氟化非晶碳膜的微结构分析

        非晶碳膜因其构成主要单元———碳原子的价电子轨道存在sp3 、sp2 和sp1 三种杂化构型,使之具有多样的物理化学性能,如硬度高、摩擦系数小、光学带隙宽、抗化学腐蚀、生物相容性好,在机械、微电子、航空、生物医学等诸多领域取得了广泛的应用。近年来,用调制薄膜组分、改善膜的结构方法进一步提高其性能,成为该领域研究者感兴趣的研究课题之一,因此,非晶碳膜的结构研究显得至关重要。

       随着集成电路的快速发展,互连线越来越密,布线层数越来越多,带来了一系列诸如功耗、延时、串扰、散热等问题,这些问题制约着集成电路性能的进一步提高。用电阻率低的金属作为集成电路的互连线,用介电常数小的材料作为线间和层间隔离层,取代传统上使用的Al/SiO2 系统,成为了集成电路材料的必须解决的问题。互连线采用Cu 工艺已经基本得到认可,对于线间隔离层的低介电常数材料,目前处于探索阶段,主要有含氟氧化硅薄膜SiOF、聚四氟乙稀(PTFE) 以及氟化非晶碳薄膜(a2C∶F)等。氟化非晶碳薄膜由于其较低的介电常数(2.1左右) ,且有良好的热稳定性和粘附性而备受研究者的关注。

      本研究使用CF4 和CH4 作为源气体,用射频等离子体增强化学气相沉积(RF-PECVD) 法制备了a2C∶F 薄膜。利用原子力显微镜(AFM) 、傅里叶红外光谱(FTIR) 和X射线光电子能谱(XPS) 等现代分析仪器对薄膜的结构进行了表征,主要研究了不同温度下制备薄膜样品的微观结构变化。

         以CF4 和CH4 作为源气体,在不同沉积温度下用RF-PECVD 方法制备了氟化非晶碳薄膜,利用原子力显微镜、傅里叶红外光谱和X 射线光电子能谱等对薄膜的结构进行了表征。研究发现,其它条不变时,沉积温度的变化对薄膜微观结构影响较大,低温度下沉积的薄膜,表面均匀、光滑,膜内F、H含量相对较高。当沉积温度较高时,薄膜表面变得粗糙,膜内F、H 含量降低,薄膜内sp2 含量升高,薄膜趋于石墨化。

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