Low-k

Low-k (от англ.: «низкое ${\displaystyle k}$») — 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 ${\displaystyle \kappa }$ (каппа), которая из-за не всеобщей распространённости греческих шрифтов заменилась латинской ${\displaystyle k}$. Произношение: «лоу-кэй», но нередко произносят «лоу-ка». Традиционно для этого параметра используется символ ${\displaystyle \varepsilon }$ (эпсилон), однако термин «low-${\displaystyle \varepsilon }$» 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 ${\displaystyle \tau \sim RC}$, где ${\displaystyle R}$ — сопротивление, а ${\displaystyle C}$ — электрическая ёмкость рассматриваемой области. При любой геометрии последней величина ${\displaystyle C}$ пропорциональна ${\displaystyle \kappa }$, а значит, снижая ${\displaystyle \kappa }$, можно добиться уменьшения ${\displaystyle \tau }$.

В отличие от high-k, где ${\displaystyle \kappa }$ может достигать нескольких десятков, диапазон возможного уменьшения ${\displaystyle \kappa }$ 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.

• High-k
• en:Interconnect (integrated circuits)

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