从根本上说，沉积是将薄层材料添加到半导体晶圆上的过程。 这些薄膜，通常只有几个原子厚，是用于构建复杂的、形成晶体管、电容器和连接它们的线路的三维结构的基本构件。没有沉积，硅晶圆将保持空白，集成电路的创建将是不可能的。
微芯片不是从一块材料中雕刻出来的；它是像一座微型摩天大楼一样逐层构建起来的。沉积是添加这些功能层——无论是导电层、绝缘层还是半导体层——的基本构建过程。
制造的基础：逐层构建
将微芯片的制造过程想象成超精密的 3D 打印，而不是雕塑（去除材料）。该过程始于一块原始的圆形硅盘，称为晶圆 (wafer)，它充当基础。
整个制造过程涉及添加层（沉积）、图案化（光刻）和去除选定部分（刻蚀）的重复循环。沉积是此循环中的关键第一步，为芯片架构的每个新级别创建原材料。
半导体中的三种关键薄膜类型
沉积不仅仅是添加一种材料。其目的是沉积具有不同电特性的不同薄膜，每种薄膜在芯片功能中都起着特定的作用。
导电层：芯片的布线
这些薄膜充当微小的导线和互连线，在芯片的不同组件之间传输电信号。
沉积铜 (Cu)、铝 (Al) 和钨 (W) 等材料以创建电流流动的通路。如果没有这些导电层，晶体管将成为孤立的岛屿，无法相互通信。
绝缘层（电介质层）：防止短路
这些薄膜是电绝缘体，意味着它们不导电。它们的主要工作是将导电层彼此隔离。
使用二氧化硅 (SiO2) 或更先进的低介电常数材料 (low-k dielectrics) 等材料。它们可以防止信号“短路”或相互干扰，这一点至关重要，因为数以百亿计的晶体管被封装在微小的区域内。
半导体层：晶体管的核心
这些是赋予晶体管开关能力的“有源”层，代表数字逻辑中的 1 和 0。
沉积多晶硅 (polysilicon) 等材料对于形成晶体管的栅极 (gate) 至关重要——该组件控制电流的流动。这些沉积的半导体薄膜的精确特性直接决定了芯片的性能和功耗效率。
了解主要的沉积方法
为了达到所需的精度，工程师使用两大类沉积技术，每种技术都有其优点。
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反应性气体中。这些气体在高温晶圆表面发生反应，将所需的材料以固体薄膜的形式作为副产品留下。
将其想象成蒸汽在冷窗上凝结，但形成固体、超纯薄膜的是化学反应，而不是水。CVD 非常适合创建均匀地覆盖复杂 3D 结构的、高度均匀和保形的层。
物理气相沉积 (PVD)
在 PVD 中，源材料（“靶材”）受到高能离子的轰击，从而将原子从靶材上撞击下来。这些汽化的原子随后通过真空传播，物理地沉积到晶圆表面上，就像一种原子喷漆。
这种方法，通常称为溅射 (sputtering)，非常适合以直接视线方式沉积金属和其他材料。
权衡：精度与吞吐量
沉积的目的是制造完美的薄膜，但实现这一目标需要应对关键的工程权衡。
均匀性的挑战
沉积的薄膜必须在整个 300 毫米晶圆上具有完全相同的厚度。即使一侧到另一侧只有几原子的变化，也可能导致数十亿个晶体管性能不同，从而导致芯片报废。
纯度的难题
沉积的薄膜必须具有极高的纯度。一层关键材料中一个不需要的外来原子都会改变其电学特性并产生一个导致整个芯片失效的缺陷。这要求超洁净的真空环境。
速度与质量的困境
制造是一项生意，吞吐量（每小时晶圆数）对成本至关重要。通常，加快薄膜沉积速度会降低其质量、均匀性或纯度。工程师必须不断平衡对高质量薄膜的需求与快速生产芯片的经济压力。
如何将其应用于您的目标
沉积的重要性取决于您在半导体行业中的具体关注点。
- 如果您的主要关注点是器件性能： 沉积的电介质薄膜（如栅极绝缘体）的质量直接决定了晶体管的速度和漏电情况。
- 如果您的主要关注点是制造良率： 沉积层的均匀性和无缺陷特性是每片晶圆生产出大量工作芯片的最关键因素。
- 如果您的主要关注点是先进架构： 原子层沉积 (ALD) 等新型沉积技术是实现 FinFET 和全环绕栅极 (GAA) 等复杂 3D 晶体管结构的关键。
归根结底，理解沉积就是理解用于构建每块现代微芯片的基本语言。
摘要表：
| 薄膜类型 | 目的 | 常见材料 |
|---|---|---|
| 导电层 | 充当电信号的布线 | 铜 (Cu)、铝 (Al)、钨 (W) |
| 绝缘层（电介质） | 防止导电层之间短路 | 二氧化硅 (SiO₂)、低介电常数材料 |
| 半导体层 | 形成晶体管的有源核心 | 多晶硅 |
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