Nízko-κ dielektrikum - Low-κ dielectric

v polovodič výroba, a low-κ je materiál s malým relativní dielektrická konstanta (κ, kappa ) ve vztahu k oxid křemičitý. Nízká κ dielektrikum implementace materiálu je jednou z několika strategií používaných k umožnění dalšího škálování mikroelektronických zařízení, hovorově označovaných jako rozšiřující Moorův zákon. V digitální podobě obvodů izolační dielektrika oddělují vodivé části (drát propojuje a tranzistory ) od sebe navzájem. Jak se součástky zvětšily a tranzistory se přiblížily k sobě, izolační dielektrika se ztenčila do bodu, kdy došlo k nárůstu náboje a přeslech nepříznivě ovlivnit výkon zařízení. Výměna oxidu křemičitého za dielektrikum stejné tloušťky s nízkým κ se snižuje parazitní kapacita, umožňující rychlejší spínací rychlosti a nižší odvod tepla. V konverzaci lze takové materiály označovat spíše jako „low-k“ (mluvené „low kay“) než „low-κ“ (low-kappa).

Materiály s nízkým κ

v integrované obvody, a CMOS zařízení, může se snadno tvořit oxid křemičitý na površích Si tepelná oxidace, a lze je dále nanášet na povrchy vodičů pomocí chemická depozice par nebo různé jiné metody výroby tenkých vrstev. Vzhledem k široké škále metod, které lze použít k levnému vytvoření vrstev oxidu křemičitého, se tento materiál běžně používá jako základní linie, se kterou se porovnávají další dielektrika s nízkou permitivitou. Relativní dielektrická konstanta SiO2, izolační materiál stále používaný v křemík čipů, je 3,9. Toto číslo je poměrem permitivita SiO2 děleno permitivitou vakua, εSiO2/ ε0, kde ε0 = 8.854×10−6 pF / μm.[1] Existuje mnoho materiálů s nižšími relativními dielektrickými konstantami, ale jen málo z nich lze vhodně integrovat do výrobního procesu. Vývojové úsilí se zaměřilo především na následující třídy materiálů:

Oxid křemičitý dopovaný fluorem

Hlavní článek: Fluorokřemičité sklo

Dopováním SiO2 s fluorem za vzniku skla z fluorovaného křemene se relativní dielektrická konstanta sníží z 3,9 na 3,5.[2] K výrobě byly použity oxidem dotované materiály s obsahem fluoru 180 nm a 130 nm technologické uzly.[3]

Organosilikátové sklo nebo OSG (oxid dotovaný uhlíkem nebo CDO)

Dopováním SiO2 s uhlíkem lze snížit relativní dielektrickou konstantu na 3,0, hustotu na 1,4 g / cm3 a tepelná vodivost na 0,39 W / (m * K). The polovodičový průmysl používá dielektrika z organokřemičitého skla od 90 nm technologický uzel.[4]

Porézní oxid křemičitý

K vytvoření dutin nebo pórů v dielektriku z oxidu křemičitého lze použít různé metody.[3] Prázdné prostory mohou mít relativní dielektrickou konstantu téměř 1, takže dielektrická konstanta porézního materiálu může být snížena zvýšením pórovitosti filmu. Byly hlášeny relativní dielektrické konstanty nižší než 2,0. Integrační obtíže související s implementací porézního oxidu křemičitého zahrnují nízkou mechanickou pevnost a obtížnou integraci s procesy leptání a leštění.

Porézní organokřemičité sklo (oxid dotovaný uhlíkem)

Porézní organosilikátové materiály se obvykle získávají dvoustupňovým postupem[4] kde první krok spočívá ve společné depozici labilní organické fáze (známé jako porogen) spolu s organokřemičitou fází vedoucí k organicko-anorganické hybridní materiál. Ve druhém kroku se organická fáze rozloží UV vytvrzování nebo žíhání při teplotě až 400 ° C a zanechávají za sebou póry v organokřemičitých materiálech s nízkým obsahem K. Porézní organosilikátová skla se používají od 45 nm technologický uzel. [5]

Spin-on organická polymerní dielektrika

Polymerní dielektrika se obecně ukládají metodou spin-on, která se tradičně používá pro nanášení fotorezist materiály, spíše než chemická depozice par. Integrační potíže zahrnují nízkou mechanickou pevnost, koeficient tepelné roztažnosti (CTE) nesoulad a tepelná stabilita. Některé příklady zvlákňovacích organických polymerů s nízkým κ jsou polyimid, polynorborneny, benzocyklobuten, a PTFE.

Spin-on křemík na bázi polymerního dielektrika

Existují dva druhy polymerních dielektrických materiálů na bázi křemíku, vodík silsesquioxan (HSQ) a methylsilsesquioxan (MSQ).

Vzduchové mezery

Konečným materiálem s nízkým obsahem k je vzduch s relativní hodnotou permitivity ~ 1,0. Umístění vzduchových mezer mezi vodivými dráty však narušuje mechanickou stabilitu integrovaného obvodu, což znemožňuje vytvoření integrovaného obvodu sestávajícího výhradně ze vzduchu jako izolačního materiálu. Strategické umístění vzduchových mezer však může zlepšit elektrický výkon čipu, aniž by kriticky ohrozilo jeho životnost. Například Intel používá vzduchové mezery pro dvě úrovně propojení ve své 14 nm Technologie FinFET.[6]

Viz také

Reference

  1. ^ Sze, S. M. (2007). Fyzika polovodičových součástek. John Wiley & Sons. ISBN  978-0-471-14323-9.
  2. ^ Reynard, J (2002). „Integrace fluoru dopovaného oxidu křemičitého do měděné pilotní linky pro technologii 0,12 μm“. Mikroelektronické inženýrství. 60 (1–2): 113. doi:10.1016 / S0167-9317 (01) 00586-X.
  3. ^ A b Hatton, Benjamin D .; Landskron, Kai; Hunks, William J .; Bennett, Mark R .; Shukaris, Donna; Perovic, Douglas D .; Ozin, Geoffrey A. (1. března 2006). "Chemie materiálů pro materiály s nízkým obsahem k". Materiály dnes. 9 (3): 22–31. doi:10.1016 / S1369-7021 (06) 71387-6.
  4. ^ A b Shamiryan, D .; Abell, T .; Iacopi, F .; Maex, K. (2004). „Dielektrické materiály s nízkým obsahem“. Materiály dnes. 7: 34–39. doi:10.1016 / S1369-7021 (04) 00053-7.
  5. ^ Volksen, W .; Miller, R.D .; Dubois, G. (2010). "Materiály s nízkou dielektrickou konstantou". Chemické recenze. 110 (1): 56–110. doi:10.1021 / cr9002819. PMID  19961181.
  6. ^ James, Dicku. „IEDM - pondělí byl dnem FinFET“. Chipworks.com. Citováno 9. prosince 2018.

externí odkazy