介质薄膜应用范围最广泛,主要用于前段的浅槽隔离、栅氧化层、侧墙、阻挡层、金属层前介质层,后段的金属层间介质层、刻蚀停止层、阻挡层、抗反射层、钝化层等,也可以用于硬掩膜。介质薄膜是一类具备绝缘性质的薄膜,主要用来掩蔽芯片任何器件/金属间杂质相互扩散,因此应用范围最为广泛。介质薄膜沉积主要需要考虑薄膜厚度、台阶覆盖率、致密性等。最常见的介质薄膜包括氧化硅、氮化硅、低/高介电常数材料等。
1、掺杂的/不掺杂的SiO2应用最广泛,最主要用于浅槽隔离(Shallow Trench Isolation,STI)、多晶硅栅的栅氧化层与侧墙、层间介质层、阻挡层、硬掩膜等。由于Si元素丰富且SiO2拥有高熔点,允许更宽的工作温度范围,因此SiO2应用最广泛。沉积过程中,SiO2要求足够薄,防止应力作用产生裂纹,同时要满足一定台阶覆盖率要求,尤其是在电极引线和元件互连时的覆盖率。SiO2可以通入硅烷与氧气制备,也可以通入TEOS(Si(OC2H5)4,四乙氧基硅烷)与氧气/臭氧制备,TEOS-SiO2的薄膜性能更好。
2、SiN/Si3N4绝缘性能好,用于钝化层、刻蚀停止层、硬掩膜、侧墙等工艺。Si3N4的特点是相较SiO2的结构更致密、化学稳定性高,因此更适合用于钝化层和刻蚀停止层等用于掩蔽离子扩散,制备难点在于颗粒的控制;但Si3N4的介电常数很高,一般不作为层间介质,否则会导致导体之间产生大的电容;
3、低介电常数(k)介质,后段金属层级金属层间介质中,电路导线电阻用R表示,寄生电容用C表示,由于R与导体的横截面积呈反比,C与电容极板的距离呈反比,因此随着制程微缩,布线之间的距离减小,电容与电阻均变大,产生RC信号延迟造成信号失真,影响芯片工作速度。低k介质的工艺壁垒在于保证薄膜较薄同时实现足够的机械强度、高均匀性等;
4、高k介质HFO2、HfSiOx、HfSiON,用于在栅极氧化层中替代多晶硅栅中的SiO2。晶体管尺寸不断减小,需要维持足够栅电容来保证栅控能力,因此要求栅氧化层厚度继续减薄,然而在栅氧化层物理厚度减薄到低于1.5nm时,器件漏电流大幅增加,因此需要用高介电常数k的介质替代SiO2来维持栅极保持高电容,这样在等效栅氧厚度持续缩小的前提下,使栅介质的物理厚度相对较大,来减少栅介质漏电流。#芯片 #芯片制造 #电子芯片 #半导体芯片 #麒麟芯片 #半导体 #半导体材料 #薄膜 #集成电路 #IC #ic #晶圆 #工艺 #技术 #科技
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每览昔人兴感之由,若合一契,未尝不临文嗟悼,不能喻之于怀。固知一死生为虚诞,齐彭殇为妄作。后之视今,亦犹今之视昔,悲夫!故列叙时人,录其所述,虽世殊事异,所以兴怀,其致一也。后之览者,亦将有感于斯文。
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