芯片制程中常見的介質(zhì)材料有哪些？都有什么作用？

文章來(lái)源：Tom聊芯片智造 原文作者：芯片智造

在芯片制程中，介質(zhì)層起到了非常重要的作用。它不僅在芯片中提供了必要的電氣隔離，還在多層互連結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)了信號(hào)的高效傳輸。那么目前芯片制程中常見的介質(zhì)材料有哪些？都有什么作用？怎么界定低k材料與高k材料？怎么制作出來(lái)的？

什么是介質(zhì)層？

介質(zhì)層通常指的是一種不導(dǎo)電的薄膜材料。用途有：

1.在芯片的不同部分之間提供電氣隔離

2.沉積在芯片表面以保護(hù)其免受機(jī)械損傷和腐蝕。

3.充當(dāng)掩膜的作用等等

什么是介電常數(shù)？

介電常數(shù)，一般指相對(duì)介電常數(shù)，是材料對(duì)電場(chǎng)的響應(yīng)或材料的電介質(zhì)性質(zhì)的一個(gè)量度，是一個(gè)材料在電場(chǎng)中的電荷存儲(chǔ)能力的體現(xiàn)。相對(duì)介電常數(shù)越低，電荷存儲(chǔ)能力越弱；相對(duì)介電常數(shù)越高，電荷儲(chǔ)存能力越強(qiáng)。

因此相對(duì)介電常數(shù)較低的材料就是低k材料，其介電常數(shù)通常小于 4.0；相對(duì)介電常數(shù)較高的材料就是高k材料，其介電常數(shù)明顯大于 4.0，有時(shí)甚至接近或超過(guò) 20。

介質(zhì)層如何制作？

一般是運(yùn)用PVD，CVD的方法，但是有些介質(zhì)層可以用旋涂的方法來(lái)來(lái)制作。

介質(zhì)層的種類有：氧化硅 (SiO2)，氮化硅 (SiNx)，氧化鋁（Al2O3），低介電常數(shù) (Low-k) 材料，高介電常數(shù) (High-k) 材料等。

1.氧化硅 用途：作為電氣隔離層，掩模層，以及在CMOS工藝中的柵氧化層等。

特點(diǎn)：良好的電氣絕緣性，熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。

2.氮化硅 用途：通常用作擴(kuò)散和離子注入的掩模材料，也用于電氣隔離和表面保護(hù)。

特點(diǎn)：耐蝕性強(qiáng)，能阻擋擴(kuò)散和注入過(guò)程中的雜質(zhì)

3.氧化鋁

氧化鋁是另一種具有潛在用途的柵極絕緣體材料，特別是對(duì)于玻璃和柔性基板上的薄膜晶體管 (TFT)，具有相對(duì)較低的漏電流和良好的熱/電穩(wěn)定性。Al2O3還用于非易失性存儲(chǔ)器應(yīng)用，例如3D-NAND。

4.低介電常數(shù) (Low-k) 材料

主要用于半導(dǎo)體制程中的互連介質(zhì)層。低k材料可以有效地降低寄生電容，從而提高信號(hào)傳輸速度并減少功耗。 包括有機(jī)硅，氟化硅，聚酰亞胺等。 有機(jī)硅介電常數(shù)：2.65 氟化硅：2.5-3.5

聚酰亞胺：2.9

5.高介電常數(shù)（High-k）材料

高介電常數(shù)（High-k）材料是主要用于金屬柵氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MOSFET）的柵介質(zhì)。傳統(tǒng)的SiO2柵介質(zhì)如果過(guò)于薄，導(dǎo)致門泄漏電流增加。高k材料可以在較厚的情況下提供與薄的SiO2相當(dāng)?shù)碾妶?chǎng)效應(yīng)，從而減少門泄漏。

審核編輯：湯梓紅