Surface modification of nanoporous films using organosilanes dissolved in supercritical carbon dioxide

Abstract

It is well known in the microprocessor industry that as the number of transistors increases, the capacity of chips to manage information also increases. To continue with the increment in the number of transistors per integrated circuit (IC), manufacturers have followed a continuous reduction in size of these units. This reduction in size comes linked to negative effects, such as resistance-capacitance-delay (RC-delay), cross talk, and power consumption increase. Integrated circuits manufacturers have changed to new materials that diminish these negative effects, but incompatibilities with the damascene process used for the fabrication of metallic interconnections, have slowed down the increasing trends of transistor density. A recognized alternative for the recovery of electrical properties of damaged silicon-based films is the use of organosilanes. Organosilanes dissolved in supercritical carbon dioxide have been considered an enhanced alternative for the recovery of these damaged films. In this work, a thorough study of the different factors that can affect the repaired properties of damaged methylsilsesquioxane films was performed. Fluid phase equilibria of chlorosilanes-carbon dioxide mixtures, electric and hydrophobic properties recovery by the use of different organolsilanes, control and analysis on thicknesses of deposited films by different silylation reaction mechanisms, determination of kinetic parameters for the rate-law expression of different organosilane silylating reactions, and a comprehensive infrared analyses of the different bonds formed in gas and solid phases by the silylating reaction were studied in this work. Experimental apparatuses were designed for these studies, which include a new real-time, infrared system capable of studying the solidgas interaction at high pressure conditions. This study led to a thorough understanding of the reaction mechanisms that takes place in the gas and solid phases. Consequently, the effect of controllable parameters such as pressure, temperature, and concentration of organosilanes is now better understood and specific results in the repairing process can now be obtained.

Es bien sabido en la industria de microprocesadores que a medida que el número de transistores aumenta, la capacidad de manejo de información de los chips también aumenta. Para continuar con el incremento en el número de transistores en circuitos integrados, los fabricantes han debido disminuir el tamaño de estas unidades. Esta reducción viene ligada a algunos efectos negativos tales como RC-delay, cross-talk, y aumento en el consumo de energía. Los fabricantes de circuitos integrados han cambiado a nuevos materiales para reducir estos efectos negativos, pero incompatibilidades con el proceso Damascene, utilizado en la fabricación de interconexiones metálicas, han retrasado las tendencias de aumento de la densidad de los transistores. Una conocida opción para la recuperación de las propiedades eléctricas de películas a base de silicio es el uso de organosilanos. Los organosilanos disueltos en dióxido de carbono supercrítico se han considerado una mejor alternativa para la recuperación de estas películas dañadas. En este trabajo se realizó un completo estudio de los parámetros que afectan las características de las películas reparadas de metilsilsesquioxano. En este trabajo se estudió el equilibrio de fases para mezclas de clorosilanos y dióxido de carbono, la recuperación de propiedades eléctricas e hidrófobas mediante el uso de diferentes organosilanos, el control y análisis de espesores de películas depositadas por diferentes mecanismos de reacciones de sililación, la obtención de parámetros cinéticos para diferentes reacciones de sililación con organosilanos, y un exhaustivo análisis infrarrojo de los diferentes enlaces formados ya sea en la fase gas como en la fase sólida durante la reacción de sililación. Se diseñaron aparatos experimentales para estos estudios, que incluyen un nuevo sistema de infrarrojos en tiempo real capaz de estudiar la interacción sólido-gas, en condiciones de alta presión. Este trabajo condujo a una completa comprensión de los mecanismos de reacción que tienen lugar en las fases gas y sólida. Por lo tanto, el efecto de parámetros controlables tales como presión, temperatura y concentración de organosilanos se entiende ahora mucho mejor y por lo tanto ahora se pueden obtener resultados específicos en el proceso de reparación.