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

【資料圖】

為了形成這種結構，需要多次重復以下步驟：光刻--在單晶硅(single- crystal silicon，半導體的原材料)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。

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

沉積工藝：給晶圓“涂”上薄膜

術語“薄膜”是指1微米(μm)或更薄的薄膜，這種厚度無法通過簡單的機械加工達到。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將薄膜均勻地涂覆到晶圓上。

沉積后的半導體結構

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，不伴有化學反應。而化學氣相沉積涉及將外部能量施加到由氣體化學反應形成的顆粒蒸氣中，蒸汽被噴射到表面進行沉積。這種技術可用于將薄膜沉積到導體、絕緣體和半導體上。

化學氣相沉積是當前半導體工藝中使用最廣泛的沉積方法。化學氣相沉積可進一步分為熱化學氣相沉積(thermal CVD)、等離子體化學氣相沉積(plasma CVD)和光誘導化學氣相沉積(photo-induced CVD)，具體取決于所使用的外部能源。其中，等離子體化學氣相沉積應用最廣泛，因為它能夠在低溫下形成薄膜，調節薄膜厚度的均勻性，并處理大容量。

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

離子注入：將晶圓變成半導體

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

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

沉積過程至關重要，因為沉積薄膜的薄厚和均勻程度決定了半導體質量的好壞。未來的半導體電路結構的厚度將比人類頭發薄幾百萬倍。為了使這些電路具有電氣性能，需要更先進的沉積技術來產生更薄，更均勻的薄膜。

審核編輯：湯梓紅