半导体工艺之沉积和离子注入工艺

半导体芯片由许多比指甲盖还小、比纸还薄的微观层(layer)组成。半导体堆叠得又高又实，形成类似于高层建筑的复杂结构。

为了形成这种结构，需要多次重复以下步骤：光刻--在单晶硅(single- crystal silicon，半导体的原材料)晶圆的顶部涂覆薄膜(thin film)并绘制电路，刻蚀--选择性地去除不必要的材料，然后清洗表面杂质。

在刻蚀和清洗过程之后，薄膜起到分割、连接和保护电路的作用。接下来，我们将介绍制造薄膜的沉积工艺和赋予半导体电性能的离子注入工艺。

沉积工艺：给晶圆“涂”上薄膜

术语“薄膜”是指1微米(μm)或更薄的薄膜，这种厚度无法通过简单的机械加工达到。沉积是指将所需分子或原子水平的薄膜涂覆到晶圆上的一系列工艺。由于薄膜非常薄，因此需要精确的技术将薄膜均匀地涂覆到晶圆上。

沉积后的半导体结构

沉积大致可分为两种类型。这两种类型是物理气相沉积(PVD, physical vapor deposition)和化学气相沉积(CVD, chemical vapor deposition)。

物理气相沉积主要用于沉积金属膜，不伴有化学反应。而化学气相沉积涉及将外部能量施加到由气体化学反应形成的颗粒蒸气中，蒸汽被喷射到表面进行沉积。这种技术可用于将薄膜沉积到导体、绝缘体和半导体上。

化学气相沉积是当前半导体工艺中使用最广泛的沉积方法。化学气相沉积可进一步分为热化学气相沉积(thermal CVD)、等离子体化学气相沉积(plasma CVD)和光诱导化学气相沉积(photo-induced CVD)，具体取决于所使用的外部能源。其中， 等离子体化学气相沉积应用最广泛 ，因为它能够在低温下形成薄膜，调节薄膜厚度的均匀性，并处理大容量。

通过沉积过程形成的薄膜有两层：金属(导电)层，用于连接电路之间的电信号，以及绝缘层，用于电隔离内部连接层或防止污染物进入。

离子注入：将晶圆变成半导体

此时，仍然需要一个工艺来给半导体赋予电气特性。半导体同时具有导体和绝缘体的特性，离子注入是将硅晶片本质上变成半导体的过程。纯硅是一种绝缘体，不导电，但添加杂质会赋予导电性能从而使其能够传导电流。

杂质称为离子。这些离子被转化为细小的气态颗粒，然后植入晶圆的正面到所需的深度。使用的杂质来自元素周期表上的第15族(P, phosphorus, 磷；As, arsenic, 砷)或第13族(B, boron, 硼)。植入第 15族元件得到n型半导体(电子型半导体)，而植入第13族元件得到p型半导体(空穴型半导体)。

沉积过程至关重要，因为沉积薄膜的薄厚和均匀程度决定了半导体质量的好坏。未来的半导体电路结构的厚度将比人类头发薄几百万倍。为了使这些电路具有电气性能，需要更先进的沉积技术来产生更薄，更均匀的薄膜。
 

审核编辑：汤梓红