中文摘要：

本项目用激光产生超声表面波法来研究超大规模集成电路多层金属互连系统中绝缘质的机械特性。介电常数(k)小于2的纳米多孔介质是最具潜力应用于未来超大规模集成电路的绝缘质。但其硬度低、超薄、易碎等特点制约了互连系统内介质与金属引线集成流程中所必经的化学机械抛光工艺的进行。所以非常有必要研究低k绝缘质的机械性能。目前国际上常用的nanoindentation(纳米牛顿压痕法)方法已逐渐不适于研究此类低k介质薄膜的机械特性，造成很大的误差。而超声表面波法具有准确、不损伤材料等突出优点，有潜力服务于集成电路制造工艺线上的在线检测。本课题研究超声表面波在纳米多孔介质薄膜中的激发特点及传播机理，寻找无损伤准确测定薄膜机械特性的最佳条件，建立起实验、理论计算、信号分析的完整体系，研究不同条件下制备的多种低k介质薄膜的机械特性，给出低k绝缘质的介电常数与机械特性的关系。此研究适应我国集成电路发展的迫切需要。

结论摘要：

介电常数越来越低的先进low-k介质薄膜要在高性能ULSI互连系统中获得实际应用，良好的力学性能成为关键因素之一，以支撑多层互连结构和承受化学机械抛光平面化工艺。本项目利用激光产生超声表面波（SAW）的频散特性来测定纳米多孔low-k薄膜的硬度特性，具有检测速度快、测量准确、不损伤材料等突出优点。本研究对表面波在体材料及分层材料中的波动方程解进行了理论推导,计算出表面波在低k介质薄膜／硅基底的分层结构中分别沿硅晶体［100］及［110］晶向传播时的波速－频率关系。对不同结构的纳米多孔薄膜／硅基底建立相应模型，研究了表面波在双层以及多层low-k/铜集成结构上的频散特性。获得了表面波沿多孔介质薄膜任意方向传输时的色散特性，克服了检测对表面波传输方向的限制，并引入坐标变换大幅提高了计算速度。在实验方面，制备了用于探测表面波信号的压电传感器，对提取的表面波压电信号进行了去噪滤波处理来避免低频效应对信号的影响及高频噪音。建立起了SAW方法研究薄膜机械特性的理论计算、实验、信号处理的完整体系。对一系列low-k样片的表面波信号进行了分析拟和获得了薄膜的硬度特性。