文章來源：半導體與物理

原文作者：jjfly686

本文介紹了芯片制造中的Low-K材料。

Low-K材料是介電常數顯著低于傳統二氧化硅（SiO?，k=3.9–4.2）的絕緣材料，主要用于芯片制造中的層間電介質（ILD）。其核心目標是通過降低金屬互連線間的寄生電容，解決RC延遲（電阻-電容延遲）和信號串擾問題，從而提升芯片性能和集成度。

Low-K材料在芯片中的作用

1. 降低RC延遲

隨著芯片制程微縮，金屬互連線間距縮小，傳統SiO?的電容效應導致信號延遲和功耗增加。Low-K材料通過減少互連線間的寄生電容，使RC延遲降低并顯著提升芯片速度。

2. 抑制信號串擾

互連線間的耦合電容與k值成正比。Low-K材料通過降低k值，減少電容耦合效應，使相鄰線路的串擾噪聲降低，允許更密集的布線設計。

3. 支持多層互連結構

現代芯片采用10層以上的金屬互連，Low-K材料的高絕緣性和低熱膨脹系數可避免層間應力開裂，保障結構穩定性。

Low-K材料的分類與合成原料

Low-K材料根據成分可分為三大類，其合成工藝和原料差異顯著：

LOW-K材料工藝：

化學氣相沉積（CVD）

：用于沉積MSQ等材料，需使用含碳/氟前驅體（如SiCOH），通過PECVD提升薄膜致密度。

旋涂法

：適用于有機材料，需優化溶劑揮發速度以避免薄膜裂紋。

Low-K材料的制造工藝挑戰

1. 機械強度與熱穩定性

多孔材料易脆裂，需通過摻雜納米顆粒如SiO?納米球提升硬度。例如，摻入10% SiO?可使多孔Low-K薄膜的楊氏模量從3 GPa提升至8 GPa。

2. 銅擴散阻擋

Low-K材料的孔隙可能被銅原子滲透，需集成超薄阻擋層（如2nm的TiN）以防止互聯金屬銅擴散導致漏電。

3. CMP兼容性

材料疏松易導致拋光不均勻，需要使用壓力拋光液（如含二氧化鈰磨料）。