ИСТИНА

Пористые диэлектрики с низкой диэлектрической проницаемостью (low-k) были разработаны для межсоединений СБИС для снижения задержки распространения сигнала, перекрестных помех и энергопотребления. Однако их интеграция сопряжена со значительными трудностями, главным образом из-за деградации в ходе производственных процессов. В результате существенно замедлилось внедрение в передовые технологические узлы диэлектриков с ультранизкой диэлектрической проницаемостью (ultra-low-k, k < 2.5). Так, несмотря на растущие различия в скоростях распространения сигнала между уровнями транзисторов и межсоединений, в настоящее время используются материалы с низкой пористостью и k от 2.8 до 3.0. Тем не менее, согласно дорожной карте IRDS, с 2030 г потребуется применение материалов с k < 2.5 [1]. Следовательно, крайне важно проведение комплексного анализа их поведения на этапах производства. Модификации low-k материалов в процессе плазменной обработки, химико-механической полировки (ХМП) и УФ-отверждения были подробно изучены и задокументированы. Однако пористые low-k материалы обладают высокой реакционной способностью, и их свойства могут изменяться ещё до этапов плазменной и УФ-обработки вследствие загрязнения в вакуумной камере, главным образом за счёт адсорбированных органических соединений и водяных паров. В данной работе исследовалась модификация ultra-low-k диэлектриков в вакуумной камере, предназначенной для УФ-отверждения. Камера откачивалась сухим турбомолекулярным насосом и была оснащена широкополосным УФ-источником с максимумом излучения около ~160 нм. Глубокий ВУФ (λ < 180 нм) отсекался кварцевым окном. В эксперименте использовались плёнки: как только с концевыми метильными группами (OSG), так и с этиленовыми мостиками (PMO) для сравнительного анализа. Экспериментальные этапы включали: (1) экспозицию в вакуумной камере (~5∙10–5 торр); (2) выдержку в камере с продувкой N2 (~3 торр); (3) УФ-облучение с λ > 180 нм в вакууме; (4) УФ-облучение с продувкой N2; (5) воздействие H2-плазмы, которая создавалась при помощи индуктивно связанного источника плазмы (ICP) без дополнительных сеток, вследствие чего поверхность low-k одновременно подвергалась воздействию атомарного водорода, ВУФ и ионов, образующихся в плазме. Показано, что ultra-low-k значительно модифицируются в вакуумной камере, загрязнённой органическими соединениями, адсорбированными из атмосферы. Это подтверждается результатами FTIR и эллипсометрической порометрии. Экспонирование приводит к увеличению показателя преломления, снижению пористости и уменьшению пор. Накопление органических примесей проявляется на FTIR-спектрах в виде полос поглощения на 3000–2800 см⁻1, что свидетельствует о наличии адсорбированных углеводородов. Загрязнение начинается сразу после помещения образца в вакуумную камеру и усугубляется при УФ-облучении, вероятно, за счёт фотодесорбции органических веществ со стенок камеры. Продувка N2 существенно снижает уровень загрязнения, что указывает на слабую связь большинства органических соединений с поверхностью. УФ-облучение загрязнённых образцов не устраняет загрязнение, но вызывает дополнительную деградацию за счёт удаления метильных групп и последующей адсорбции воды. Во всех случаях загрязнение приводило к увеличению токов утечки. Наиболее выраженная деградация электрических свойств наблюдается при адсорбции воды. Результаты экспериментов с термическим SiO2 и гидрофильным пористым диоксидом кремния позволили обсудить механизмы адсорбции органических групп на стенках пор. Данное исследование показывает, что предварительная обработка вакуумной камеры водородной плазмой эффективно снижает уровень загрязнений, что делает данную процедуру целесообразной для практического применения непосредственно перед загрузкой пластин. Ещё одним важным выводом является возможность использования пористых low-k материалов в качестве эффективных сенсоров для диагностики и самоконтроля состояния камеры во время технологических процессов. Работа выполнена при поддержке РНФ (грант № 23-79-30016, https://rscf.ru/project/23-79-30016/). 1. D. Islamov et al. “Materials and Process Challenges in Interconnect Scaling and RRAM Integration for Advanced Memory Architectures”. ICMNE-2025, Yaroslavl, Russia, October 6–10, 2025.