在蒸汽沉积的ZIF-8 MOF中进行颗粒大小工程:具有增强分解场的低泄漏低k膜

科学领域:

• 材料科学 材料科学 材料科学
• 纳米技术 纳米技术
• 半导体制造业 半导体制造业

背景情况:

• 先进的半导体技术需要具有高电可靠性和等离子电阻的低允许度 (低k) 介电材料.
• 氧化伊米达酸框架-8 (ZIF-8) 是一个有前途的低k材料,因为它的热稳定性和蒸汽沉积能力.
• 现有的蒸汽沉积ZIF-8薄膜由于颗粒大小而在介电分解强度上有局限性.

研究的目的:

• 研究颗粒大小工程作为一种提高ZIF-8薄膜电气性能的方法.
• 为了提高介电断裂强度并减少ZIF-8中的泄漏电流,用于先进的包装应用.
• 为了评估与商业低k介电材料相比,工程ZIF-8薄膜的等离子体强度.

主要方法:

• 动力控制的蒸汽相合成,以获得细粒度的ZIF-8膜.
• 薄膜微观结构的表征,包括颗粒大小和表面粗度.
• 电气测试以确定介电断裂强度和泄漏电流.
• 测量等离子蚀刻速率以评估碳-等离子电阻.

主要成果:

• 与大粒度片相比,细粒度ZIF-8片的介电分解强度增加了3倍 (2.1 MV cm-1).
• 小颗粒ZIF-8保持低介电常数 (k ≈2.5-2.6) 与显著减少的泄漏电流 (>1000×更低).
• 两种ZIF-8变体都表现出优越的等离子体电阻,蚀刻速率>5×比商业SiCOH介电剂慢.

结论:

• 微结构控制,特别是颗粒大小工程,对于提高蒸汽沉积MOF的电力稳定性至关重要.
• 细粒度ZIF-8为高级后端和3D异质集成中的低k介电应用提供了可行的解决方案.
• ZIF-8为传统的低k介电材料提供了一个有希望的替代品,满足下一代半导体设备的严格要求.