半导体沉积是半导体制造三大关键工艺之一,属于添加工艺,指通过物理、化学等各类方式在晶圆衬底表面沉积功能薄膜,后续配合刻蚀、抛光等工艺的多轮循环,就能构建出芯片所需的多层堆叠导电层与绝缘层结构,是支撑集成电路制造工艺迭代的核心环节 【3】 。
目前行业主流的半导体沉积工艺主要分为三大技术路线:
- 物理气相沉积(PVD):原理为蒸发凝固,属于指向性沉积,沉积速度快,适合沉积金属材料,其中磁控溅射PVD因薄膜致密度高、溅射范围广的优势,是当前应用最广泛的PVD技术,不过它的台阶覆盖率一般,纳米级膜厚精度控制能力较弱 【4】 【7】 【10】 。
- 化学气相沉积(CVD):原理为气相反应沉积,沉积覆盖性较好,适合沉积介质材料,整体沉积速度较快,层均匀性表现较好,常见的细分工艺包括LPCVD、PECVD、ICPCVD等,广泛应用在硅沉积、电介质薄膜沉积等各类晶圆制造工序中 【1】 【4】 【13】 。
- 原子层沉积(ALD):属于CVD的特殊分支,依托表面自限制的逐层饱和反应实现沉积,具备原子级的厚度控制精度,台阶覆盖率、薄膜均匀性表现都十分优秀,不过沉积速度相对较慢,主要适配先进制程的工艺需求,比如先进逻辑芯片的高k栅介质层、DRAM存储芯片的深孔高K介质层沉积都需要用到ALD技术 【4】 【6】 【12】 。
整体来看,半导体沉积工艺的技术壁垒较高,需要结合不同薄膜材料的物理化学特性定制开发方案,当前行业整体朝着低温、更高集成度的方向持续迭代,适配更小线宽、三维异构等先进制程的加工需求 【7】 。