Un groupe de recherche dirigé par le professeur Masao Tanabe de l'Institut de technologie de Shibaura et du centre de recherche Toray, Inc. a réussi à observer directement des changements de structure chimique à l'échelle nanométrique (1 nanomètre est un milliardième de mètre) se produisant près de l'interface entre le câblage en Cu (cuivre) et le film isolant Low-k utilisé dans le câblage des semi-conducteurs, en utilisant une technique analytique appelée AFM-IR.
Jusqu'à présent, dans les structures de câblage semi-conductrices réelles, la spectroscopie infrarouge conventionnelle présente une large zone de mesure et un signal moyenné sur la zone environnante, ce qui rend difficile l'évaluation directe des modifications de la structure chimique se produisant dans une zone très restreinte à proximité du câblage en cuivre. C'est pourquoi le groupe de recherche s'est concentré sur la microscopie à force atomique couplée à la spectroscopie infrarouge (AFM-IR), qui combine la spectroscopie infrarouge (IR) et la microscopie à force atomique (AFM). L'AFM-IR est une technique analytique permettant l'analyse chimique à l'échelle nanométrique.
Le groupe de recherche a utilisé l'AFM-IR pour étudier la structure chimique à proximité des fils de cuivre dans un échantillon de film isolant Cu/Low-k (un matériau isolant qui supprime les interférences électriques entre les fils) qui simule une structure de câblage semi-conducteur.
Des mesures AFM-IR réalisées à la surface d'une structure de câblage Cu/film isolant Low-k ont révélé que, comparativement à la partie centrale du film isolant Low-k, les liaisons Si-CH₃ (groupe méthyle) et Si-H, essentielles au maintien des performances du film isolant Low-k, étaient réduites à proximité du câblage en cuivre. De plus, la proportion de composés dérivés des groupes hydroxyle (OH) était accrue. Enfin, ces modifications de structure chimique étaient concentrées dans une zone extrêmement étroite, de l'ordre de quelques dizaines de nanomètres, à partir de l'interface.
Cela permettra une analyse détaillée à l'échelle nanométrique de la localisation et des modifications chimiques qui se produisent à l'interface et lors de la dégradation des matériaux pendant les procédés de fabrication des semi-conducteurs. Cette technique devrait contribuer au développement des matériaux semi-conducteurs, à l'amélioration des procédés de fabrication et à la mise au point de semi-conducteurs haute performance et haute fiabilité.
Informations sur l'article : [Journal of Applied Physics] Modification structurale interfaciale dans les interconnexions Cu/low-k révélée par microscopie à force atomique et spectroscopie infrarouge
