DRAM元件和逻辑LSI元件中使用的各种薄膜在线视频

我们现在我们就看看

在刚才讲的集成电路当中

我们净用到了哪些薄膜

用到了哪些材料

这是典型的两种器件

上边这种叫做DRAM

就是动态随机存取存储器

底下就是逻辑

大规模集成电路使用的各种薄膜

那么逻辑电路

一般就是我们刚才讲的那个

这底下是一个场效应管

这是场效应管嘛

这不是

这下边就是个COMS嘛

COMS嘛

这是n阱这是p阱

n阱p阱

这是栅极这是源极

这是漏极

我们刚才用到了哪些薄膜

表面钝化层

金属布线层

有铝膜铜膜

金属部件层间绝缘

氧化硅膜 氟氧化硅膜

金属布线下层这个

这个绝缘膜

这个二氧化硅膜

有栅绝缘膜

有元件分离膜

元件分离膜就是二氧化硅了

还有什么栅绝缘膜

是二氧化硅膜

里边还有氮化硅膜等等

还有钽呀 硅化物膜

还有钨塞等等这些

你看层间导通孔的

埋置导体是钨膜

氮化钛 钛膜

铝膜铜膜等等这些东西

这包括什么

包括金属

金属里边有铝铜钨钛钽

半导体膜绝缘膜

各种各样的膜层

这是我们刚才讲的

这个逻辑电路当中

用到的各种材料

上边这个的话

是一个存储器

是一个存储器

是一个存储器

我们知道这个存储器

DRAM这个存储器

就是动态随机存取存储器

这里边我把它说白了以后

这个存储器

实际上是两种线

一种线叫做字线

一种线叫做位线

注意这个线是位线

位线的话

比方说是左右的X方向的

那么是在左右的

那么这种字线是前后的

左右前后就有个交叉

左右前后就有个交叉

当然这个字线控制

在电路里边

一定是受这种三极管来控制它

三极管来组织

我们这个存储器

关键是要里边存信号

我需要存的时候存信号

我怎么存

就是在这个字线横线

跟竖线的这个交叉点上

一定什么

一定要是存储东西

这个存储东西

把它弄上来了

这个地方的话是个存储器

注意 把它弄上来了

它也是交叉线

你看这个是横线这个是纵线

横线纵线

这是纵线 这是横线

交叉点

不是有个交叉点嘛

我把它引上来

为了减少它的面积

我把它引上来了

你们看看这里面

它有 有什么东西

有金属布线

字线位线都是金属布线

还有元件隔离膜

那么字线的话是钨

位线的话是硅化钨膜

这里边还有个电容

注意有电容

这个电容是用什么

用氮化硅

电容绝缘膜

它既绝缘又介电常数比较高

金属布线下金属层

有二氧化硅膜

金属布线的话

是铝膜硅膜和铜膜

所以这里边的话

对一个存储器来讲也是

它需要的什么

需要的最关键的是介电膜

氮化硅膜

还有绝缘膜

氧化硅膜

金属膜 铝硅铜膜

甚至还有钨膜等等这些东西

所以无论是存储器

还是逻辑

这两种典型的电路

都用到了大量的膜层

都用了大量的膜层

我们看看它有哪些膜层

大规模集成电路当中

用到的哪些膜层

我们看到薄膜的种类

绝缘层硅氧化膜

硅氮化膜 低介电常数

高介电常数 铁电薄膜

铁电薄膜就是那个

增大介电常数

它的介电常数到几千

介电常数到几千

你如果这个地方

这个绝缘膜你也改成铁电的

介电常数高的这个就可以很小

做的很小

介电常数很高嘛

电容就很大

注意这里边硅氧化膜

钨掺杂的氧化膜

这是氧化硅等等这些

掺杂的氧化膜

掺杂的氧化膜就包括什么

磷硅玻璃

什么硼硅玻璃

硼磷硅玻璃呀

注意这里边好多都有磷

为什么说

它是个低熔点的

掺氟的氧化膜

这为了降低介电常数

掺氟的

这是氮化膜氮化硅

这是氮化硅 氮氧化硅

这个的话是介电常数比较高

一般作为低介电常数膜

低介电常数膜这是聚合物膜

含氢的二氧化硅膜

多孔的二氧化硅掺碳的氧化膜

这个低介电常数

注意在半导体介电常数里边

绝缘层当中除了这个绝缘膜以外

要求是低介电的高介电的

那么这个铁电的

比这个高介电的这个更那个了

注意低介电的高介电的

高介电的为什么

就是作为电容用

电容的介质材料

增加电容量

减少电容的体积

低介电常数膜是什么

就是说在布线的过程当中

两条布线当中

你这个介质材料的

介电常数越低越好

如果介电常数高了

中间就会有电容

一有了电容以后

就麻烦事儿就来了

随着频率的增高

会使这个信号失真

会使这个信号延迟

甚至还会发生所谓的交叉噪音

叫做Cross Talk Cross Talk

这些在过去工作频率比较低的时候

不太明显

随着频率工作频率的升高

这些问题越来越严重

所以现在的大规模集成电路

当中的话

要发展低介电的绝缘材料

高介电的介质材料

还有这个可靠性高的绝缘材料

等等这些

这是绝缘膜

同学们在这个

搞这个集成电路的时候

由于跟过去的这个电路

受电路的影响

老觉得这个电路

这个绝缘层好像重要性不太高

是不对的

对于这个集成电路来讲

绝缘层的重要性

比导体的重要性

甚至还要重要

还要高一些

还要高一些

那么硅材料之所以

在大规模集成电路

作为一个主要的材料

它形成绝缘膜

很容易形成绝缘膜这一条

是个非常重要的因素

硅经过水蒸气或者氧

氧化形成一个氧化膜

还形成氮化膜

形成氧化膜

形成氮化膜

跟硅材料本身的附着力相当好

一纳米层的就非常牢固

在这一点上

硅材料作为半导体材料

是个得天独厚的一个条件

比方锗就不行

化合物半导体就不行

硅材料这个特点是不可比拟的

那么下边的话是

金属材料

早期用的铝和铝合金

现在用的主要是铜

高熔点金属硅化物膜

导电性这个氮化物膜

还有铜膜 还有其他的等等这些

金属膜这个导体膜

用的也是比较多的

半导体膜

半导体膜当然了

你经过掺杂以后

多晶硅非晶硅外延膜

这里边p型硅n型硅

那外延膜等等这些

所以对于大规模集成电路

有三大类主要的材料

一类是绝缘膜

一类是金属导体膜

还有一个半导体膜

这三类材料对于制作

一个集成电路来讲

都是不可缺少的

都是不可缺少的

那么用于半导体集成电路的

各种膜层的制作方法

制作方法就是常用的

就是三种

一种是氧化一种CVD一种是PVD

那么CVD是什么

是Chemical Vapor Deposition

化学气相沉积

物理气相沉积

是Physical Vapor Deposition

物理气相沉积

那么LPCVD

叫做low pressure

Chemical Vapor Deposition

我跟它叫做减压CVD

有的人说它是低压CVD

我觉得减压CVD更科学

为什么说

因为它工作压力是在

是在比大气压稍微低一些

到几十个帕

比大气压低一点

到几十个帕

在广阔的范围之内

不给它叫做低压的

因为它到几十个帕嘛

几十个帕嘛

一般一说低压的话

就压力很低了

到10的负几次方帕

这是叫低压

我们给它叫做减压CVD

还有叫做所谓的常压CVD

等离子CVD

plasma Chemical Vapor Deposition

就是把等离子引进这里边

还有是这个HDPCVD

就是high density plasma

Chemical Vapor Deposition

叫做高密度等离子VCD

这些工艺过程

在制作大规模集成电路当中

都会用到都会用到

那么比较典型的是

还是热氧化了

热氧化形成二氧化硅

这是很典型的方法

热氧化 热氧化嘛

一个是加热一个是氧化

加热到一定温度

几百度的温度

通入氧通入水蒸气等等

还有其他的方法

就可以实现二氧化硅

有热的CVD 减压CVD

是这个这个常压CVD

有热壁的有冷壁的

什么叫做CVD

英文里边就叫做

Chemical Vapor Deposition

CVD的定义应该讲

同学们有兴趣可以看

我写的这个薄膜

技术与薄膜材料这本书

这个讲的非常清楚

凡是反应物是气相

生成物有一种是固相

并且沉积在基体表面上的这种过程

都叫做CVD

我再重复一遍

凡是反应物是气相

生成物至少有一种是固相

并且沉积在基体表面上的

这种反应过程都叫做化学气相沉积

一般的化学气相沉积

为什么叫做热CVD

因为它需要激活

这个激活的话

一般是用温度

这个CVD过程

有各种反应过程

还原 氧化 气化 分解等等这些

都可以实现

所有的化学反应都可以实现什么

热CVD

但是它需要温度

一个需要温度一个需要扩散

它的好处是什么

它的这个批量比较大呀

反应比较快呀

它的覆盖率比较高呀

它的缺点是什么

不利于实现高精度的这个

这个膜层

高精度膜层

你比方这里边

这个氮化硅膜层

高温氧化硅呀掺杂的

杂质掺杂的硅膜

钨硅化物膜呀

冷壁的话这些

这个硼磷等玻璃

用的玻璃

其他常压CVD也有

那么还有一种是这个

这个PVD

PVD就是说利用

物理气相沉积的办法

原则上讲的话

是没有化学反应

它主要的是什么

是蒸镀

比方说铝膜用蒸镀的办法

溅射 铝 钛 氮化钛

钨氧化硅化物往往用什么

用溅射的办法

溅射的办法有

现在用的比较多的

都是磁控溅射

磁控溅射

再CVD里边的话

有等离子CVD

等离子CVD

等离子CVD的

有平板型的 有什么偏压型的

有高密度型的

所谓等离子CVD

它本身是个CVD

但是把等离子体引入到CVD里边

目的在于什么

增加活性降低反应温度

使原来在普通CVD里边

不容易实现的反应

通过等离子CVD就可以实现

原来热CVD温度很高的

比方说800度以上啊上千度这个

我们用等离子CVD

可以把温度降低在几百度

三四百度 一二百度

这当然对

增加了工艺的这个可行性

可行性

你看比方说现在液晶显示器

我随便举个例子

液晶显示器

我在大玻璃极板上

制作这个薄膜三极管

制作薄膜三极管

也用到各种膜层

你要制作这种各种膜层

你在玻璃极板上

你没有别的办法

你要沉积非晶硅等等这些东西

你只能用等离子CVD

等离子CVD

可以把温度降低到350度

普通的玻璃板就可以了

那么除了等离子CVD的办法

没有别的办法

只能用等离子CVD

当然半导体集成电路的话

它这个 它的基体材料是硅

硅圆片 硅圆片七八百度

问题不是很大

硅圆片七八百度不是很大

但是为了增加它的反应

制造一些特殊的膜层

所以必须还用等离子CVD

等离子CVD

在这个在集成电路当中

大规模集成电路当中

用的还是很多的

它的薄膜形成办法

主要是有热氧化法

CVD法和PVD法

CVD法当中

有热CVD法还有等离子CVD法

那么实际上PVD法当中的话

你溅射镀膜

也实际上引入了等离子

这里边去了

那么它的 在按不同的这种材料

它是用什么方法形成的

形成的

常压CVD 减压CVD

这个等离子CVD

光激化CVD

这是化学气相沉积

这是你看看这个PVD法

这个溅射镀膜

真空蒸镀

真空蒸镀有的是用铝 铝合金

那么溅射镀膜是铝

铝合金 硅化物 高熔点金属

一般的这个化学气相沉积

主要是沉积这个化合物

氧化物 硅化物等等

玻璃等等这些

另外的话还有涂布的办法

涂布的办法

电镀铜这是这些年

用水溶液电镀铜

就可以代替真空的办法

这是后来发展的一些新的方法了