文章來源：Tom聊芯片智造 原文作者：芯片智造

在芯片制程中，介質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，還在多層互連結構中實現了信號的高效傳輸。那么目前芯片制程中常見的介質材料有哪些？都有什么作用？怎么界定低k材料與高k材料？怎么制作出來的？

什么是介質層？

介質層通常指的是一種不導電的薄膜材料。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其免受機械損傷和腐蝕。

3.充當掩膜的作用等等

什么是介電常數？

介電常數，一般指相對介電常數，是材料對電場的響應或材料的電介質性質的一個量度，是一個材料在電場中的電荷存儲能力的體現。相對介電常數越低，電荷存儲能力越弱；相對介電常數越高，電荷儲存能力越強。

因此相對介電常數較低的材料就是低k材料，其介電常數通常小于 4.0；相對介電常數較高的材料就是高k材料，其介電常數明顯大于 4.0，有時甚至接近或超過 20。

介質層如何制作？

一般是運用PVD，CVD的方法，但是有些介質層可以用旋涂的方法來來制作。

介質層的種類有：氧化硅 (SiO2)，氮化硅 (SiNx)，氧化鋁（Al2O3），低介電常數 (Low-k) 材料，高介電常數 (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：良好的電氣絕緣性，熱穩定性和化學穩定性。

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

特點：耐蝕性強，能阻擋擴散和注入過程中的雜質

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，特別是對于玻璃和柔性基板上的薄膜晶體管 (TFT)，具有相對較低的漏電流和良好的熱/電穩定性。Al2O3還用于非易失性存儲器應用，例如3D-NAND。

4.低介電常數 (Low-k) 材料

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

聚酰亞胺：2.9

5.高介電常數（High-k）材料

高介電常數（High-k）材料是主要用于金屬柵氧化物半導體場效應晶體管（MOSFET）的柵介質。傳統的SiO2柵介質如果過于薄，導致門泄漏電流增加。高k材料可以在較厚的情況下提供與薄的SiO2相當的電場效應，從而減少門泄漏。

審核編輯：湯梓紅