Реферат: Прогресс электроники в значительной степени зависит от успешного решения проблем в области технологии диэлектрических материалов. В настоящее время в качестве межслоевого диэлектрика используют изоляци-онные материалы с диэлектрической постоянной, более низкой по сравнению с SiO2 (low-k диэлектрики). Для создания low-k слоев применяют два метода: плазмохимическое осаждение из газовой фазы (РЕCVD) и химическое оса-ждение из растворов (золь-гель метод, spin-on coating). Развитие этих мето-дов требует расширения круга исходных соединений, природа которых иг-рает ключевую роль при формировании пленки. В настоящее время в каче-стве реагентов используют кремнийорганические соединения. Их достоин-ством является совокупность необходимых физико-химических характери-стик, включая высокое давление пара, что важно для реализации процессов PECVD, а также наличие в молекулах готовых фрагментов (Si-O, Si-CH3, Si-CH2-Si, Si-O-Allyl, Si-O-Vinyl, Si-Ph) для создания пленок с задан-ным химическим составом и набором связей. Известны два способа снижения величины k. В первом случае исполь-зуют материалы с химическими ковалентными связями, обладающими более низкой поляризуемостью, чем связь Si-O. Сегодня индустрия микроэлектро-ники уже перешла на low-k материалы, в которых уменьшение поляризуемо-сти достигнуто за счет использования соединений со связями Si-F, C-F, C-H, C-O и C-C. Второй способ  введение пористости. Эти два метода комбини-руют для достижения ещё более низких значений k. Первое поколение low-k диэлектрических пленок представляло собой слои фторированного силикатного стекла (FSG), получаемого из смеси Si(OEt)4+SiF4. Значение k = 3.03.8 в зависимости от концентрации атомов F в пленке. Второе поколение low-k пленок  это органосиликатное стекло SiCOH (OSG), которое также называются carbon doped silica. Пленки OSG имеют низкое значение k (2.73.2), состоят из трехмерной сетки Si-O-Si и содержат связи Si-R (где R  органический фрагмент CH3). Для их получения исполь-зовали линейные и циклические алкилсиланы и силоксаны. Структура пре-курсора, его состав и условия процесса PECVD (мощность плазмы, темпера-тура осаждения, давление в камере, добавочные газы и т. д.) являются клю-чевыми параметрами для оптимизации свойств пленки. Следующее поколение low-k материалов – пористый SiCOH. Снижение k (2.22.6) за счет создания пористости может быть достигнуто с помощью PECVD и spin-on метода с использованием кремнийорганических соедине-ний. Для этого применяют следующие пути: • выбор прекурсоров или их смесей, которые формируют силикатную сетку меньшей плотности из-за своей структуры и/или условий обработки; • обработка после осаждения для химической модификации сетки; • введение добавочного вещества  разлагаемого органического соеди-нения «porogen», который удаляется на последующем этапе термического отжига или УФ обработки с образованием пор. Снижение значения k диэлектриков межуровневой изоляции в настоящее время замедлилось в связи с проблемами совместимости с существующими техпроцессами. Наиболее сложно интегрировать пористые диэлектрики с ультранизкими значениями k2, так как пористые слои имеют низкую стой-кость к электромиграции меди, механически слабы, термически нестабильны и плохо совместимы с другими материалами, также они поглощают химика-ты, влагу и т. д. В связи с этим при химико-механической полировке воз-можно отслаивание и разрушение диэлектриков. Кроме того, дальнейшие этапы техпроцесса после образования многоуровневой металлизации могут сформировать в слоях диэлектрика механические напряжения, которые так-же приведут к разрушению и отслаиванию. Причем чем ниже k, тем сильнее проявляются эти проблемы. Тем не менее следует отметить, что в ежегодном аналитическом обзоре «IEEE International roadmap for devices and systems. 2024 edition. More Moore» вплоть до 2039 г. прогнозируется использование SiCOH для межуровневой изоляции интегральных схем, несмотря на суще-ственные изменения других элементов. На примере исследований, проведенных в ИНХ СО РАН, показано вли-яние состава и структуры молекулы прекурсора – кремнийорганического со-единения на свойства диэлектрических слоев SiCOH и SiCNH*. *Формулы SiCOH и SiCNH описывают элементы, но не отражают стехио-метрию. Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 23-79-00026, https://rscf.ru/project/23-79-00026/ с использованием ресурсов Центра коллективного пользования «Национальный центр исследования ка-тализаторов», ИК СО РАН, Новосибирск.

Библиографическая ссылка: Косинова М.Л. , Ермакова Е.Н.
Эволюция кремнийорганических прекурсоров для изготовления low-k диэлектриков
Школа молодых ученых «Актуальные проблемы полупроводниковых наносистем» 29-29 окт. 2025