測量絕緣薄膜韌性的新方法

測量絕緣薄膜韌性的新方法
美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院（NIST）的研究人員開發(fā)出一種測量絕緣薄膜韌性的 新方法，這種絕緣薄膜在高性能集成電路中有著非常重要的作用。這項(xiàng)新技術(shù)不僅 可以提高芯片的可靠性與可制造性，還是微電子制造商利用現(xiàn)有設(shè)備就可以采用的 技術(shù)。

當(dāng)前焦點(diǎn)問題是低介電常數(shù)（low-k）絕緣層的機(jī)械強(qiáng)度，低介電常數(shù)絕緣層是 一種只有幾微米厚的電絕緣薄膜，置于于半導(dǎo)體層、微處理芯片元件以及其它高性 能半導(dǎo)體器件之間。隨著晶體管變得更小更密集，設(shè)計(jì)人員為防止出現(xiàn)電干擾和交 叉串?dāng)_而采用納米級的空隙結(jié)構(gòu)使得絕緣薄膜的多孔特征越來越明顯，但這也使其 更容易脆性斷裂。低介電常數(shù)絕緣層的脆性斷裂失效成為一個行業(yè)問題，影響到了 制造業(yè)產(chǎn)量及設(shè)備的可靠性。到目前為止，尚未有精確的方法測量出薄膜的抗折性 能，因此很難設(shè)計(jì)改良絕緣材料頻譜分析儀| 電池測試儀| 相序表| 萬用表| 功率計(jì)| 示波器| 電阻測試儀|。

NIST 的研究人員聲稱，利用一種稱之為納米壓痕技術(shù)的新改進(jìn)的材料測試手段 可以解決目前的測量問題。納米壓痕技術(shù)的工作原理是依靠尖銳堅(jiān)硬的金剛石針尖 擠壓，觀測使材料變形所需的壓力。近20 年來，研究人員已掌握利用納米壓痕技術(shù) 測量材料微小的彈性和塑性形變，但韌性的測量仍是一大棘手的問題。

NIST 的新技術(shù)對納米壓痕技術(shù)設(shè)備做了微小的改動，使探針比通常使用的更尖 銳。在電子顯微鏡下，小心壓迫絕緣薄膜使其產(chǎn)生小至300 nm 的裂縫，裂縫形式取 決于壓痕力、薄膜厚度、薄膜應(yīng)力以及薄膜和硅襯底的彈性特性等的復(fù)雜作用。這 些變量將輸入一個新的斷裂力學(xué)模型，不僅可以預(yù)測斷裂韌性，還可以預(yù)測出現(xiàn)自 發(fā)性破裂的薄膜臨界厚度