纳米多孔氧化硅薄膜的表征及其基于UAFM弹性性能的检测

摘要

纳米级多孔氧化硅薄膜介电常数低,和铝复合后可以大大降低电阻损耗,是最有希望的新一代低介电材料。在纳电子器中低介电薄膜孔隙率及孔尺寸可以控制其机械性能。薄膜的弹性模量是器件设计的必需参数,然而传统方法很难在纳米尺度表征弹性模量。采用等离子体增强化学气相沉积法,以六甲基二硅氧烷为单体,氧气作为反应气体,再加入少量的有机物质在玻璃基材上沉积纳米厚度的氧化硅薄膜,再进行热处理使氧化硅薄膜中的有机成分挥发形成孔隙(以下称纳米多孔氧化硅薄膜),从而降低薄膜介电常数。结果表明氧化硅薄膜的折射率热处理后得到减小,当放电功率为100 W时,氧气与单体的比例为1∶4时,放电时间10 min沉积的薄膜热处理后的纳米多孔氧化硅薄膜的折射率最小,介电常数1.885。首次采用超声原子力显微镜技术对纳米多孔氧化硅薄膜的弹性性能进行无损检测,分别检测纳米氧化硅薄膜和纳米多孔氧化硅薄膜的前两阶接触谐振频率。以纳米氧化硅薄膜为参考试样,利用参考法计算得到纳米多孔氧化硅薄膜的压痕模量为35.24 GPa。相比纳米氧化硅薄膜的压痕模量78.18 GPa,纳米多孔氧化硅薄膜的压痕模量降低了42.94 GPa。