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本研究主要針對具有超低介電常數的自組構奈米孔洞二氧化矽薄膜、經過 HMDS 疏水化改質處理,以及高密度電漿化學氣相沉積系統,以不同溫度沉積非晶 相氫化碳化矽、非晶相氮化矽與非晶相氧化矽等介電疊層的應力行為,作整合性 的探討。

煅燒後的奈米孔洞二氧化矽薄膜,可得到張應力(分布概略為+33.0~+65.0 MPa,視基材而異),利用 HMDS 蒸氣處理後,三甲基矽化分子所衍生的回彈效應可 使試片應力值回復為理想狀態(0±3.0 MPa)。

矽晶片表面的非晶相氫化碳化矽薄膜,呈現約-75.0~-230.0 MPa 的強壓應 力。沉積於奈米孔洞二氧化矽薄膜表面的非晶相氫化碳化矽薄膜,可藉由烷氧基 化衍生的回彈效應補償殘留應力,可貢獻約-0.5~-70.0 MPa 的壓應力,並且變化 量隨沉積溫度上升而呈現逐漸衰弱的趨勢。與 HMDS 疏水化處理整合後,以三甲基 矽化奈米孔洞二氧化矽薄膜披覆 350℃所沉積的非晶相氫化碳化矽薄膜,所得應力 值-4.8 MPa 為最低。然而分別經歷 HMDS 前、後處理的疊層系統,分別呈現約-20.0

~-45.0 MPa 的壓應力,顯示疊層系統具有因應金屬化的張應力的潛力。

原本沉積於矽晶片表面的非晶相氮化矽薄膜,呈現約+315.0~+345.0 MPa 的 強張應力;以 250℃沉積於奈米孔洞二氧化矽薄膜表面的非晶相氮化矽薄膜,卻可 貢獻-42.4 MPa 的壓應力。分別經歷 HMDS 前、後處理,疊層系統仍呈現張應力。

因張應力過大而肇生的微裂縫,使非晶相氮化矽疊層容許巨大的 HMDS 分子穿越,

使系統衍生回彈效應。其中,三甲基矽化奈米孔洞二氧化矽薄膜披覆 350℃所沉積 的非晶相氮化矽薄膜,再經過 HMDS 後處理,所得應力值+5.1 MPa 為最低。

原本沉積於矽晶片表面的非晶相氧化矽薄膜,呈現約-120.0~-190.0 MPa 的強壓 應力;沉積於奈米孔洞二氧化矽薄膜表面後可貢獻約-15.0~-30.0 MPa 的壓應力;

沉積於三甲基矽化奈米孔洞二氧化矽薄膜表面後則貢獻約+10.0~+40.0 MPa 的張

應力。再經歷 HMDS 前、後處理,仍呈現張應力。其中,三甲基矽化奈米孔洞二氧 化矽薄膜披覆 250℃所沉積的非晶相氮化矽薄膜,再經過 HMDS 後處理,所得應力 值+2.7 MPa 為最低。

未來的研究方向,首重與雙鑲嵌結構的整合,除了在應力方面可研究銅導線 填入後,作為層間介電層的奈米孔洞二氧化矽薄膜是否能容忍銅導線高溫退火製 程所衍生的龐大張應力,以及在平坦化中,薄膜是否能承受系統所施加的外應力

(是否產生層狀剝落)。此外,平坦化使用的漿料(slurry)是否將導致薄膜再度 吸附水氣,亦將成為奈米孔洞二氧化矽薄膜與半導體製程的整合關鍵。

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附錄