芯片制造的薄膜工艺

​​继续搞科普工作，今天聊薄膜工艺。上一篇《简单说一说芯片制造》说清楚了，芯片制造本质上和盖房是一个意思，都是“通过合理利用有限空间构...

​​继续搞科普工作，今天聊薄膜工艺。

上一篇《简单说一说芯片制造》说清楚了，芯片制造本质上和盖房是一个意思，都是“通过合理利用有限空间构建具有特定功能建筑”的过程，但由于芯片这一“建筑”的尺寸极小，难以通过 “直接增材”来实现，所以采用的制造思想是“增层减材”。

芯片一般是多层建筑，靠电来驱动工作，电流流经芯片上的不同结构/功能的位置时，就会发挥不同的作用。这就需要芯片上存在供电流通行的通道（导体）、不同的楼层（半导体）、以及构筑“房间”并防止电流乱跑的“墙壁、地板及隔断”（绝缘体），这一切的实现都必须以薄膜工艺在晶圆上形成各种不同成分的薄膜为基础。

总体来看，薄膜工艺可以分为两类，一类是“生长型”，另一类是“沉积型”。

“生长型”非常容易理解，就是把芯片放在氧气、氮气或者溶液等不同环境下，让它们和芯片表面发生化学反应，直接在芯片表面“生长”出来一层薄膜。这个过程本质上跟烤馒头很像，我们把一块馒头放火上或者微波炉里烤一会儿，外头就会形成一层硬硬的壳，跟这里的“生长型薄膜”一个意思。生长型工艺一般包括氧化、氮化等，长出来的薄膜对应“氧化膜”、“氮化膜”，这些膜往往都是高硬度的绝缘体，可以起到隔断电流、保护芯片内部结构等作用。

然后是“沉积型”。芯片上大多数导体、半导体膜都是通过这类工艺实现的，我们经常看到的各类气相沉积（如化学气相沉积CVD、物理气相沉积PVD、原子层沉积ALD等）及电镀等均属此类。顾名思义，“沉积型”薄膜是物质“落”在芯片表面形成的。这种方法一般包含三个步骤：

首先，把芯片和要沉积的原料放到一个容器里。

其次，用某种方法使要沉积物质游离在这个容器的空间里。

最后，让游离在容器空间里的原料落到芯片上形成薄膜。

是不是和把大象放冰箱里一样简单？

基于这个共同点，不同工艺根据具体需求，在上面提到的容器、 “使原料游离到容器空间中”的方法、“使游离原料落下成膜”的方法各不相同，具体如图1。

图1.不同沉积工艺的成膜要素

这张表里我们能注意到两个熟悉的东西，简单说一下，

一是常听到的“靶材”，这东西就是溅射工艺的原材料，溅射工艺也是PVD工艺的一种。

二是薄膜工艺对环境的“洁净度”有很高的需求，或是要求真空，或是要求“高纯”，这是因为“洁净度”对芯片的良率有非常大的影响。具体怎么个影响法，改天再写个芯片制造中的污染控制展开来说。

薄膜工艺总体就是这样，over​​​​