在半导体制造中，沉积是将薄层材料涂覆到硅晶圆上的基本过程。这是一个纯粹的添加过程，其中绝缘体、导体或半导体等材料被生长或涂覆在晶圆表面，通常一次只有几个原子层。它是构建形成现代集成电路的复杂多层结构的主要方法。
需要理解的关键概念是，沉积是关于在晶圆上添加一层均匀的材料。这与光刻（对层进行图案化）和刻蚀（选择性地去除层的一部分）不同，后者是制造序列中单独的后续步骤。
沉积的核心功能
逐层构建电路
将微处理器想象成一座微型多层摩天大楼。沉积就是添加每一层新楼层（绝缘层）或墙壁内的布线（导电层）的过程。
这个过程重复数百次，以构建现代芯片复杂的垂直结构。每个沉积层的质量和精度对最终设备的性能至关重要。
为什么薄膜必不可少
通过沉积形成的薄膜具有特定的关键功能：
- 绝缘体（例如，二氧化硅、氮化硅）可防止电流在不同组件之间泄漏或短路。
- 导体（例如，铜、铝、钨）形成微观导线或“互连线”，用于在晶体管之间传输信号。
- 半导体（例如，多晶硅）用于创建电路的基本构建块，例如晶体管栅极。
关键沉积方法：CVD 与 PVD
虽然有许多具体的技术，但几乎所有沉积过程都属于两大类：化学气相沉积（CVD）和物理气相沉积（PVD）。
化学气相沉积 (CVD)
CVD 是一种化学过程。前体气体被引入含有加热晶圆的反应室。
这些气体在热表面发生反应，留下所需材料的固体薄膜并释放其他气态副产品，然后将其排出。这种方法以生产高度均匀和纯净的层而闻名。
物理气相沉积 (PVD)
PVD 是一种物理过程，通常被比作原子级喷漆。在真空室中，固体源材料（称为“靶材”）受到高能离子的轰击。
这种轰击将原子从靶材上撞击下来。这些原子随后穿过真空并涂覆在晶圆上，逐个原子地构建薄膜。
理解权衡
CVD 和 PVD 之间的选择取决于所沉积的材料和层的结构要求。
CVD：共形性与复杂性
CVD 的优势在于其共形性。由于化学反应在表面各处发生，它可以均匀地涂覆晶圆地形中非常深、窄的沟槽的底部和侧面。
权衡是复杂性。CVD 通常需要高温，并涉及挥发性化学反应，必须精确控制以确保层的纯度并防止缺陷。
PVD：简单性与方向性
PVD 通常是一种更简单、低温的过程，非常适合沉积无法承受 CVD 高温的金属。
其主要限制是方向性。由于原子从靶材到晶圆是“视线”传播的，PVD 难以均匀涂覆深层特征的侧壁，这个问题被称为“台阶覆盖”不良。
沉积如何融入整个过程
一些制造指南中描述的步骤可能令人困惑。沉积只是重复循环的三个步骤中的第一部分。
步骤 1：沉积（添加层）
使用 CVD 等方法，将一层均匀的材料（例如氮化硅）沉积在晶圆的整个表面上。
步骤 2：光刻（创建模板）
将一层光敏材料（称为光刻胶）涂覆在沉积层顶部。然后通过图案化掩模将其暴露在紫外线下，并显影图案，从而形成保护性模板。
步骤 3：刻蚀（去除不需要的材料）
化学或等离子体刻蚀工艺去除未受光刻胶模板保护区域的氮化硅。最后，去除剩余的光刻胶，留下所需的电路图案。
为您的目标做出正确选择
沉积方法的选择完全取决于集成电路中特定层的功能。
- 如果您的主要重点是创建高质量的绝缘层（例如，晶体管栅氧化层）：化学气相沉积（CVD）是首选方法，因为它具有出色的均匀性和纯度。
- 如果您的主要重点是创建金属互连线（导线）：物理气相沉积（PVD）通常用于高效沉积铜或铝等金属。
- 如果您的主要重点是确保深窄沟槽中的完全覆盖：需要原子层沉积（ALD）等先进技术，这是一种精确的 CVD 子类型，具有无与伦比的共形性。
最终，掌握沉积就是要选择正确的添加技术，为每个后续的图案化和刻蚀步骤精确构建基础。
总结表：
| 沉积方法 | 工艺类型 | 主要优势 | 主要应用场景 |
|---|---|---|---|
| 化学气相沉积 (CVD) | 化学 | 出色的共形性 | 绝缘层，均匀涂层 |
| 物理气相沉积 (PVD) | 物理 | 简单性，金属沉积 | 导电互连线（导线） |
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