Low-k

Low-k (от англ.: «низкое $k$ ») — общее наименование используемых в электронике диэлектрических материалов со статической диэлектрической проницаемостью ниже, чем у стандартного изолятора − диоксида кремния SiO₂ (3,9), а также технологии производства полупроводниковых интегральных схем (ИС) с такими материалами. Также используется название «низкопроницаемый диэлектрик».

Название «low-k» происходит от принятого в данной сфере обозначения проницаемости буквой $\kappa$ (каппа), которая из-за не всеобщей распространённости греческих шрифтов заменилась латинской $k$ . Произношение: «лоу-кэй», но нередко произносят «лоу-ка». Традиционно для этого параметра используется символ $\varepsilon$ (эпсилон), однако термин «low- $\varepsilon$ » не прижился. Также существует понятие high-k, с противоположным смыслом.

Диэлектрики с низкой диэлектрической проницаемостью важны для современных ИС, поскольку их использование серьёзно улучшает быстродействие схем, особенно в плане задержек в межкомпонентных соединениях. Задержки определяются величиной $\tau \sim RC$ , где $R$ — сопротивление, а $C$ — электрическая ёмкость рассматриваемой области. При любой геометрии последней величина $C$ пропорциональна $\kappa$ , а значит, снижая $\kappa$ , можно добиться уменьшения $\tau$ .

В отличие от high-k, где $\kappa$ может достигать нескольких десятков, диапазон возможного уменьшения $\kappa$ невелик (гипотетически от 3,9 до проницаемости вакуума равной 1; на практике получаются значения 2,5 — 3,5), но и это весьма существенно.

К материалам класса low-k относятся специальные стёкла с частичным замещением атомов кислорода атомами фтора (фторсиликатные стёкла, англ. fluorosilicate glass, FSG) или органическими радикалами (органосиликатные стёкла, англ. organosilicate glass, OSG). Кроме того, используются разные варианты пористых диэлектриков, в них, благодаря наличию пор, происходит как бы эффективное усреднение проницаемостей собственно материала и пустот (проницаемость последних близка к единице).

Активные исследования low-k материалов ведутся с 1990-х годов, их значимость нарастает по мере скейлинга основного элемента ИС — полевого транзистора с изолированным затвором. Внедрение подобных материалов в практику вносит вклад в дальнейшую миниатюризацию таких элементов, позволяющую наращивать степень их интерграции в соответствии с законом Мура.

См. также

Литература

Г. Я. Красников, Е. С. Горнев, А. А. Резванов: Перспективные материалы для микроэлектроники и их применение (презентация, см., в частн., слайды 4, 10, 11).