什么是集成电路制造中的薄膜沉积？构建您微芯片的核心层

从本质上讲，集成电路制造中的薄膜沉积是将一层极薄、高度受控的材料应用于半导体晶圆的过程。这些薄层，通常只有几个原子厚，可以是导电的、绝缘的或半导体的，构成了构成微芯片的晶体管、电容器和布线的基础构件。这不仅仅是表面涂层；它是一个定义整个电路电气特性和物理结构的高精度工程过程。

薄膜沉积的核心目的是构建微芯片复杂的多层结构。所选择的具体方法——无论是物理的还是化学的——是一个关键决定，它直接决定了芯片的性能、功耗、成本和可靠性。

薄膜在集成电路中的作用

现代集成电路是一个由数十层甚至数百层堆叠而成的三维结构。薄膜沉积是用于创建这些层的大部分技术。

晶体管是计算机中的基本开关，完全依赖于沉积的薄膜。沉积一层超薄的绝缘层（栅氧化层）来控制电流流动，并在其上沉积一层导电层（栅电极）作为开关。

随着数百万个晶体管紧密封装在一起，并且有多层布线，防止电气“短路”至关重要。在导电层之间沉积介电薄膜（绝缘体），如二氧化硅，以使它们彼此隔离。

在形成晶体管之后，需要将它们连接起来。这是通过沉积金属薄膜（如铜或铝）来实现的，从而创建出复杂的电线网络，称为互连线。

沉积技术根据材料从源头转移到晶圆的方式大致分为两大类：物理的或化学的。

PVD是一个视线过程，材料从源头物理地脱离，并通过真空涂覆到晶圆上。可以将其想象成原子级别的微观喷漆。

最常见的PVD方法是溅射，其中高能离子轰击源“靶材”，将原子撞击脱离，然后沉积到晶圆上。它非常适合沉积用于互连的金属。

CVD使用化学反应来形成薄膜。将前驱体气体引入腔室，它们在热晶圆表面发生反应，形成固体层，留下挥发性副产物被抽出。

这类似于露水如何在冷表面上形成，但它不是简单的冷凝，而是一种受控的化学反应，创造出一种新的、工程化的材料。常见的变体，如等离子体增强CVD（PECVD），利用等离子体在较低温度下引发这些反应。

ALD是CVD的一种先进、高度精确的子类型。它通过一系列自限制的化学反应，逐个原子层地构建薄膜。

尽管极其缓慢，ALD在薄膜厚度和完美覆盖最复杂的三维微观结构方面提供了无与伦比的控制。

没有一种沉积方法是绝对优越的。选择总是在平衡构建特定层时相互竞争的要求。

这指的是薄膜均匀覆盖垂直侧壁和深沟槽的能力。CVD和ALD在这方面表现出色，因为化学反应发生在所有暴露的表面上。PVD是视线过程，难以覆盖复杂的地形，导致侧壁覆盖较薄。

与PVD相比，CVD和ALD通常产生的薄膜纯度更高，结构缺陷更少。该过程的化学性质允许对薄膜的最终成分和性能进行更大的控制。

沉积发生的温度是一个主要限制因素。高温会损坏晶圆上已构建的结构。虽然一些CVD工艺需要非常高的热量，但PECVD和PVD在较低温度下运行，使其适用于制造的后期阶段。

PVD通常比CVD更快、成本更低，非常适合沉积对绝对完美性要求不高的较厚金属层。ALD是迄今为止最慢、成本最高的方法，仅保留给最关键的超薄层。

您的沉积技术选择完全取决于您正在创建的层的功用。

选择正确的沉积工艺是半导体工程中的一项基本技能，它使得构建出功能更强大、效率更高的微芯片成为可能。

沉积方法	主要用途	关键优势	主要限制
PVD（溅射）	金属互连线	速度快，成本效益高	保形覆盖差
CVD（PECVD）	绝缘层	良好的保形性，较低的温度	比PVD慢
ALD	超薄关键层（例如栅氧化层）	原子级控制，完美的保形性	非常慢，成本高