att Mäta Substrate-Vilden den Young Modulusen av Lågt-K Filmar vid den Instrumenterade Inryckningen

Vid Jennifer Hö
Sponsrat av Keysight Teknologier

Täckte Ämnen

Överblick av Låga-κ Dielectrics
Hö-Crawforden Modellerar
Experimentell Metod
Resultat och Diskussion
Avslutningar
Hänvisar till
Om Keysight Teknologier

Överblick av Låga-κ Dielectrics

I digitalt går runt och att isolera dielectrics avskilj de föra delarna (binda interconnects och transistorer), från en another. Som delar har skalaft besegrar och, transistorer har fått mer nära och mer nära tillsammans, har de isolera dielectricsna gjort tunnare till peka var den laddningsför mycket och crosstalken påverkar motsatt kapaciteten av apparaten. Det är denna förminskning i fjäll som kör behovet för att isolera material med lägre dielectric konstant.

Ett Lågt-κ materiellt är ett med ett litet värderar för den dielectric konstant släktingen till silikondioxid (SiO2), en tidigare dielectric av primat. Den dielectric konstanten av SiO2 är 3,9. Detta numrerar är förhållandet av permittivityen av SiO2 delade vid permittivityen av dammsuger, ε/εSiO20, var ε0 = 8.854x10-6 pF/μm. Det finns många material med lägre dielectric konstanter, men fåtalet av dem kan passande integreras in i en fabriks- halvledare bearbetar [1].

På ytterligheten som är torr lufta (20°C, 1 atm) har en dielectric konstant av 1,00059 [2], men torrt lufta kan inte uppehället som förar material som avskiljs mekaniskt, så den kan inte användas som en isolator. Emellertid som en inkorporerar materiellt för, strukturera, de dielectric förhöjningarna för konstanten också. Därför är optimizationproblemet i materialutveckling för halvledare att fälla ned permittivityen av det dielectric materiellt så långt som möjlighet, utan att kompromissa mekanisk fullständighet, som kvantifierat av den Young modulusen. Allmänt bearbetar ämnat för förminskande permittivity (liksom porinledning) har också verkställa av den förminskande Young modulusen.

Den Instrumenterade inryckningen används gemensamt i halvledarebranschen för att mäta den Young modulusen av Lågt-κ filmar deponerat på silikonrån. Två typiska rån visas in Figurerar 1. Gemensamt filmar dessa är mindre än 200nm tjockt.

Figurera 1. Hela silikonrån som täckas med Låga-κ material.

Utan någon korrigering för påverkan av den bakomliggande silikonsubstraten vänder mot en en kompromiss mellan osäkerhet och felet. På mycket lilla förskjutningar är felet tack vare substratepåverkan litet, men osäkerheten är mer stor ytbehandlar tack vare roughness, spetsvariationer, vibration, temperaturvariationer, Etc. Som inryckningsdjupförhöjningar, osäkerhetminskningarna, men för substratepåverkan för fel tack vare förhöjningarna. Utfärda är även mer komplex, därför att många Lågt-κ filmar gåva ”flår” med rekvisita som inte är representativ av ien stora partier av filma. När du testar en sådan filma vid den instrumenterade inryckningen, påverkas deytbehandla datan av denna flår, och data på större djup påverkas av substraten som lämnar inget område som rekvisitan av filma bara kan erhållas i.

Således var ämna av detta arbete att applicera ett analytic modellerar till analysen av Lågt-κ filmar testat av den instrumenterade inryckningen för att erhålla den Young modulusen av filma bara. En Sådan modellera för en tid sedan introducerades och verifierades av finite-beståndsdelen analys [3]. Framkallat av Keysight Teknologier, ses den till, som ”Hö-Crawforden” modellerar.

Hö-Crawforden Modellerar

Hö-Crawforden modellerar ger analytic hjälpmedel av att redogöra för substratepåverkan på mätt modulus. Modellera antar att den påtagliga modulusen har redan varit beslutsam. Här hjälpmedelmodulus ”för påtaglig modulus som” beräknas enligt metoden av Oliver, och Pharr [4]. Denna metod har förklarats in specificerar någon annanstans [5, 6].

Hö-Crawforden modellerar uttrycks in benämner av saxmodulus; det allmänna förhållandet mellan Young modulus (E), saxmodulusen (μ) och Poissons förhållande (υ) är E = 2μ (υ 1+). Hö-Crawforden modellerar antar att filma agerar i serie och i parallell med substraten, som illustrerat in Figurera 2.

Figurera 2. Schematiskt av det föreslaget modellera. Top fjädrar föreställer handlingen av filma. Botten två fjädrar föreställer filma och substraten som agerar i parallell.

Således förbinds den påtagliga (substrate-påverkade) saxmodulusen (aμ) till saxmodulusen av filma (μf) och det av substraten (μs) till och med detta uttryck:

                   

Väga fungerar, I0, är tack vare Gao [7]; det ger för en slätaövergång mellan påverkan av filma och det av substraten. Uttryckt för I0 ges in Figurerar 3 var det konspireras mot den normalized kontaktradien (a/t).

Figurera 3. att Väga fungerar för saxmodulus (I0) och Poissons förhållande (I1).

Således beräknas saxmodulusen av filma från det påtagligt värderar, genom att lösa Eq. 1 för μf :

                   

var A = 0.0626I0a, B = μsa + I0 - 1 - 0.0626I02 och C = - I0s.

Slutligen beräknas den Young modulusen av filma från saxmodulusen och Poissons förhållande som

                   Ef = 2μf (1+υf).          (Eq. 3)

Beräkning av μa från standarda inryckningsresultat för bruk i Eq. 1 kräver en värdera för Poissons förhållande. Väga fungerar I0 använder också Poissons förhållande. Men, som värderar bör användas - det av filma eller det av substraten? Att vara säkert, är detta problem av understödja beställer, men Gao föreslår också att väga fungerar, I1, för bruk av övergången i Poissons förhållande, så att påtagliga Poissons förhållande, υa, beräknas som

                   

Eq. 4 ger värdera för Poissons förhållande som används i beräkningen av μa och I.0 Det bör noteras att, om filma och substraten har samma Poissons förhållande (som är, om υs = υf = υ), därefter Eq. 4 förminskar till υa = υ. Uttryckt för I1 ges också in Figurerar 3, var det konspireras mot normalized kontaktradie.

Experimentell Metod

Låga-κ Två filmar på silikoner testades; tjockleken av första filmar var 1007 nm, och tjockleken av understödja var 445 nm. Figurera 4 shows som tvåna tar prov monterat för att testa. Resultat har anmälts för dessa samma tar prov, innan, men utan du redogjorde any för substratepåverkan [8]. I detta arbete jämför vi resultat erhållande av Hö-Crawforden modellerar till de som anmälas föregående.

Figurera 4. Låga-κ Två tar prov, som monterat för att testa i Keysight den Nano Indenteren G200.

De Låga-κ tvåna tar prov testades i ett Keysight labb med Keysight en Nano Indenter G200 som använder det Fortlöpande StyvhetsMätningsalternativet och ett head inpassat för DCM II med en Berkovich indenter. Resultat uppnåddes genom att använda Keysighten NanoSuite testar metoden ”G-Serien DCM som den Fortlöpande StyvhetsMätningen för Tunt Filmar”. Detta testar metod genomför Hö-Crawforden modellerar för att uppnå substrate-vilde mätningar av den Young modulusen.

Det bör noteras att denna metod inte korrigerar mätningar av hårdhet för substratepåverkan. Emellertid är hårdhetmätningar allmänt mindre känsliga till substratepåverkan, därför att graden av det plast- sätter in är mycket mindre, än graden av resåret sätter in. Filma hårdhet och substratehårdhet, hårdheten som vanligt mätas på 10% av påverkan för substraten för godsspecifikationer för filmatjocklek den försumbara, Även om det finns en verklig skillnad between.

Keysight har Nano Indenters varit branschen som är prima för, tunn-filmar att testa exakt på grund av det Fortlöpande StyvhetsMätningsalternativet, som mäter resårkontaktstyvhet (S) dynamiskt. Med det Fortlöpande StyvhetsMätningsalternativet testar varje inryckning retur som färdigt djup profilerar av den Young modulusen och hårdhet. Genom Att Använda detta alternativ, testar åtta utfördes på varje som Är Lågt-κ, tar prov. att Ladda var kontrollerat sådan att ladda klassar delat av ladda (P'/P) återstod konstant på 0.05/sec; att ladda avslutades på ett genomträngningsdjup av 200 nm eller mer stor. Magnetiseringsfrekvensen var 75 Hertz, och magnetiseringsamplituden var kontrollerat sådan att förskjutningsamplituden återstod konstant på 1 nm.

Resultat och Diskussion

Resultat resumeras in Bordlägger 1. Figurerar 5, och show 6 som den Young modulusen som en fungera av genomträngningsdjup för varje tar prov.

mig

1
2
3
4
5
6
7
8
9
Resultat som är Standarda
Resultat vid Eqs. 1-3
Ta Prov
N
Tjocklek nm
Range* nm
Ea GPa
σ (Ea) GPa
Spänna ** nm
Ef GPa
σ (Ef) GPa
låg-κ 1
8
1007
35-40
4,69
0,07
95.9-105.4
4,34
0,06
låga-κ 2
8
445
25-30
8,23
0,13
42.2-46.8
7,46
0,12

* Utvalt syna by

** Motsvarar till 9.5%-10.5% av filmar tjocklek

Figurera 5. Låg-κ 1 på silikonsubstrate, tf = 1007 nm.

Figurera 6. Låga-κ 2 på silikonsubstrate, tf = 445 nm.

Blåtttracesna är det uncorrected värderar; de visar skulle att vad, uppnås utan någon korrigering för substratepåverkan som använder en standarda NanoSuite testar metod liksom ”Hårdhet, Modulus och Spetsen Cal G-Serier DCM för Fortlöpande StyvhetsMätning Standard”. Dessa blåtttraces visar den Young modulusen som är ökande som en fungera av förskjutning, därför att silikonsubstraten, som är mycket mer styv, påverkar mer och mer mätningen. Verkställa uttalas mer för thinner filmar; blåtttracesförhöjningen snabbast för ”den Låga-κ 2en" tar prov, därför att den är det tunnast filmar testat i detta arbete.

De röda diamanterna visar att den van vid spänna beräknar (de uncorrected) Young modulina i den femte kolonnen av Table 1. Logistically förläggas dessa diamanter av användaren, för att välja data, som är, i användarens dom som är fri från båda, ytbehandla anomalier och substratepåverkan.

De gröna tracesna av Figures 5 och 6 är värderar beräknat enligt Eqs. 1-3. De röda diamanterna visar att den van vid spänna beräknar de Young modulina i den åttonde kolonnen av Table 1, men diamanter förlades automatiskt av programvaran på 9,5% och 10,5% av filmatjockleken, respektive, för att förminska beloppet av användaredom som var involverat i att härleda resultat. De korrigerade Young modulina som citeras på 10% av filmatjockleken (Bordlägga 1, kolonn 8), är markant lägre än vad anmäldes föregående för dessa, tar prov (Bordlägga 1, kolonn 5).

En Annan viktig observation är att, när en korrigering för substratepåverkan används, resultaten kan tas från djupare in i filma, var ytbehandla, har anomalier mindre påverkan. Som ett resultat, standardavvikelserna är mindre, som synes, genom att jämföra, värderar i de sjätte och nionde kolonnerna av Table 1.

Avslutningar

Keysight den Nano Indenteren G200 med ett huvud för DCM II är branschen som är prima för dessa mätningar på grund av dess kickprecision, rusar, lindrar - av - bruk, och det Fortlöpande StyvhetsMätningsalternativet, som levererar rekvisita som ett fortlöpande, fungerar av genomträngningsdjup. I detta arbete var Keysight NanoSuite Utforskareprogramvara van vid genomför ett analytic modellerar att konton för substratepåverkan. Testa metoder med denna analys är nu tillgängligt till kunder med Keysight NanoSuite Yrkesmässig programvara.

Att Ha en modellera, som redogör för substratepåverkan på den Young modulusen, har råd med flera praktiska fördelar:

  • Anmälde moduli är för filma bara
  • Mindre användarepåverkan, därför att djup spänner för beräknas moduli, måste inte att vara utvald ”synar by”,
  • Mindre osäkerhet, därför att resultat erhålls på djupare genomträngningsdjup

Hänvisar till

[1] http://en.wikipedia.org/wiki/Low- κ#Spin-on_organic_polymeric_dielectrics

[2] http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/Hbase/tables/diel.html

[3] J.L. Hö ”Ett nytt modellerar för att mäta substrate-vilde som den Young modulusen av tunt filmar vid den instrumenterade inryckningen,” Keysight Teknologier applikationen noterar (2010).

[4] W.C. Oliver och G.M. Pharr, ”En förbättrad teknik för att bestämma att använda för hårdhet- och resårmodulus laddar, och förskjutning som avkänner inryckningen, experimenterar,” J. Mater. Res., 7(6): 1564-1583 (1992).

[5] J.L. Hö ”Inledning till den instrumenterade inryckningen som testar,” Experimentella Tekniker 33(6): 66-72 (2009).

[6] J.L. Hö, P. Agee och E.G. Herbert, ”Fortlöpande styvhetsmätning under instrumenterad inryckning som testar,” Experimentella Tekniker 34(3): 86-94 (2010).

[7] H. Gao, C-. - H. Chiu och J. Lee, ”modellera för inryckning för Resårkontakt kontra av mång--varvade material,” Int. J. Heltäckande Strukturerar, 29:2471-2492 (1992).

[8] J.L. Hö ”den Young modulusen av dielectric Låga-κ material,” den Keysight Teknologiapplikationen noterar (2010).

Om Keysight Teknologier

Keysight är en global elektronisk mätningsteknologi och marknadsför ledareportion för att omforma dess kunders mätning erfar till och med innovation i radio-, modul- och programvarulösningar. Keysight ger elektronisk mätning instrumenterar och system och släkt programvara, programvarudesign bearbetar och servar använt i designen, utvecklingen, tillverkningen, installationen, utplaceringen och funktionen av elektronisk utrustning. Information om Keysight är tillgänglig på www.keysight.com.

Källa: Keysight Teknologier

För mer information på denna källa behaga besökKeysight Teknologier

Date Added: May 11, 2011 | Updated: Dec 16, 2014

Last Update: 16. December 2014 07:36

Ask A Question

Do you have a question you'd like to ask regarding this article?

Leave your feedback
Submit