毕业论文--集成电路

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1、绪论1.1集成电路加工技术概述上世纪60年代，集成电路在人类日常生活中还微不足道，然而，短短几十年的发展，集成电路技术已经彻底地改变了我们的生活。大到电视、冰箱、汽车等大型家电，小到便携设备，如手机、数码相机、DVD等，集成电路无不体现着其特有的价值。不但如此，集成电路更是促进了相关科技的发展，如软件业和网络业，几乎所有信息时代的产物都源自于集成电路技术。近几年，集成电路的发展势头越发良好，已经从上世纪中期的每个芯片上包含几十个器件增加到现阶段每个芯片可容纳约10亿个器件。随着电子产业的发展，如何更好地增大集

2、成电路的集成度、改善其相关特性已成为集成电路产业中急需解决的一个问题。首先让我们对集成电路的制造过程有一个大体的了解。集成电路制造过程涉及多种工艺，主要分为图形转换、掺杂、制模三大阶段，包含了光刻、刻蚀、离子注入、扩散、氧化、薄膜沉积和研磨等工艺。整个制造过程相当繁杂，又缺一不可。下面就各个工艺做一简单介绍：（1）光刻：指借助掩膜版，并利用光敏的抗蚀涂层发生的化学反应，将提前设计好的图形实现从光刻板转印到晶圆表面光刻胶上所用的技术。分为三个主要流程：光刻胶涂敷、对准和曝光，以及光刻胶显影。（2）刻蚀：是指通过

3、化学或物理的方法把光刻胶上的图形转移到材料表面的工艺。可分为图形化刻蚀和整面全区刻蚀两种。（3）扩散：是指通过分子热运动使物质由浓度高的区域向低浓度区域移动的一个物理过程，故可以通过控制温度、时间等因素来控制扩散的快慢。扩散有两种机理：填隙扩散和替位扩散。目前扩散工艺已经较少的应用在集成电路的加工工艺中，逐渐被离子注入技术取代，因为离子注入能够更好的控制参杂浓度和参杂结深。（4）离子注入：和（3）一样属于掺杂的一种，但实现机理不同。指的是将杂质元素离子化成为电子和带电的杂质离子，用电场对其加速，使其以极高的速

4、度轰击半导体基片，进入半导体基片后，由于受到阻挡会停下来，并在半导体基片内形成一定杂质分布的一种掺杂方式。（5）氧化：具体做法是将氧气加入到硅晶圆后在晶圆表面形成一层二氧化硅薄膜。氧化常用的方法有为干氧法、湿氧法、干湿干氧化法、水蒸气氧化法和氢氧合成氧化法。（6）薄膜沉积：又称溅镀沉积，分为物理气相淀积（PVD）和化学气相淀积（CVD）。物理气相淀积主要应用于金属介质，是指在真空中通过物理方法，把镀料气化为微粒并沉积到晶圆表面形成薄膜的技术。而化学气相淀积应用于绝缘介质的淀积，主要利用气态化学原材料在晶圆表面

5、不断地发生化学反应形成薄膜层的一种方式。（7）研磨：是一种移除工艺。其结合了化学反应和机械研磨过程，通过对晶圆边缘使用酸性或者碱性的研磨浆进行研磨，达到去除沉积的薄膜，从而获得光滑、平坦、无缺陷的晶圆表面以满足集成电路制造的需要。溅射镀膜技术属于薄膜沉积工艺中物理气相沉积的一种，由于它具有所制得的薄膜表面平整均匀、工艺操作简单等优点，已被广泛用于工业生产。接下来，让我们了解一下该项技术的概况。1.2集成电路中的溅射镀膜技术溅射镀膜技术属于物理气相淀积的一种。它是指利用离子源产生的离子，在真空环境中通过电磁场对

6、其加速，高能量且高速运动的离子束快速轰击靶材的同时伴随着能量交换，将会使靶材原子溅射出靶材表面，靶材原子同样在电磁场作用下，运动并沉积到基片表面。结合其原理可知，制备出的薄膜有以下优点：（1）薄膜纯度高且致密均匀；（2）薄膜厚度易于控制、成分稳定、结构多样且表面比较平整；（3）薄膜与基片的粘合力强；（4）沉积得到的介质薄膜保持了原有固体或液体材料的一些特性；（5）工艺流程简单，可应用于工业并实现大规模生产。溅射装置有很多，最常用的是直流溅射和射频溅射，靶材为良导体时一般采用直流溅射，而当靶材为导体、绝缘体半导

7、体时一般选择采用射频溅射。溅射的种类很多，主要分为以下几类：表1.2溅射镀膜技术的分类种类装置Ar的压力（托）特点双极溅射直流或射频0.01结构简单、采用最标准的溅射设备三、四极溅射直流或射频0.0001～0.001低气压、装有形成离子的放电电极、电压和电流可单独调控磁控溅射直流或射频0.0001～0.001基本温度低、外加磁场与靶平行、能高速溅射对向靶溅射直流或射频0.0001～0.001外加磁场垂直于靶平面、两个靶面对面放置、能低温高速溅射磁性材料离子束溅射直流0.001靶可以接地电位、高真空中在等离子状

8、态下镀膜吸气溅射直流0.01能制得高纯度的膜层、利用溅射微粒的吸气作用除去杂质气体如上表所示，最初出现的溅射镀膜技术是直流二级溅射，其优点为装置简单，但沉积速率不高，且不能溅射绝缘材料、不能在低于0.1Pa的低气压下进行等缺点限制了这项技术的使用。在直流二级溅射的设备中添加一个辅助阳极和热阴极，就有了直流三级溅射的诞生。辅助阳极和热阴极所产生的热电子会增强溅射气体原子的电离，使得溅射在低气压下也可以