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随着超大规模集成电路(ULSI)特征尺寸的不断减小以及互连布线密度的急剧增加，互连系统中电阻、电容带来的RC耦合寄生效应迅速增长，影响了器件的速度。为解决这个问题，需要引入低电阻值的铜互连线和低电容的低介电常数(low-k)绝缘材料。根据国际半导体工业协会(ITRS)2004年修订的国际半导体技术发展蓝图预测，到2010年45nm特征尺寸的ULSI要求互连介质的介电常数值应小于2.1<[1]>。而同传统的氧化硅薄膜相比，low-k薄膜在机械强度、热稳定性和与其他工艺衔接等方面有很多问题，给工艺技术带来了很大挑战。因此研究低介电常数介质材料以及其工艺技术显得越来越重要。本文研究了低介电常数薄膜与在铜互连技术中的使用的阻挡层材料的界面反应，以及low-k薄膜的改性处理和制备。论文主要内容分为以下三个部分：
1．论文研究了低介电常数薄膜SiCOH和PVD生长的TaN阻挡层之间的界面反应，通过HRTEM观察其界面，并用X射线光电子能谱(XPS)分析了界面的热稳定性。（1）从HRTEM照片上证实：TaN阻挡层有着很好的均匀性，并且与SiCOH有的的界面过渡层很薄，在10nm左右，并且没有扩散进入SiCOH。（2）XPS分析表明样品在N<,2> 250℃，350℃，450℃下退火后，两种薄膜的界面在退火后没有发生显著的变化，说明SiCOH/TaN有着良好的热稳定性。由AFM测得退火前后薄膜的粗糙度，表明退火对薄膜的表面形貌没有明显的影响。
2．为了改进低介电常数介质SiCOH薄膜的机械性质，论文研究了两种表面改性处理及其原理。（1）基于紫外线辐照的薄膜改性处理通过XPS和FTIR的分析，发现紫外辐照使得薄膜内分子重新交联，使薄膜更加紧密牢固，有效的增强了薄膜的机械性能，而对介电常数产生的影响较小。在紫外光的作用下，Si-CH<,3>化学键被切断，薄膜表面的孔积率下降，形成更加致密的表面，从而增加了机械强度；通过辐照，薄膜中的分子重新交联，Si-O骨架中一部分原本为网状结构的Si-O-Si化学键交联成强度更大的笼状结构，这也使得SiCOH薄膜的机械性质有所提高。（2）基于NH<,3>等离子体表面处理的薄膜改性处理XPS和FTIR等微观表征结果的分析中表明，经过NH<,3>等离子体表面处理后SiCOH薄膜的抗吸水性有很大的提高。NH<,3>等离子体在打断薄膜表面的Si-CH<,3>键的同时，其中的N元素又与-Si或-C-Si相结合，表面形成了含N的致密表层，去除了表面具有活性的悬挂键，使得薄膜不易吸水。
3．以SiH<,4>，N<,2>O，C<,2>F<,6>为反应前体，用PECVD方法制备了掺碳掺氮氧化硅。（1）根据氧化硅掺碳以降低介电常数，low-k材料掺氮以增强机械性能的思路，创新地用PECVD方法生长出了同时掺碳掺氮氧化硅的低介电常数介质薄膜。（2）基于对在不同参数下生长出来的样品进行的XPS分析，研究了反应过程中气体流量和等离子体功率对薄膜生长的影响。（3）测量这种新型low-k材料的介电常数，发现k值随薄膜中的含碳量变化，范围在3.0～3.3，具有较低的介电常数。