（05）沉积——“更小、更多”，微细化的关键

01、沉积：“加法工艺”

在前几篇文章，我们一直在借用饼干烘焙过程来形象地说明半导体制程。在上一篇我们说到，为制作巧克力夹心，需通过“刻蚀工艺”挖出饼干的中间部分，然后倒入巧克力糖浆，再盖上一层饼干层。“倒入巧克力糖浆”和“盖上饼干层”的过程在半导体制程中就相当于“沉积工艺”。

▲ 图1: 倒入巧克力糖浆后，再盖上一层饼干层

沉积工艺非常直观：将晶圆基底投入沉积设备中，待形成充分的薄膜后，清理残余的部分即可以进入下一道工艺了。

在半导体制程中，移除残余材料的“减法工艺”不止“刻蚀”一种，引入其他材料的“加法工艺”也非“沉积”一种。比如，光刻工艺中的光刻胶涂敷，其实也是在基底上形成各种薄膜；又如氧化工艺中晶圆（硅）氧化，也需要在基底表面添加各种新材料。那为什么唯独要强调“沉积”工艺呢？

这背后的原因，正是半导体的微细化趋势。如今，市场对电子产品的性能和低电耗的要求越来越高，这就需要更加“微细”的半导体来做支撑。如果采用体积更小、耗能更低的半导体，就可以在电子产品中添加更多功能。想实现半导体的微细化，就需要由不同材料沉积而成的薄膜层，使芯片内部不同部分各司其职。金属层就是其中的一种。过去，半导体制造商曾采用导电性*较高的铝做芯片的金属布线。但随着铝微细化技术遇到瓶颈，制造商就利用导电性更高的铜代替铝布线。但采用铜就出现了一个新问题，与铝不同，铜会扩散到不应扩散的地方（二氧化硅，SiO2）。为防止铜扩散，制造商们就必须在铜布线区形成阻挡层，即一种高质量的薄膜涂层。

半导体核心元件层与布线层厚度只有头发的数千分之一，想堆叠如此微细的元件和布线层，就需要沉积超薄且厚度极均匀的薄膜。这也是为什么沉积技术在半导体制程技术如此重要。本期文章所涉及的“沉积工艺”，又称为薄膜（Thin film）工艺，希望能为读者提供参考。

*导电性：物体传导电流的能力；金属等材料的导电性较高。

02、薄膜的分类与作用

“加法工艺”在半导体制程中至关重要，因为半导体是无法仅凭硅一种材料完成任何操作的：薄膜可以划分两个区域，使其不互相干扰；或通过互连电线，连接两个区域；必要时，还需要通过特殊的薄膜涂层来加强或减弱电场的力度；还可提前生成薄膜，为下一道工艺做准备等。接下来我们将详细讲解一下薄膜的几种作用。

介质薄膜是重要的半导体薄膜之一。

它可用作电路间的绝缘层，掩蔽半导体核心元件的相互扩散和漏电现象，从而进一步改善半导体操作性能的可靠性；它还可用作保护膜，在半导体制程的最后环节生成保护膜，保护芯片不受外部冲击；或用作隔离膜，在堆叠一层层元件后进行刻蚀时，防止无需移除的部分被刻蚀。浅槽隔离（STI，Shallow T