Sintesi e caratterizzazione di dielettrici drogati fluoro a bassa costante dielettrica, depositati tramite PECVD, di interesse per la realizzazione dell’isolamento elettrico ai livelli intermetal nei dispositivi CMOS

Abstract

I film di FSG e Nitruri sono stati realizzati con la tecnica PECVD (DFPCVD) su wafer di silicio da 300 mm partendo da ricette preesistenti e modificando i tempi di deposizione e/o le concentrazioni di SiF4 nei film di FSG e SiH4 nei film di Si3N4 per ottenere gli spessori e le concentrazioni desiderate. I film di FSG sono stati deposti in varie configurazioni: solo liner, solo bulk e solo capping di vari spessori e film comprendenti invece tutti e tre gli strati e quindi lo stack completo anche a diversi range di concentrazione di fluoro. I film di nitruro sono invece unicamente composti da layer singoli. È stata studiata la variazione nel tempo della struttura dei film di ossido di silicio drogato fluoro e le variazioni di struttura associate alle diverse concentrazioni di silano all’interno dei film di nitruro di silicio. Per i film di FSG sono inoltre state studiate le modifiche strutturali impartite dai trattamenti termici al film. Sovrapponendo gli spettri sono state effettuate le prime considerazioni che nel caso dell’FSG hanno portato all’analisi degli spettri con la deconvoluzione dei picchi. È stato infatti osservato che la presenza del fluoro all’interno del film associata all’inglobamento di umidità provoca variazioni negli spettri FTIR e una diversa organizzazione dei legami chimici all’interno dei film. Per i nitruri è stata fin da subito osservata buona correlazione tra i dati sperimentali degli spettri e quanto indicato in letteratura. Dopo aver concluso lo studio relativo alla struttura dei film tramite gli spettri FTIR si è passati allo studio della costante dielettrica per entrambi i film. Per quanto riguarda le misure di costante dielettrica sia per i film di FSG che per quelli di Si3N4 è possibile affermare che i campioni con uno spessore fino a ~2000 Å sono stati misurati con successo e i dati della costante dielettrica sono stati calcolati. Nonostante la buona correlazione trovata, ulteriori studi su questo strumento sono necessari.

FSG and Nitride films were produced using the PECVD (DFPCVD) technique on 300 mm silicon wafers, starting from pre-existing recipes and modifying the deposition times and/or the concentrations of SiF4 in the FSG films and SiH4 in the Si3N4 films to achieve the desired thicknesses and concentrations. FSG films were deposited in various configurations: only liner, only bulk, only capping of various thicknesses, and films comprising all three layers, thus the complete stack, also at different ranges of fluorine concentration. Nitride films, on the other hand, consist solely of single layers. The time variation of the structure of fluorine-doped silicon oxide films and the structural variations associated with the different concentrations of silane within the silicon nitride films were studied. For the FSG films, the structural changes imparted by thermal treatments to the film were also studied. By overlaying the spectra, initial considerations were made, which in the case of FSG led to the analysis of the spectra with peak deconvolution. It was observed that the presence of fluorine within the film, associated with the absorption of moisture, causes variations in the FTIR spectra and a different organization of chemical bonds within the films. For the nitrides, good correlation between the experimental spectral data and the literature was observed from the outset. After concluding the study related to the structure of the films through the FTIR spectra, the study of the dielectric constant for both films was undertaken. Regarding the dielectric constant measurements for both FSG and Si3N4 films, it can be stated that samples with a thickness of up to ~2000 Å were successfully measured and the dielectric constant data were calculated. Despite the good correlation found, further studies on this instrument are necessary.