芯片制造中的二氧化硅介紹

文章來源：半導(dǎo)體與物理

原文作者：jjfly686

二氧化硅是芯片制造中最基礎(chǔ)且關(guān)鍵的絕緣材料。本文介紹其常見沉積方法與應(yīng)用場景，解析SiO?在柵極氧化、側(cè)墻注入、STI隔離等核心工藝中的重要作用。

二氧化硅（SiO?）是由硅和氧原子通過共價鍵形成的無機化合物，是半導(dǎo)體工藝中應(yīng)用最廣泛、最基礎(chǔ)的絕緣材料。

SiO?的合成方法：ALD、LPCVD與SOD

芯片制造中，SiO?薄膜的制備依賴多種工藝，不同方法的特點與原料如下：

SiO?在芯片制造中的核心作用

1. 柵極氧化絕緣材料

在傳統(tǒng)MOSFET中，SiO?直接作為柵介質(zhì)隔離柵極與溝道。例如，90 nm制程中，SiO?厚度≈1.2 nm。厚度<2 nm時，量子隧穿效應(yīng)導(dǎo)致漏電流劇增?，F(xiàn)代工藝中，SiO?作為High-K材料（如HfO?）的界面層（0.5-1 nm），優(yōu)化界面態(tài)密度。 ?

2. 柵極側(cè)墻調(diào)控離子注入

LDD（輕摻雜漏極）與Halo注入

沉積SiO?側(cè)墻→作為掩膜阻擋離子注入，形成淺結(jié)（LDD）和抑制短溝道效應(yīng)（Halo）。側(cè)墻寬度（10-30 nm）決定注入?yún)^(qū)域尺寸。例如，側(cè)墻越寬，LDD結(jié)深越淺，提升抗短溝道能力。

3. 淺溝槽隔離（STI）

刻蝕硅襯底形成溝槽→SOD填充SiO?→化學(xué)機械拋光（CMP）平坦化。隔離相鄰晶體管，防止漏電。例如，7 nm制程中，STI寬度<20 nm，需優(yōu)化SiO?填充致密性。 ?

4. 掩膜層（如SAQP掩膜）

自對準四重圖案化（SAQP）旨在通過多次圖形轉(zhuǎn)移，在不增加光刻復(fù)雜度的情況下，將初始圖案細分為四個更精細的圖案，以實現(xiàn)更高分辨率。首先利用標準光刻創(chuàng)建初步圖案，然后通過沉積和刻蝕一系列間隔層細分圖案，每次僅在前一步驟的線條側(cè)壁留下間隔物。重復(fù)此過程兩次以上，逐步細化圖案至目標尺寸，最后將精細圖案轉(zhuǎn)移到實際器件層上，如多晶硅柵極或金屬互連層。這一技術(shù)對于10納米及以下節(jié)點至關(guān)重要。

5. 絕緣隔離作用

層間介質(zhì)（ILD）:在金屬互連層間沉積SiO?（或摻氟SiO?，k≈3.5），減少線路間電容耦合。