半导体行业中的沉积（Deposition）是什么？构建微芯片的基础工艺

在半导体制造中，沉积是构建微芯片的基本过程，它通过在硅晶圆上添加超薄的材料层来实现。这种受控的原子或分子薄膜的添加，形成了构成芯片复杂电路所必需的绝缘和导电结构。

需要掌握的核心原则是，沉积是芯片制造的“构建”阶段。当其他步骤绘制蓝图（光刻）或去除材料（刻蚀）时，沉积是负责精心构建集成电路功能层的过程。

核心功能：构建芯片的架构

沉积不仅仅是表面涂层；它是一系列高度精确的工程步骤，将空白的硅晶圆转变为多层电子器件。

从裸硅到复杂电路

成品微处理器可以在彼此堆叠的材料层数超过100层。沉积是负责创建所有这些层的过程。

这包括添加绝缘层（如二氧化硅）以防止电流泄漏，以及添加导电层（如铜或钨）以形成传输信号的导线和晶体管。

薄膜的概念

沉积过程中添加的层被称为薄膜。它们的厚度以埃或纳米为单位测量，通常只有几十到几百个原子厚。

每层薄膜的精确厚度、纯度和结构质量都是不可妥协的。即使是微小的偏差也会极大地改变最终器件的电气特性，使整个芯片报废。

关键的沉积方法

沉积方法的选择完全取决于所沉积的材料及其在芯片架构中的用途。最基本的两大类是化学气相沉积和物理气相沉积。

化学气相沉积 (CVD)

CVD是最广泛使用的沉积技术。它的工作原理是将一种或多种前驱气体引入含有硅晶圆的反应室中。

这些气体发生化学反应，该反应的固体副产物作为均匀的薄膜“沉积”在晶圆表面上。可以将其视为一个受控的化学反应，其中固体产物在芯片上形成新的一层。

CVD对于创建高质量的绝缘薄膜和各种金属层至关重要。

物理气相沉积 (PVD)

相比之下，PVD是一个机械或机电过程。在一种常见的PVD技术——“溅射”中，目标材料的固体靶材受到高能离子的轰击。

这种轰击将原子从靶材上击落，然后这些原子穿过真空并覆盖在晶圆上。可以将其想象成一种原子级别的喷漆。PVD非常适合沉积纯金属。

理解权衡

没有哪种方法是普遍优越的；它们是根据芯片设计所呈现出的特定几何和材料挑战来选择的。

CVD的优势：保形性

CVD的主要优势在于其出色的保形性（Conformality）。由于沉积来自反应性气体，它可以均匀地覆盖复杂三维结构的所有表面，包括深槽的底部和侧壁。

PVD的优势：视线

PVD是一个视线（Line-of-Sight）过程。溅射出的原子以相对直线的路径传播，这使得很难均匀覆盖深槽的垂直侧壁。它的优势在于在相对平坦的表面上沉积非常纯净的材料。

选择取决于层的功用

工程师根据需求选择方法。要在深而窄的晶体管栅极内部创建完美的绝缘屏障，需要CVD卓越的保形性。要在相对平坦的平面上铺设主要的金属互连线，PVD的速度和纯度可能是最佳选择。

为您的目标做出正确的选择

您如何看待沉积，取决于您在半导体生态系统中的角色。了解其功能是理解整个制造流程的关键。

• 如果您的主要重点是工艺工程： 您的挑战是选择和调整正确的沉积方法（CVD、PVD、ALD等），以实现特定层所需的精确薄膜厚度、均匀性和材料特性。
• 如果您的主要重点是器件物理学： 您将沉积视为创造物理绝缘体和导体的工具，它们的特性直接决定了晶体管的电气性能和可靠性。
• 如果您的主要重点是供应链或财务： 沉积代表着主要的资本和运营支出，其中技术选择直接影响工厂的吞吐量、材料成本和设备正常运行时间。

最终，理解沉积就是理解现代微芯片是如何从原子层面构建起来的。

总结表：

方面	化学气相沉积 (CVD)	物理气相沉积 (PVD)
工艺类型	前驱气体发生的化学反应	固体靶材的物理溅射
主要优势	对3D结构具有出色的保形性	对平坦表面具有高纯度
主要用途	绝缘薄膜、复杂的金属层	纯金属沉积

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