在半导体制造中，沉积是将材料薄膜应用于硅晶圆上的基本过程。 这是一个添加过程，意味着它构建了微芯片复杂的多层结构。这与刻蚀（一种去除材料以形成图案的减法过程）形成鲜明对比。
沉积不是单一的操作，而是一类高度受控的技术，用于以原子层为单位构建芯片。所选择的具体方法——无论是化学的还是物理的——都是一个关键的工程决策，直接决定了半导体器件的最终性能、可靠性和成本。
核心原理：逐层构建芯片
现代微处理器就像一座极其复杂的微观摩天大楼，拥有数十亿个组件。沉积就是用于构建每一层楼及其之间连接线路的过程。
一个添加过程
将硅晶圆视为建筑的地基。沉积过程是在整个地基上添加一层新的、完全均匀的材料。这可能是一层绝缘体、导电金属或其他半导体材料。
沉积层的作用
每一层沉积的材料都有特定的功能。
- 绝缘体（电介质），如二氧化硅（SiO₂），可防止电流在不同组件之间泄漏。
- 导体，如铜或铝，形成在芯片周围传输信号的“导线”或互连线。
- 半导体，如多晶硅，用于构建晶体管本身——所有数字逻辑的基础开关。
关键沉积方法：两大主要系列
工程师使用两大类技术来沉积这些层，每种技术都有其独特的优势和用例。选择完全取决于所沉积的材料及其在最终器件中的作用。
化学气相沉积 (CVD)
在CVD中，晶圆被放置在一个腔室中，并暴露于一种或多种挥发性前驱气体。这些气体在晶圆表面的高温下发生反应或分解，形成所需的固体薄膜。
这类似于蒸汽如何在冷窗户上凝结成一层水，但它是一种高度受控的化学反应，形成固体薄膜而不是液体。等离子体增强化学气相沉积 (PECVD) 是一种常见的变体，它使用等离子体在较低温度下促成这些反应。
物理气相沉积 (PVD)
在PVD中，待沉积的材料首先是一个固体靶材。该靶材在真空中受到高能离子（通常来自氩等离子体）的轰击，从而物理地将靶材原子撞击下来。
这些被撞击下来的原子穿过真空并覆盖晶圆。PVD最常见的形式是溅射，可以将其想象成一种原子级别的喷砂，其中“沙子”（被撞击下来的原子）堆积起来在晶圆上形成新的一层。
原子层沉积 (ALD)
对于最先进的应用，原子层沉积 (ALD) 提供了无与伦比的精度。它是一种CVD工艺，可以逐个原子层地构建材料，从而在厚度上实现完美的均匀性和控制。
理解权衡
在CVD和PVD之间进行选择并非随意；它是基于层要求做出的关键工程权衡。
保形覆盖
CVD工艺通常在保形性方面表现更佳——即均匀覆盖复杂三维表面的能力。由于反应物气体在反应前可以流入微小的沟槽和孔洞中，因此它们会形成均匀的层，这对于在紧密堆积的导线之间进行绝缘至关重要。
纯度和密度
PVD通常因其是物理转移过程而非化学过程而更受青睐，用于沉积金属薄膜。这可以产生具有更高纯度和密度的薄膜，从而带来更好的导电性。
温度和损伤
传统的CVD工艺通常需要非常高的温度来驱动化学反应。这些高温可能会损坏芯片上先前制造的层。PVD和PECVD是宝贵的替代方案，因为它们可以在低得多的温度下运行。
为您的目标做出正确的选择
沉积方法的选择始终是为了服务于芯片架构中的特定功能。
- 如果您的主要重点是在金属线之间创建绝缘层： 您可能会使用CVD的一种形式（如PECVD）来利用其出色的填充间隙和提供均匀覆盖的能力。
- 如果您的主要重点是沉积金属布线（互连线）： 您可能会使用PVD（溅射）来创建高纯度、高密度的导电薄膜。
- 如果您的主要重点是构建晶体管超薄的关键栅氧化层： 您必须使用原子层沉积 (ALD) 来实现所需的原子级精度和完美性。
归根结底，掌握沉积是整个半导体行业的基础，因为它是芯片构建的根本过程。
总结表：
| 方法 | 全称 | 核心原理 | 主要用途 |
|---|---|---|---|
| CVD | 化学气相沉积 | 气体在加热的晶圆表面反应形成固体薄膜。 | 非常适合均匀的绝缘层（例如填充间隙）。 |
| PVD | 物理气相沉积 | 原子从靶材中物理撞击出来覆盖晶圆。 | 适用于高纯度、高导电性的金属薄膜（例如互连线）。 |
| ALD | 原子层沉积 | 一种CVD变体，逐个原子层地构建材料。 | 对于需要完美精度的超薄关键层至关重要。 |
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