纳米人

Nature：amorphous BN材料在半导体中高介电性能

纳米技术

2020-07-07

相互连接的材料需要较低的介电常数用于阻碍金属向半导体中扩散的能垒，并且需要其具有热稳定性、化学稳定性、机械稳定性。the International Roadmap for Devices and Systems建议，到2028年材料的介电常数值需要低于2。目前有些材料的介电常数的数值能达到低于2，但是热稳定性、机械稳定性较低。剑桥大学Manish Chhowalla、三星高级技术研究所Hyeon-Jin Shin、国立蔚山科学技术院Hyeon Suk Shin等报道了具有超低介电常数的无定形氮化硼材料。这种超低介电常数有利于提高半导体器件小型化的作用。

本文要点：

（1）

通过合成3 nm厚的无定形BN材料，并且介电常数在100 kHz和1MHz中分别低至1.78和1.16，击穿强度达到7.3 MV/cm。横截面成像结果显示，无定形BN在阻碍了Co原子在非常苛刻的条件向硅中的扩散，该结果展示了无定形BN材料在高性能电子学中展现出了优秀的低介电性质。作者发现无定形BN材料的介电性能高于六方晶体BN的介电性能。作者认为这种无定形BN材料的低介电性是由于BN的非极性、长程无序化学键作用导致，这种作用抑制了偶极排列（dipole alignment）过程。

（2）

材料生长方法。通过低温远程电感耦合等离子体-化学气相沉积（ICP-CVD）方法在Si基底上进行生长，通过调节温度和plasma功率进行反应参数的优化，结果显示当在400 ℃和30 W plasma中进行生长，能获得介电常数较低的无定形BN材料。在高于该温度时，获得的BN为纳米晶体结构的BN。