集成电路制造

实验编号：U22E00100

关键词：集成电路，芯片加工技术，磁控溅射

实验类别：微电子科学与工程

（1） 实验背景

由产业现状，实验简介，教学目标三个部分组成。

主要包括产业现状，实验简介，教学目标等内容，结合现阶段我国集成电路薄膜沉积设备产业发展状况，介绍本实验课程的主要内容，并通过教学目标进一步明确学习本实验的目的。

（2） 基础知识

基础知识由三个方面，九个部分构成。进行集成电路芯片制造、真空技术基础、溅射物理气相沉积镀膜等专业基础理论知识的学习。学生在“真空技术基础”模块学习真空系统的理论知识，掌握各类真空泵、真空计、真空连接组件的工作原理及其使用条件，以任务解锁的形式实现进阶式教学引导，由易到难，通过不断优化改造依次完成低真空、高真空和超高真空系统的组装。学生通过“溅射物理气相沉积镀膜”模块系统学习溅射镀膜原理，理解不同工艺参数对于薄膜沉积效率、成膜质量的影响，通过金属薄膜、绝缘薄膜等不同类型材料制备的实训练习，理论联系实践，加深学生对直流溅射和射频溅射的理解。

1、集成电路芯片制造：制作工艺流程，芯片制造中的薄膜，薄膜沉积工艺；

总体性的介绍芯片制作工艺流程，薄膜，薄膜沉积工艺等方面的知识点。

2、真空技术基础：真空的概念，真空系统的组成，多级真空系统组装练习；超高真空系统通常由真空腔体、真空泵、测量真空度的真空计、阀门、检漏仪以及其他附属部件组成。其中多级真空系统组装练习是以任务解锁的形式实现进阶式教学引导，通过不断优化改造实现不同级别的真空系统组装。

3、溅射物理气相沉积镀膜：溅射镀膜原理，溅射工艺参数，多种薄膜制备练习。通过动画来呈现溅射过程。多种薄膜制备练习是通过四种不同的薄膜在制备前通过选择电源，功率，溅射时间实现镀膜的工艺控制过程。

（3） 设备搭建

设备搭建包括：真空系统搭建，溅射系统搭建，辅助系统搭建三个方面内容。仿真系统依托参数化互动式过程构建，对磁控溅射中的真空泵、真空计、真空连接等重要组件的物理特性建立了数学模型，学生根据不同组件的工作范围，自主选择设备库中的组件，进行多级真空系统的自主设计与组装，系统可通过数学模型分析真空度的大小，从而判断学生的组装是否符合相应的要求。

（4） 设备维护

设备维护由设备的使用，真空系统维护，溅射系统维护，冷却系统维护四个方面组成。设备搭建完成后，将搭建好的设备进行初始化验证可用性，使学生掌握设备的使用方法及溅射镀膜的流程。综合运用所学知识，针对设定的系统真空度较低、无法起辉、分子泵过热等故障进行检修并分析原因，完成设备改进与维护。

（5） 实验考核

在没有提示的条件下提供所有配件，进行磁控溅射系统的综合设计和搭建，使用组建的设备完成多层膜的沉积。通过考核进一步巩固理论知识，提升学生综合设计和实践动手能力，考查学生对本实验课程的掌握情况以及授课效果。

可在有提示的条件下进行组装考核，但是会降低最高分上限。1

（6） 实验统计

实时记录实验过程的交互操作结果，实验成绩的评价，实时了解对知识点的掌握程度，分为主动自行提交或倒计时统一提交。

4. 所包含动画名称和内容简介，精彩画面截图、动画录屏

当腔体真空达到镀膜要求后，通入一定量的 Ar 气作为工作气体。在正负极高电压的作用下，Ar 原子发生电离，成为带正电的 Ar+离子和独立运动带负电的电子，其中电子由于吸引作用飞向阳极，而带正电的 Ar+离子则在高压电场的加速作用下飞向阴极，即靶材。高速运动的 Ar+离子撞击靶材，在碰撞过程中释放大量能量，这些能量被靶材原子获得，一旦超过靶材本身的逸出功，靶材原子就会脱离靶材表面的束缚飞向衬底。

5. 实验的特色和亮点

1、本实验利用虚拟仿真技术形象再现复杂装备内部构造及组装过程，让学生亲身参与动手实践，通过探究式学习及交互操作，实现从按样例操作到创新设计，提高学生对集成电路工艺、真空设备、溅射PVD镀膜设备的认识，提升装备设计与制造能力。

2、高仿真度模拟了真空系统、溅射系统、辅助系统等磁控溅射PVD薄膜沉积设备综合设计与搭建的全流程，更加直观地展示了抽象的教学内容。

3、本实验课程具有大量需要学生动脑、动手操作的交互性步骤，相比传统的动画、视频等教学模式，具有更好的体验感和沉浸感，从而极大激发学生的专注度和想象力，培养学生整体设计、综合判断和灵活运用相关知识解决实际问题的能力。