随着集成电路向超大规模方向发展,电子元器件朝向小型、高速、低能耗、高集成度方向发展。然而互连阻容耦合(RC)产生的延迟效应极大地限制了电路运行的速度,并带来信号窜扰和增加功耗的问题。为了降低RC延迟,开发具有超低介电常数(κ)的材料成为目前工业界和高校等机构研究的热点之一。低介电常数材料不仅需要有较低的κ值,还需要有足够的机械强度、良好的电学特性和热稳定性等,然而,目前开发的材料很难满足上述性能。因此开发具有超低κ以及热、力、电等综合性能良好的薄膜材料成为目前研究的焦点及难点所在。通过对各种候选低介电常数材料的性能和制备方法的综合分析,SiCOH薄膜材料综合了无机材料良好热稳定性和力学性能以及有机材料低κ值的优点,并且多孔的基体能够极大的降低材料本身的密度,进而得到更低的κ值。为此,选取多孔SiCOH薄膜为研究对象,通过聚合物分子模板的方法,向基体材料中引入多孔结构。薄膜制备过程采用溶胶-凝胶工艺,利用旋涂技术涂膜,获得了具有多孔结构的SiCOH低-κ薄膜材料。并系统研究了其微结构、化学组成、电学和力学等性能,并着重分析了热退火、紫外辐照等后处理工艺对薄膜的影响作用。具体可归纳为几个方面。分别采用两种硅基前驱体1,2-二(三乙氧基硅基)乙烷(BTEE)和甲基三乙氧基硅烷(MTES),以EO-PO-EO三嵌段的共聚物P123为模板剂,采用凝胶-溶胶工艺和旋涂方法制备出多孔的SiCOH薄膜。FTIR和XRD分析表明薄膜中形成了掺C的Si-O-Si网络以及多孔结构。力学测试表明随BTEE含量增加,薄膜的模量和硬度增大,说明BTEE的加入有助于改善薄膜材料的力学性能。C-V分析得出BTEE:MTES=6:4的薄膜具有超低介电常数,k-2.0,因此被选为超低κ材料作进一步研究。系统的研究了不同退火温度对低κ材料结构和性能的影响。发现350℃退火2h后的SiCOH薄膜中形成高度有序的多孔结构,并且薄膜厚度均匀,表面光滑且无破裂。FTIR和TGA分析表明,薄膜具有良好的热稳定性,在350～500℃,薄膜骨架的化学组成和结构都未发生明显变化。并且,随温度变化,κ值始终保持在1.9～2.2范围内。在1MV电场下,漏电流密度约为3×10-8A/cm2。纳米力学测试测得350℃退火后的薄膜的折合模量Er～4.05 GPa,硬度H～0.32GPa。但是,该值仍不能满足化学机械抛光(CMP)过程对低κ材料力学性能的要求,为此,我们采用紫外光辐照法改善薄膜的力学性能,深入研究了不同照射时间对薄膜结构和性能的影响。实验发现,随紫外照射时间增加,Er和H不断提高。当辐照时间增至6小时时,薄膜力学强度分别达到Er～7.4GPa,H～1.0GPa。FTIR、XPS分析表明,紫外辐照6小时后,刚性C-C键含量增多,从而改变了薄膜中Si-O-Si骨架的交联密度和刚性。然而,薄膜介电性能未受到明显影响,紫外辐照6小时后,κ值仅从2.0增至2.2。作为一种低介电常数材料的研究,本文开发的多孔SiCOH材料薄膜达到了超低κ值(～2.0)的目的,在经受350～500℃的高温处理时,薄膜始终能够维持良好的热稳定性和介电稳定性。并且,经紫外光辐照处理后,力学性能也得到大幅度改善,因此,有望作为超低介电常数材料在互连介质领域推广应用。