（毕业设计论文）《半导体控制湿蚀刻反应的研究》.docVIP

第一章　绪论 1.1　研究背景 半导体是一种导电能力介于导体与非导体之间的材料。半导体工业自1947年发明电晶体后，已经成为现代新兴工业的主流，由于技术的迅速成长与突破，使集成电路( Integration Circuit，IC )制造得以在短短的几十年间由单一的电晶体、电阻、电容等分离组件的组合发展到可以容纳数十个电晶体的小型集成电路 (SSI—Small Scale Integration，101)，中型集成电路（MSI—Medium Scale Integration，102-103）再经历至可容纳数十万个电晶体的大型集成电路 ( LSI—Large Scale Integration，104-105)，现今已经可以容纳数千万个电晶体的超大型集成电路 ( VLSI—Very Large Scale Integration，106-107 ), 甚至扩展到极大型集成电路（ULSI—Ultra Large Scale Integration，108-109）。这种发展速度是其它任何领域都无法与之相比的。 在半导体制程中湿蚀刻是一个非常重要的制程，湿蚀刻是利用溶液与薄膜经反应所产生的气态或是液态的生成物来执行薄膜分子的移除。因此，湿蚀刻的进行是没有固定方向的，即所谓的均向蚀刻（也叫等向性蚀刻）。湿蚀刻机台的作用就是利用化学的方法除去IC制程中在晶圆表面产生的各种污染物，包括：微小颗粒、金属离子、有机物和氧化层等。这一系统是由一系列的化学制程组合到一起而组成的一个自动化的湿式制程序列，从而高效率地清除上面提到的这些物质。 控制湿蚀刻反应的主要参数有：溶液浓度、蚀刻时间、反应温度及溶液的搅拌方式等四大项。因为湿蚀刻本身属于一种化学反应，所以蚀刻溶液的浓度越高或是温度越高，薄膜被移除速率也就越快。但是太高的薄膜蚀刻率往往会造成严重的“底切现象”，所以这两项条件必须适当的控制。当然，当溶液对薄膜材质的蚀刻率越慢，将薄膜整个移除所需要的时间也就要越长，因此这三项参数基本上是相互关联的，并非独立。 1.2　论文简介 半导体制程中，为了保证好的良率，重要的一个环节就是对湿蚀刻机台中蚀刻用到的化学药液的温度进行控制，把其控制在一定的范围内，在特定的温度下蚀刻晶圆。 本文首先介绍了半导体制程和湿蚀刻机台的构造，然后针对其中的温度控制系统进行了详细的叙述，阐明了温度控制系统的软件和硬件的设计流程和具体实施方案。 本系统以89C51为控制核心，分为温度采集模块、温度设定模块、温度控制模块和温度显示模块等。 1.3　论文结构 本论文一共分为七章：第一章是绪论，介绍研究背景和文章的结构，第二章和第三章是对半导体制作流程和湿蚀刻制程机台构造的介绍，第四章到第六章是介绍电路的开发环境和设计的硬件以及软件，第七章是结束语部分以及对半导体产业的展望，最后是致谢和参考文献部分。 第二章 集成电路生产简介 所谓集成电路，就是把特定电路所需的各种电子元件及线路，缩小并制作在面积非常小的板子上的一种电子产品。由于IC有体积小、功耗小、速度快、成本低、可靠性高、维修容易等优点，已发展成一个需求量庞大的市场，且随着半导体的应用的扩展，目前这个市场还在持续的扩大，尤其对中国来说，其发展的前景非常的可观。 集成电路的种类主要有两种：（1）逻辑电路(Logic),（2）存储电路（Memory）。集成电路的生产，主要分为三个阶段：（1）硅芯片（Wafer）的制造，(2)集成电路的制造，(3)集成电路的封装（Package）。 集成电路制作的流程非常的复杂。基本上，约需经过数百个不同的步骤，耗时约一、两个月的时间才得以完成。期间所涉及的技术，几乎涵盖所有人类近代科学发展史上，最重要且最主要的科技与发明。其制程的自动化程度，相信也是现在所有产业里最彻底的一种。因此集成电路制造工业，不但是一项先端科技的产业，也是一项需要庞大资金以便能维持其继续发展的高风险产业。 本章介绍半导体制造的基本要点，包括无尘室运作的基础，污染控制，良率，制程区间，设备区间，以及测试和封装过程。 2.1　无尘室 集成电路芯片的制造是一个复杂且耗时的过程：首先要利用强大的电子设计自动化IC设计软件来开始电路设计，接下来将集成电路设计的布局图转印到石英玻璃上的铬膜层以形成光罩或倍缩光罩。在另一个领域，由石英砂提炼出的粗级硅在经过纯化后再提拉成单晶硅棒，然后才切片（如图2-1）做成晶圆(wafer)。晶圆经过边缘和表面处理后，才和光罩/倍缩光罩一起送到半导体制造厂去生产集成电路。晶圆会一直放在粒子的大小和数量都被控制在很低程度的无尘室中。 图2-1单晶硅切片示意图 由于半导体工业所制作的集成电路组件尺寸愈来愈小，在一块小小的芯片上，整合了许许多多的组件，因此在制作的过程中就必须防止外界杂质污染源，因为这些污染源