什么是制造中的沉积？逐层构建微型器件的关键

在制造的背景下，沉积是将材料薄膜应用于基底（如硅晶圆）的过程。它是用于构建构成集成电路、MEMS器件和其他微型技术复杂分层结构的基础性“增材”制造步骤。

需要掌握的核心概念是，现代电子器件不是从一个整体块中雕刻出来的，而是逐层、逐原子层向上构建的。沉积是添加这些精确层的核心工具集，所选择的具体技术从根本上决定了最终器件的性能和特性。

沉积的作用：从头开始构建

从本质上讲，制造是一个添加材料（沉积）、对其进行图案化（光刻）和去除材料（刻蚀）的循环。沉积是这个周期的关键第一步，负责创建器件的每一个功能层。

增材原理

将沉积视为原子尺度上高度先进的3D打印形式。您从一个裸露的基础——基底——开始，并有策略地添加不同材料的新层，每层都有特定的电气或结构目的。

哪些类型的薄膜？

这些沉积的薄膜可以是绝缘体（如二氧化硅）以防止电气短路，导体（如铜或铝）以形成导线和互连线，或半导体（如多晶硅）以创建晶体管和其他有源元件。

两大主要沉积类别

几乎所有的沉积技术都属于两大主要家族之一，其区别在于它们如何将材料从源头转移到基底：物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD）。

物理气相沉积（PVD）：物理转移原子

在PVD中，待沉积的材料首先是固态的靶材。该靶材受到能量轰击，导致原子被物理撞击或汽化。这些蒸汽随后穿过真空并在较冷的基底上凝结成薄膜。

两种最常见的PVD方法是：

• 溅射：离子束（如氩气）轰击靶材，像微小的台球一样物理地弹出原子。这种方法可以形成致密、高纯度的薄膜。
• 蒸发：源材料在高真空下加热直到蒸发（或升华），产生的蒸汽覆盖基底。

化学气相沉积（CVD）：用化学方法构建

在CVD中，基底暴露于一种或多种挥发性的前驱体气体。这些气体在基底表面发生反应或分解，留下所需的固体材料作为薄膜。

与PVD不同，沉积的材料是化学反应的结果。这使得制造复杂的复合材料成为可能，而这些材料用溅射法很难制备。CVD以生产高度均匀的薄膜而闻名，这些薄膜可以完美地贴合复杂的三维表面特征。

理解权衡：PVD 与 CVD

工程师不会随意选择沉积方法。这个决定是在所需薄膜特性、底层材料和制造成本之间进行的关键权衡。

薄膜质量和保形性

CVD工艺通常能产生具有出色保形性的薄膜。由于前驱体气体在反应前可以到达表面的每一个角落，因此形成的薄膜厚度非常均匀，即使在复杂的形貌上也是如此。PVD是一种“视线”工艺，难以均匀地覆盖垂直侧壁。

沉积温度

传统的CVD通常需要非常高的温度来驱动必要的化学反应。这种热量可能会损坏或改变先前沉积的层。PVD和特定类型的CVD（如等离子体增强化学气相沉积或PECVD）可以在低得多的温度下操作，使其适用于制造的后期阶段。

纯度和密度

PVD，特别是溅射，非常适合沉积非常纯净和致密的薄膜，特别是对于金属。物理轰击过程有助于形成紧密堆积的薄膜结构，这非常适合创建稳固的电气接触点。

材料通用性

CVD在制造芯片制造中的关键绝缘体（如氮化硅或二氧化硅）等复合材料方面提供了更大的灵活性。您只需更改前驱体气体的配方即可。PVD通常局限于沉积可以制成固体靶材的材料。

为您的应用做出正确的选择

在PVD和CVD之间进行选择完全取决于被沉积层的特定目标。

• 如果您的主要重点是在复杂表面上创建高质量、均匀的绝缘层： CVD因其卓越的保形性是明确的选择。
• 如果您的主要重点是沉积用于布线或电气接触的纯金属薄膜： PVD，特别是溅射，因其高纯度和薄膜密度而成为行业标准。
• 如果您的主要重点是涂覆对温度敏感的器件或基底： 需要低温工艺，如PECVD或PVD，以避免损坏底层结构。

最终，沉积是构建现代世界的基本艺术，一次精确控制的原子层。

总结表：

方面	物理气相沉积 (PVD)	化学气相沉积 (CVD)
过程	原子从固体靶材的物理转移	前驱体气体在基底上的化学反应
常见方法	溅射、蒸发	LPCVD、PECVD、APCVD
薄膜保形性	视线传输；保形性较低	在复杂形状上具有出色的保形性
典型温度	较低的温度	较高的温度（PECVD除外）
理想用途	纯金属薄膜、电气接触点	绝缘层、复合材料

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