半導(dǎo)體工藝之沉積和離子注入工藝

半導(dǎo)體芯片由許多比指甲蓋還小、比紙還薄的微觀層(layer)組成。半導(dǎo)體堆疊得又高又實(shí)，形成類似于高層建筑的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。

為了形成這種結(jié)構(gòu)，需要多次重復(fù)以下步驟：光刻--在單晶硅(single- crystal silicon，半導(dǎo)體的原材料)晶圓的頂部涂覆薄膜(thin film)并繪制電路，刻蝕--選擇性地去除不必要的材料，然后清洗表面雜質(zhì)。

在刻蝕和清洗過程之后，薄膜起到分割、連接和保護(hù)電路的作用。接下來，我們將介紹制造薄膜的沉積工藝和賦予半導(dǎo)體電性能的離子注入工藝。

沉積工藝：給晶圓“涂”上薄膜

術(shù)語“薄膜”是指1微米(μm)或更薄的薄膜，這種厚度無法通過簡(jiǎn)單的機(jī)械加工達(dá)到。沉積是指將所需分子或原子水平的薄膜涂覆到晶圓上的一系列工藝。由于薄膜非常薄，因此需要精確的技術(shù)將薄膜均勻地涂覆到晶圓上。

沉積后的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)

沉積大致可分為兩種類型。這兩種類型是物理氣相沉積(PVD, physical vapor deposition)和化學(xué)氣相沉積(CVD, chemical vapor deposition)。

物理氣相沉積主要用于沉積金屬膜，不伴有化學(xué)反應(yīng)。而化學(xué)氣相沉積涉及將外部能量施加到由氣體化學(xué)反應(yīng)形成的顆粒蒸氣中，蒸汽被噴射到表面進(jìn)行沉積。這種技術(shù)可用于將薄膜沉積到導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體上。

化學(xué)氣相沉積是當(dāng)前半導(dǎo)體工藝中使用最廣泛的沉積方法?；瘜W(xué)氣相沉積可進(jìn)一步分為熱化學(xué)氣相沉積(thermal CVD)、等離子體化學(xué)氣相沉積(plasma CVD)和光誘導(dǎo)化學(xué)氣相沉積(photo-induced CVD)，具體取決于所使用的外部能源。其中，?等離子體化學(xué)氣相沉積應(yīng)用最廣泛?，因?yàn)樗軌蛟诘蜏叵滦纬杀∧?，調(diào)節(jié)薄膜厚度的均勻性，并處理大容量。

通過沉積過程形成的薄膜有兩層：金屬(導(dǎo)電)層，用于連接電路之間的電信號(hào)，以及絕緣層，用于電隔離內(nèi)部連接層或防止污染物進(jìn)入。

離子注入：將晶圓變成半導(dǎo)體

此時(shí)，仍然需要一個(gè)工藝來給半導(dǎo)體賦予電氣特性。半導(dǎo)體同時(shí)具有導(dǎo)體和絕緣體的特性，離子注入是將硅晶片本質(zhì)上變成半導(dǎo)體的過程。純硅是一種絕緣體，不導(dǎo)電，但添加雜質(zhì)會(huì)賦予導(dǎo)電性能從而使其能夠傳導(dǎo)電流。

雜質(zhì)稱為離子。這些離子被轉(zhuǎn)化為細(xì)小的氣態(tài)顆粒，然后植入晶圓的正面到所需的深度。使用的雜質(zhì)來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型半導(dǎo)體(電子型半導(dǎo)體)，而植入第13族元件得到p型半導(dǎo)體(空穴型半導(dǎo)體)。

沉積過程至關(guān)重要，因?yàn)槌练e薄膜的薄厚和均勻程度決定了半導(dǎo)體質(zhì)量的好壞。未來的半導(dǎo)體電路結(jié)構(gòu)的厚度將比人類頭發(fā)薄幾百萬倍。為了使這些電路具有電氣性能，需要更先進(jìn)的沉積技術(shù)來產(chǎn)生更薄，更均勻的薄膜。
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審核編輯：湯梓紅

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