們可以得出以下結論：

        1.   低電壓電流對低介電常數材料造成的損傷相對較小。在實(shí)驗過(guò)程中，我們發(fā)現使用低電壓電流進(jìn)行操作可以有效地減少low-k材料的損傷程度，在相關(guān)失效分析操作中需要盡可能減低電壓與電流；

        2.   表面dep層可以有效地保護低介電常數材料不受損壞。通過(guò)在low-k材料表面添加dep層，可以形成一個(gè)保護層，有效地隔離試驗本身對材料的影響；

        3.   經(jīng)過(guò)Cu plating及Cu CMP工藝處理的樣品中，由于應力和熱膨脹系數不匹配等原因，多孔低介電常數材料會(huì )出現明顯的孔擴大現象，可以用于分辨低介電常數材料與普通的二氧化硅材料。