Mise au point de matériaux barrières diélectriques de type 1-SiC:H à faible permittivité déposés par PECVD pour réduire la capacité intermétallique dans les interconnexions avancées des circuits intégrés

par Cédric Charles-Alfred

Thèse de doctorat en Sciences des matériaux, plasma et couches minces

Sous la direction de Agnès Granier et de Vincent Jousseaume.

Soutenue en 2009

à Nantes .


  • Résumé

    Avec la diminution des tailles de transistor, les performances des circuits intégrés ne sont plus limitées par les temps de commutation de ces transistors mais par le délai de propagation du signal dans les lignes métalliques qui relient ces transistors entre eux. C’est pour réduire ce délai que de nouveaux matériaux diélectriques à faible permittivité sont développés pour l’isolation de ces lignes métalliques. Cette étude se focalise sur le diélectrique barrière à la diffusion du cuivre et le matériau développé durant ce travail de thèse est un carbure de silicium amorphe hydrogéné (a-SiC:H). Les a-SiC:H sont généralement élaborés par dépôt PECVD à partir d’un précurseur : le Triméthylsilane (3MS) dilué dans l’Hélium. Dans cette étude, il a été choisi de rajouter à ce mélange gazeux un précurseur organique (toluène ou propène ou éthylène) afin de contrôler la proportion de carbone incorporée dans le film. En effet, les résultats obtenus montrent que l’apport de liaisons C-H a pour effet de diminuer la permittivité du film déposé (de 4,8 à 3. 2) en agissant sur la densité sans pour autant provoquer l’apparition de porosité. Toutefois, les analyses réalisées sur ces matériaux montrent qu’un compromis est nécessaire entre le taux de carbone incorporé (C/Si =2) et la densité des films (d ≥ 1,3) de façon à diminuer la permittivité sans altérer les propriétés nécessaires à l’intégration. La réalisation d’un démonstrateur a montré que les matériaux développés sont compatibles avec les procédés déjà mis en place par les industriels, et les premiers essais de remplissage de vias profonds montrent qu’ils sont utilisables pour les futures technologies comme l’intégration 3D

  • Titre traduit

    Development of a low-k amorphous hydrogenated silicon carbide (a-SiC:H) as a dielectric barrier layer deposited by PECVD for advanced microelectronics interconnections


  • Résumé

    With the decreasing size of transistors, the performances of integrated circuits are no longer limited by the switching time of these transistors. The propagation delay in the metallic lines that connect these transistors to each other is the limiting factor. In order to reduce this delay, new materials with low dielectric permittivity are developed for the insulation of the metallic lines. This study focuses on the dielectric barrier against copper diffusion. The material developed in this thesis is an amorphous hydrogenated silicon carbide (a-SiC: H). It is usually deposited by PECVD using Trimethylsilane (3MS) diluted in helium as precursor. In this study, it was decided to add an organic precursor (toluene or propylene or ethylene) to the gas mixture 3MS/He to control the proportion of carbon incorporated in the film. Indeed, the results show that, whatever the organic precursor used, the incorporation of C-H bonds in the film structure leads to the reduction of the dielectric constant of the material deposited (from 4. 8 to 3. 2) by acting on the density of the film without causing the appearance of any porosity. However, the analyses made on these materials show that a compromise is needed between the carbon incorporation (C / Si = 2) and density of the films (d ≥ 1. 3) in order to decrease the permittivity without affecting the properties needed for integration. The fabrication of a demonstrator showed that the materials developed are compatible with the processes already used by manufacturers. Moreover, the first experiments done on insulation of through silicon vias show that those materials are suitable for future technologies such as 3D integration

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Informations

  • Détails : 1 vol. (177 f.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. f. 157-165

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université de Nantes. Service commun de la documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2009 NANT 2088
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