Untersuchungen zur Feuchtigkeitsaufnahme von Niedrig-Epsilon-Materialien für die Anwendung als Zwischenebenendielektrika in Mikrochips

Im Rahmen dieser Arbeit wurden industrierelevante siliziumbasierte Niedrig-Epsilon-Materialien für den Einsatz als Zwischenebenenisolatoren in modernen Mikrochips in Hinblick auf die Feuchtigkeitsaufnahme aus der Umgebung untersucht. Unter Verwendung von MIM-Strukturen und mithilfe von C-t-Messungen wurden der Anstieg in der Permittivitätszahl aufgrund der Wasseraufnahme und das transiente Verhalten der Materialien bis zum Erreichen des Sättigungszustandes analysiert. Durch die Anwendung der Debye-Gleichung konnte anhand dieser Daten der absolute Wassergehalt in den Dielektrika bestimmt sowie ein Diffusionsmodell zur Wasseraufnahme erstellt werden. Zur Bestätigung der Debye-Gleichung wurden QCM-Messungen durchgeführt. Mittels FTIR-Spektroskopie wurde die chemische Zusammensetzung der Dielektrika und der Einfluss von Wasser auf die Bindungen und die Struktur in den Materialien untersucht. Die Dissoziation von Wasser bei hohen elektrischen Feldern konnte anhand von Leckstrom- und Durchbruchmessungen sowie mithilfe von C-V-Messungen gezeigt werden.
Die gewonnenen Erkenntnisse vertiefen das Verständnis zur Wasseraufnahme von Niedrig-Epsilon-Materialien und bieten Ansatzpunkte zur Weiterentwicklung dieser Materialien in Hinblick auf eine geringe Feuchtigkeitsaufnahme aus der Umgebung.