硅集成电路制造中光刻和磁控溅射工艺虚拟仿真实验——实验报告
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河北科技大学信息科学与***
硅集成电路制造中光刻和磁控溅射工艺虚拟仿真实验——实验报告
实验目的：
信息技术是国民经济的核心技术，它服务于国民经济各个领域，其中微电子技术是信息技术的关键。在微电子集成电路产业中，双极型晶体管电路是应用最广泛也是最重要的半导体集成电路之一，其发明者William Shockley、John Bardeen和Walter Brattain因此被授予了1956年的诺贝尔物理学奖。半导体集成电路的快速发展推动着科技的不断发展与进步，而集成电路制造工艺则是推动其快速发展的根基。
当前，我国大陆集成电路制造产业正处于高速发展期，在销售规模、技术升级、产能扩展和规划新生产线建设方面都取得显著进展。但是，当前我国大陆集成电路制造业规模占全球不到 10%，制造技术水平与国际先进工艺技术还有近两代差距，这与我国作为集成电路消费大国的地位严重不匹配。对此，进一步加速我国集成电路产业发展，提升我国集成电路制造技术水平仍然十分紧迫。在集成电路工艺中，光刻和磁控溅射作为重要的工艺步骤，在集成电路的制备中发挥着巨大的作用。因此，本项目以双极型集成电路制备工艺为寄出去，选择制备流程中的金属接触和互连工艺步骤介绍光刻和磁控溅射的原理及应用，第一步是采用光刻和湿法腐蚀获得金属互连线的氧化层掩模图形，第二步利用射频磁控溅射沉积铝薄膜得到金属互连线膜层。
由于光刻和磁控溅射设备造价昂贵，而且实验中涉及的试剂和操作存在一定的危险性，不利于大面积开展实验教学。因此，以我校“集成电路工艺实验室”的真实实验环境和设备为参考，实验项目虚实结合，使学生通过本项目达到以下教学目的和掌握相关技能：
（1）使学生了解标准埋层双极集成电路的工艺流程；
（2）使学生了解集成电路制造过程中净化实验环境；
（3）使学生掌握光刻工艺原理及工艺流程参数设计；
（4）使学生掌握磁控溅射工艺原理及工艺流程参数设计。
本项目面向以 “电子科学与技术”专业为代表的学生，通过项目实施，使学生在强化《半导体物理》、《半导体器件》、《集成电路原理》等相关课程知识的同时，为后续《模拟集成电路》、《VLSI设计》等课程的学习奠定坚实基础。
项目实施过程中，通过对集成电路制备中的关键工艺——光刻、湿法腐蚀和磁控溅射的模拟操作，培养学生对集成电路制备的兴趣，增进对集成电路工艺原理、流程的了解、认识，进一步增强学生的虚拟仿真实践动手能力，同时为学生将来就职集成电路产业领域打下坚实的基础。
实验原理：
双极型集成电路是指以通常的NPN或PNP型双极型晶体管为基础的单片集成电路,是世界上最早制成的集成电路。双极型集成电路主要以硅材料为衬底，以双极型晶体管为基础元件,在平面工艺基础上采用埋层工艺和隔离技术。与MOS器件相比，双极型集成电路具有电路速度快、集成度高的特点，且双极型集成电路发展较早，工艺成熟。标准埋层双极晶体管的结构为
/ /
标准埋层双极集成电路工艺流程
①衬底准备
通常采用晶面轻掺杂的P型硅，掺杂浓度一般在1015cm-3的量级。
②埋层的制备
首先在衬底上生长二氧化硅，并进行第一次光刻，露出埋层区域，然后注入n型杂质。双极晶体管的收集区的外延层和衬底之间的n+埋层可以减少双极晶体管收集区的串联电阻和寄生PNP管的影响
③外延层的生长
用湿法腐蚀去掉全部二氧化硅层后，外延生长一层轻掺杂的硅。外延层将作为双极晶体管的收集区，整个双极晶体管便是制作在外延层上。
④隔离区的形成
生长一层二氧化硅，进行第二次光刻，得到隔离区，并去掉隔离区的氧化层。随后掺 内容过长，仅展示头部和尾部部分文字预览，全文请查看图片预览。 操作
3
3
19
开机准备和装入样品
磁控溅射模块
4
4
20
溅射室抽真空和通入气体操作
3
3
21
溅射室抽真空和通入气体数据
0
3
22
射频溅射操作
4
4
23
射频溅射数据
1
1
24
停止溅射镀膜操作
2
2
25
取出样品和关机操作
4
4
26
电子显微镜观察结果前操作
4
4
27
电子显微镜观察结果分析
5
5
28
实验报告
实验报告
5
5
总得分：96 分（满分100分）
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