半导体工艺技术篇1
关键词：双语教学；半导体制造技术；CmoS工艺集成
中图分类号：G642.4文献标志码：a文章编号：1674-9324（2017）11-0213-02
随着中国加入wto及中国改革开放的日趋深化，使得我国对双语复合型人才的需求程度迅速提高。为了培养双语复合型人才，2001年教育部颁发的《关于加强高等学校本科教学工作提高教学质量的若干意见》中对高等院校的本科教学提出了使用英语等外语进行公共课和专业课教学的要求[1]。“双语教学”的英文是“bilingualteaching”。《朗曼应用语言学词典》给出的定义是“theuseofasecondorforeignlanguageinschoolfortheteachingofcontentsubjects”，即能在w校里使用第二语言或外语进行各门学科的教学[2]。
《半导体制造技术》是电子科学与技术专业的主干课程，系统介绍了集成电路芯片的制造工艺及工艺原理，详细描述了集成电路制造的全过程。学生在初步掌握硅材料制备、氧化、淀积、光刻、刻蚀、离子注入、金属化、化学机械平坦化等工艺及其设备的基础上，掌握CmoS、双极集成电路的工艺集成及测试封装等。
一、《半导体制造技术之CmoS工艺集成》双语教学存在的问题
《半导体制造技术》涉及电子、机械、材料、制造、物理、化学等多种学科，其理论性和实践性均较强，且内容更新快，在这样的课程中开展双语教学必定会遇到一些问题。
1.学生英语听、说、阅读能力有待提高。《半导体制造技术之CmoS工艺集成》双语课的授课对象是大三学生。经过两年多的大学本科教育，大三的学生虽然具备了一定的专业基础知识，大多数学生过了国家英语四级考试，而少部分学生过了国家英语六级考试，但学生的听、说、读、写训练也仅限于围绕《大学英语》课程及应试来进行，致使学生们并没有将这些技能应用于专业知识的学习。学生们没有接触过专业英语，英语专业词汇掌握得少之又少，也缺乏英语专业论文阅读的经验，专业论文的写作更无从谈起。《半导体制造技术之CmoS工艺集成》课程内容广泛，知识点多。双语教学中要求学生在英语环境中听、读并掌握这些专业知识点有相当的难度。
2.双语教学师资短缺。双语教学教师不仅要有过硬的教学能力和系统的专业知识，还要有精深的专业英语和流利的英语口语功底。这样不仅让学生系统掌握了专业知识，而且能运用外语熟练进行专业交流，使他们的整体素质得以提高。近年来虽国内外交流日益频繁，但就我校的情况而言聘请的国外专家学者、海归博士等多从事经济、金融等领域，还没有从事电子科学相关领域的外聘的国外学者和海归博士。双语教学的任务主要由有过旅美经历的、有丰富的专业课教学经验的高级教师来负责。但具备这样条件的教师数量也非常有限，不能形成团队协作。
3.教材及教学方法的选择。《半导体制造技术》国内外教材很多，各教材侧重点不同，有的偏重于科学研究，有的偏重于工程实践；内容各不尽相同；难易程度各不相同；受者群也各不相同。从良莠不齐的众多教材中选择合适的教材是至关重要的。选择什么样的教学方法也是要重点思考的，以最大程度地提高学生的专业知识和专业英语读、说、写能力。
二、《半导体制造技术之CmoS工艺集成》双语教学实践
本文第一作者于2013年夏季小学期开设《半导体制造技术之CmoS工艺集成》双语课，授课对象为电子科学与技术专业三年级本科生。此时三年级本科生已经学过了《半导体工艺》，掌握了《半导体制造技术》的基本概念、工艺原理及流程。在此基础上开设《半导体制造技术之CmoS工艺集成》双语教学既能巩固相关的专业知识，也能掌握专业英语的听、说、阅读能力。
1.教材。综合考虑各种因素，本课程选择的教材是英文版的《硅超大规模集成电路工艺技术：理论、实践与模型》，作者JamesD.plummer等，由电子工业出版社出版。该教材内容由浅入深，写作简单明了易于理解，适于大专院校电子专业高年级学生使用。考虑到学生的英语水平及授课时间的限制，双语教学仅选择该教材的第二章《CmoS工艺集成――CmoS反相器制造工艺流程》。辅助教材为中文版的《芯片制造――半导体工艺制程实用教程》（第五版），作者peterVanZant，韩郑生等译，由电子工业出版社出版。
2.教学方法。考虑到学生的实际情况，本双语课程采用英文教材，英文版书，中英文授课的模式。课前要求学生充分预习。课堂上教师对基础英语中常见的重点词汇、固定搭配、句式结构等进行适当讲述，在此基础上重点讲解专业词汇及科技文献常用的表达方式。通过举例归纳总结词汇的专业性及日常应用中的差异及科技文献与通俗小说等写作手法的不同。让学生们参与教学，由学生先用英文通读一段再用中文来讲解，再由老师进行讲解总结。同时每次课都会利用一定的时间给学生播放intel和斯坦福等多家机构联合出品的《SiliconRun》，该套视频是微电子行业的经典纪录片，其详细讲述了硅集成电路（iC）工艺制程中的各单项工艺，如晶圆的制备、氧化、光刻、淀积、离子注入、刻蚀、金属化、封装等等。让学生们生动形象地了解实际生产线上各工艺的同时，也能练习听力，课后还能跟读，一举三得。待到学生听、说、读英语的能力提高了，教学模式最终会过渡到英文教材，英文版书，英语授课。
3.教学反馈。课程结束前对教学效果进行的调查问卷显示[3]，80%的学生认为本课程教学有助于提高自己的专业英语水平，对阅读专业英文论文及著作起到了抛砖引玉的作用。学生们认为教学中的视频在提高听力的同时，让他们更真切地了解了实际生产线上器件、集成电路的制造过程。
三、对开展《半导体制造技术之CmoS工艺集成》双语教学的几点建议
通过几年的《半导体制造技术之CmoS工艺集成》双语教学实践，针对当前的不足进行了有益的探索，对开展双语教学有几点建议仅供探讨。
1.在授课中意识到很多学生对英语心理上存在恐惧感，限制了他们学习的积极性，同时许多学生误认为专业英语的学习是重点，而忽略了专业英语只是教学工具，利用这个工具或媒介掌握专业知识才是根本。只有克服对英语的恐惧感，对双语教学有正确认识才能达到预期效果。
2.针对双语教学师资缺乏的情况，学校应依据“引进来，送出去”的原t，在大力加强外国专家学者、海归博士引进工作的同时，可在校内组织专门的培训，或者通过送到外校学习的形式提升教师讲授双语课的综合能力。如果有条件聘请国外相关领域的知名专家学者、海归博士与本校教师组成双语课教学团队不失为非常好的解决办法。
3.双语教学应循序渐进，不能操之过急。双语教学不能一蹴而就，防止一味硬灌和被动接受。应循序渐进，因地制宜，因材施教。教师与学生应相互配合，相互信任，充分发挥各自的积极性和主动性，从双语的教与学中获得知识，收获快乐。
四、结束语
双语教学是培养复合型人才必不可少的手段。虽然国内的双语教学开展了十多年也取得了长足的进步，但仍有诸多问题需要探讨。本文介绍了《半导体制造技术之CmoS工艺集成》双语教学的教学实践并提出了相关的建议，以便完善今后的双语教学实践。
参考文献：
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DiscussiononBilingualteachinginSemiconductorFabricationtechnology-CmoSprocessintegration
LVpina，QiUweia，YUeCheng-junb
（a.physicsSchool，LiaoningUniversity；
b.Collegeofinformation，LiaoningUniversity，Shenyang110036，China）
半导体工艺技术篇2
[关键词]工艺原理器件模拟与仿真微电子技术
[中图分类号]G420[文献标识码]a[文章编号]2095-3437（2015）11-0112-03
0引言
西安邮电大学微电子科学与工程专业源于原计算机系的微电子学专业，2005年开始招收第一届本科生，专业方向设置偏向于集成电路设计。2013年，根据教育部《普通高等学校本科专业目录（2012年）》的专业设置，将微电子学专业更名为微电子科学与工程专业。2009年至今，该专业累计培养本科毕业生6届。根据历年应届毕业生就业情况和研究生报考方向，我们发现半导体工艺方向人数比重呈现逐年上升的趋势。另外，随着我国经济的快速发展，中西部地区半导体行业的投资力度也越来越大，例如韩国三星电子有限公司、西安爱立信分公司等落户西安，半导体人才需求日益增加。
根据2014年，微电子科学与工程专业新一轮培养方案的定位，设置出半导体工艺、集成电路设计两大课程体系，可实现半导体工艺、集成电路设计和集成电路应用人才的个性化培养。半导体工艺课程体系除设置固体物理、半导体物理学、半导体器件物理等专业基础课程外，还包含集成电路工艺原理、器件模拟与仿真、集成电路制造与测试和半导体工艺实习等专业课程。本课程体系是微电子技术领域人才培养的核心，旨在培养学生掌握集成电路制造的工艺原理、工艺流程以及实践操作的能力，同时也是培养具有创新意识的高素质应用型人才的关键。
因此，整合集成电路工艺原理与实践课程体系的教学内容，充分利用微电子技术实验教学中心现有的硬件环境和优势资源，加强软件设施，例如实践教学具体组织实施方案及考核机制的建设，构建内容健全、结构合理的集成电路工艺原理与实践课程体系，对微电子科学与工程专业及相关专业的人才，尤其是半导体工艺人才培养的落实和发展具有重要意义。
一、面临的主要问题和解决措施
（一）教学面临的主要问题
课程体系是高等学校人才培养的主要载体，是教育思想和教育观念付诸实践的桥梁。集成电路工艺原理与实践课程体系注重理论教学与实践教学的紧密结合，不仅让学生充分了解、掌握集成电路制造的基本原理和工艺技术，而且逐步加强学生半导体技术生产实践能力的培养。然而，该课程体系相关实践环境建设与运行维护耗费巨大，致使大多数高等院校在该课程体系的教学上仅局限于课堂教学，无法做到理论与实践相结合。
为解决这一问题，学校经过多方调研考察、洽谈协商，与北京微电子技术研究所进行校企合作，建立了半导体工艺联合实验室。通过中省共建项目和其他项目对半导体工艺联合实验室进一步建设、完善，为微电子科学与工程专业及相关专业本科生提供了良好的工艺实践平台。然而，在实际教学过程中，专业课程内容不能模块化、系统化，理论教学与实践教学严重脱钩，工程型师资人员匮乏，教学效果不理想。因此，对集成电路工艺原理与实践课程体系进行深化改革与探索，可谓任重而道远。
（二）主要的解决措施
1.课程体系整合优化
集成电路工艺原理与实践课程体系服务于半导体产业快速发展对人才培养的需要。本课程体系以集成电路工艺原理、器件模拟与仿真和工艺实践为主线，将集成电路工艺原理、半导体器件模拟与仿真、集成电路封装与测试、新型材料器件课程设计和半导体工艺实习等课程内容进行整合，明确每门课程、知识的相互关系、地位和作用，找到课程内容的衔接点，让每一门课程都发挥承上启下的作用，保证半导体人才培养的基本规格和基本质量要求。在此基础上，设置半导体材料、半导体功率器件、纳米电子材料与器件等专业选修课，培养学生的兴趣、爱好和特长，以满足个性化培养需要。
为解决微电子科学与工程专业本科生实践形式单一、综合程度不高导致解决实际问题的应用能力不足等现象，集成电路工艺原理与实践课程体系在力求理论教学与实践教学有机融合的基础上，设置微电子学基础实验、半导体器件模拟仿真、半导体工艺实习以及新型材料器件课程设计等实践课程，形成由简单到综合、由综合到创新的递阶实践教学层次。通过独立设课实验、课程设计、科研训练、生产实习、社会实践、科技活动和毕业设计等实践环节达到预期的效果。同时，注重课程形式的综合化、科研化，提高综合性、设计性实验比例，使实践课程与理论课程并行推进，贯穿整个人才培养过程。
2.考核体系的完善
考核体系总体上包括理论课程考核体系和实践课程考核体系。目前，理论考核体系已基本成熟。然而，长期以来，我国教育领域由于实践教学成本高、经费得不到保障，所以考核主体对实践环节考核的积极性不高、重视程度不够，导致考核制度不完善。集成电路工艺原理与实践课程体系在不断完善理论教学考核体系的同时，尤其注重实践教学体系的改革。将教学实验项目的实验过程、工艺参数和器件性能等列为考核的过程。兼顾定性与定量相结合、过程与结果相结合、课内与课外相结合、考核与考评相结合的原则，不断完善实践教学的考核体系，形成以学生为中心的适应学生能力培养和鼓励探索的多元实践教学考核体系。该体系能全面、准确地反映学生的应用能力和实际技能，激发学生的学习动力、创新思维和创新精神，促进人才培养质量和水平的提高。
3.教学团队构建
根据集成电路工艺原理与实践课程体系对高素质应用型人才培养的需要，本教学团队秉承“以老带新”的传统，为青年教师配备老教授或资深教授作为指导教师。在日常教学过程中，由老教师对年轻教师进行业务指导，负责教学质量的监控与授课经验的传授。在老教师的“传、帮、带”和示范表率作用下，青年教师间互相听课、交流教学心得，定期组织教学竞赛，体现以人为本，强调德才兼备，营造青年教师良好的教与学氛围。同时，课程体系团队积极为任课教师创造条件，加大队伍培养建设，鼓励教师走出去，了解企业的运作模式，提高自身的业务能力。目前，已有多位教师到企业参观交流、参加各种业务能力培训，取得了多种职业资格认证，教师的业务能力和水平得到大幅提升。
西安邮电大学经过多年建设和培养，形成了一支结构合理、师资雄厚的教学团队，具有高学历化、年轻化和工程化的特点。本课程体系现拥有任课教师15名，其中具有博士学位的教师7名，副高以上职称的教师8名，40岁以下的教师占课程组教师总数的60%，具有工程实践经验的教师占课程组教师总数的40%。
4.实验环境的优化
实验环境是实践教学和科学研究的关键性场所。根据微电子科学与工程专业半导体工艺、集成电路两大课程体系对人才培养的需要，微电子技术实验教学中心下设微电子学实验教学部和集成电路实验教学部，共计占地约1300平方米。微电子学实验教学部下设微电子学基础实验室、半导体工艺仿真实验室、半导体工艺实验室、微/纳材料器件实验室、材料器件分析实验室。微电子学基础实验室，拥有霍尔效应、高频晶体管测试仪、四探针测试仪等常规设备，可实现微电子学专业基础实验。半导体工艺仿真实验室，配置Silvaco、iSe和eDa等专业仿真软件，可实现半导体器件工艺参数和性能的仿真。半导体工艺实验室拥有双管氧化扩散炉、光刻机、Lp-CVD、离子束刻蚀机、磁控溅射台、高温快速退火和激光划片等设备，可实现半导体工艺生产。微/纳材料器件实验室设计专业，配备排风、有害气体报警系统，拥有气氛热处理程控高温炉、纳米球磨机、高压反应釜等设备，可实现多种纳米材料器件的制备。材料器件分析实验室，拥有吉时利4200-SCS半导体特性分析系统、太阳能模拟器和化学工作站等设备，可完成新型材料器件的测试分析。
通过实践教学资源配置、环境优化，实现了实验教学中心的整体规划和布局;针对大型贵重精密设备配备专业操作人员，进行定期的维护和保养;制定大型设备的操作流程和规范，保证实践教学的顺利实施。实验平台的建设，将为相关专业的本科生、研究生和教师在实践教学、科研方面搭建一个良好的学术平台。
二、改革的特色和预期成果
（一）改革的特色
1.校内实验平台的优化
集成电路工艺原理与实践课程体系的构建，使专业培养方向定位更加明确、教学内容更加明了。尤其是在教学形式上，从教学内容整合、考核体系制定、教学团队形成和实验环境优化等进行了多方位、多角度的改革探索。围绕集成电路工艺原理、半导体器件模拟与仿真和半导体工艺生产实践教学内容为主线，保证半导体人才培养的基本规格和基本质量要求;利用选修课实现学生专业个性化培养。通过合理设置理论课程与实践课程比例、课内课程与课外课程比例，可有效地控制教学内容的稳定性、机动性，推进课程内容的重组与融合。同时，引领学生独立思考、主动探索，激发学生的创新意识和提高学生解决实际问题的能力。
2.校企合作实验平台的构建
在校内实践教学的基础上，微电子技术实验教学中心先后与西安芯派电子科技有限公司、西安西谷微电子有限责任公司等微电子器件及测试公司建立了良好的交流合作关系。这些关系的建立，可使微电子科学与工程专业的学生在校外公司，例如在西安芯派电子科技有限公司进行半导体器件再流焊工艺的实习。校内外互补的工艺实践体系构件，使学生不仅掌握集成电路工艺实践基本知识和原理，更能够掌握实际行业内集成电路工艺中需要考虑的系列问题，从而培养了工程的思维方式。
（二）改革的预期成果
1.达到理论与实践教学的有机融合
理论学习是知识传递过程，实践则是知识吸收过程。实践环节教学能巩固、加深学生对课堂上所学知识的理解，培养学生的实践技能。集成电路工艺原理与实践课程体系，将课程体系教学内容按层次分为半导体工艺原理、器件模拟与仿真和半导体工艺实践三个主要部分。通过半导体工艺原理的学习，掌握材料器件的基本参数、性能和制备方法;通过器件模拟与仿真，了解各种制备方法、工艺参数和器件性能之间的关系;通过半导体工艺实践，充分调动学生的学习积极性、主动性和创造性，从而有效地加深对理论知识的理解，锻炼实际动手能力。通过理论和实践的有机融合，可有效培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力。
2.实现教学的开放性
集成电路工艺原理与实践课程体系，在理论教学方面，打破传统课堂教学的局限性，充分利用现代多媒体技术，实现网络教学。通过网络教学系统，开展互动学习的教学模式。将传统教学活动如批改作业、讨论答疑和查阅资料等传到网络教学系统上;开发试题库，建设合理的测试系统。在实践教学方面，将部分实践教学环节以录像的形式上传到网站上供学生学习、参考，部分实验室实行全天候的开放，学生自主学习、管理。通过兴趣小组、创新项目和开放性实验等多种方式，形成团队教师定期指导、高年级学生指导低年级学生的滚动机制，激发学生潜在的学习能力、创新意识，提高学生的学习兴趣和实践动手能力，为我校培养微电子技术领域高素质应用型人才奠定基础。
三、结语
根据西安邮电大学2014年微电子科学与工程专业新一轮培养方案的定位及社会发展对半导体人才培养的客观要求，本文提出集成电路工艺原理与实践课程体系改革。本课程体系以半导体工艺原理、器件模拟与仿真和半导体工艺实践为主线，对教学内容进行整合、修订和完善，保证半导体人才培养的基本规格和质量要求。根据现有实验环境、实验设备和优势资源，进行资源优化配置，完成微电子技术实验教学中心的整体规划布局。通过师资队伍的建设、切实可行的实践教学管理制度的制定，明确任课教师的职责，出台实践教学质量考核标准，加强实践教学环节的时效性。通过上述诸要素的相互协调、配合，实现集成电路工艺原理与实践课程体系“非加和性”的整体效应，促进微电子技术领域应用型人才培养质量和水平的提高。
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半导体工艺技术篇3
【关键词】tCaD；atHena；半导体工艺；热氧化
0引言
半导体热氧化过程中，需要使用各种氧化工艺设备，如卧式氧化炉、立式氧化炉、掺氯氧化炉等。在对氧化膜参数和性能测量时，也需要使用半导体参数测量仪、椭偏仪等仪器。这些设备仪器价格昂贵，购置和维护这些设备的费用远远超出了学校的承受能力，导致其中部分实验无法开设。在已经开设的部分半导体氧化实验中，实验人员一般是通过程序设定或者仪器操作进行实验，属于外部和宏观上的观察，对实验的过程和结果不能直观分析，往往是只能观察到部分结果，无法得到一个全面的认识。有些实验的准备时间和实验时间，如抽真空时间、薄膜氧化时间等过长，使得整个实验持续很久，效率低下，学生也感觉浪费了时间。另外有的实验，其过程简单枯燥，实验细节被工艺设备所阻隔，令人感到乏味，降低了学生的兴趣，影响教学效果。
1tCaD技术在热氧化实验教学中的优势
现在很多的半导体工艺及器件的开发是由计算机仿真程序来完成的。这样的程序被称为tCaD。使用tCaD可以有效的缩短研发成本和研发周期[1]。此类tCaD软件种类较多，其中美国的Silvaco所设计的tCaD软件是最具代表性的工艺及器件仿真软件。Silvaco提供了tCaDDrivenCaDenvironment，这一套完整的工具使得物理半导体工艺可以给所有阶段的ic设计方法提供强大的动力：制程模拟和器件工艺；SpiCemodel的生成和开发；interconnect，parasitics的极其精确的描述；physically-based可靠性建模以及传统的CaD。所有这些功能整合在统一的框架，提供了工程师在完整的设计中任何阶段中所做更改导致的性能、可靠性等效果直接的反馈[2-3]。
tCaD技术构建的仿真制造系统，由于可以节约开发时间，减少开发成本[4]，已经在半导体工业界和科研领域得到广泛的应用，并获得很大的成功。应用tCaD技术构建虚拟实验教学，具有巨大的优势，可以获得明显的成效。首先，利用tCaD技术进行虚拟实验，所需要的时间少、速度快[5]。一个基本热氧化过程一般需要几小时或更多的时间，而用软件模拟一次仅需要几分钟。其次，基于程序的仿真流程，命令简单，操作易于上手，而且即使出现错误操作，也不会损伤仪器，因此虚拟实验的管理维护费用可以基本忽略[6]。再次，在实验前后以及进行过程中，可以随时观察各项数据（包括形貌、杂质分布、电场分布、电流、电阻等），可以分析每一步操作的中间结果，从而得到即时全面的认知。
2半导体热氧化仿真程序的教学实践
2.1教学设计
在半导体热氧化虚拟实验的开设过程中，我们可以将其设计为验证性实验、也可以设计为探究式实验。验证性实验通过指定某些特定的工艺步骤和工艺流程，建立起规定的微电子器件结构，进行基础电学特性的仿真。这类实验着重培养学生软件操作、程序编写和数据处理与输出等基本技能，并验证课本中的工作原理、变化过程和结果，获得直观和正确的认识。探究性实验只指定产生的器件结构和测量要求，让学生自行设计实验并加以仿真实现。此类实验可以激发学生的好奇心，提高专业学习的积极性，培养学生的创新思维口引。在具体实践中，我们是以验证性实验来开设的，以后会进行探索性实验来进行，并将根据教学效果和学生反馈继续进行调整。
2.2热氧化厚度与氧化时间的关系的仿真程序
其程序设计如下：
goathena
linexloc=0.00spac=0.01
linexloc=0.6spac=0.01
lineyloc=0.00spac=0.01
lineyloc=0.80spac=0.01
initsilicon
Diffusetime=ttemp=tdryo2
extractname="gateoxide"thicknessmaterial="Sio～2"x.val=0.3
quit
其中，t表示氧化时间，t表示氧化温度。以下表1和表2分别在温度1000℃和1100℃时进行干法氧化实验时，并分别在不同的时间下抽取所得氧化层厚度的测量数据。干法氧化实验所选用的衬底材料为p型硅。
表1温度t=1000℃干氧化dryo2
表2温度t=1100℃干氧化dryo2
硅干氧氧化层厚度与氧化时间的关系如上表所示，从表可以看出，在同一温度下，氧化层厚度随时间增加而增加，基本上是均匀增加的。在同一时间下，温度越高，氧化层越厚。
可见，在实际实验教学中，教师可以根据实验教学需要灵活设计实验教学内容，从而摆脱固定的书本讲授内容的限制。tCaD技术的应用不仅丰富了半导体工艺实验教学内容，也使学生较早地了解半导体工艺流程和半导体器件的tCaD设计方式，为学生以后更好的适应工作单位的使用需求打下坚实的基础。
3仿真实验教学实施中存在的问题与解决方案
仿真实验教学在实施过程中也会遇到一些问题，主要有：
仿真实验是通过程序窗口和编写命令来实现工艺操作和器件测试的，这使得学生对实际的设备、仪器的使用方法和操作流程没有概念，也就是说缺少真实的操作经验。对于这个问题：一方面，可以通过与普通的半导体氧化实验相结合，掌握一般仪器的使用方法；另一方面，也可以利用到工厂参观和实习的机会，观摩实际操作流程，加深对设备的认识。
4结束语
综上所述，在半导体工艺实验教学体系中开设基于tCaD技术的虚拟实验，可以节约实验室建设成本，减少实验时间。虚拟实验能够直接观察实验过程以及微电子器件内部的各种参数，通过工艺、结构的变化分析工艺和器件的运行机制和工作原理，与相关课程的理论教学密切结合并能扩展和提高，从而激发学生的学习兴趣，加深对课程的理解，增强动手能力。合理地安排实验规划，采用适当的方法解决虚拟实验教学中的问题，可以完善微电子专业教学体系，提升教学效果，培养出优秀的应用型微电子专业人才。
【参考文献】
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半导体工艺技术篇4
关键词：微电子工艺；创新性；实验教学
一、引言
微电子技术与国家科技发展密切相关，是21世纪我国重点发展的技术方向。在新形势下，无论军用还是民用方面都对微电子方向人才有强烈需求。高校微电子专业是以培养能在微电子学领域内，从事半导体器件、集成电路设计、制造和相应的新产品、新技术、新工艺的研究和开发等方面工作的高级应用型科技人才为目标的。因此，要求学生不仅要具备坚实的理论基础，还需具备突出的专业能力和创新能力，满足行业的快速发展和社会需求。
目前我国微电子行业中，微电子工艺研究相对于器件和集成电路设计研究工作是滞后的，处于不平衡发展状态，为使行业发展更均衡，需要加强微电子工艺人才的培养。微电子工艺是微电子专业中非常重要的专业课，主要研究微电子器件与集成电路制造工艺原理与技术。微电子器件与集成电路尺寸都是在微米甚至纳米量级，导致在理论学习过程中，学生理解有一定的困难，因此需要通过开设微电子工艺实验课程加深和巩固知识内容，使学生更加直接地接触微电子行业核心技术，了解半导体器件、集成电路生产制造加工的技术方法，从而促进学生对微电子工艺等课程的学习。因此，微电子工艺实验教学可以有效地弥补理论教学的局限性和抽象性，促进学生对理论课的理解和提高学生的动手能力。
二、课程分析
微电子工艺课程要求掌握制造集成电路所涉及的外延、氧化、掺杂、光刻、刻蚀、化学气相淀积、物理气相淀积、金属化等技术的原理与方法，熟悉双极型和m0s集成电路的制造工艺流程，了解集成电路的新工艺和新技术。微电子技术的发展是遵循摩尔定律，快速发展变化的，虽然工程教育要求教学最新最前沿的技术，但微电子设备价格昂贵，运转与维护费用很高，任何高校都很难不断升级换代；而且集成电路制造技术的更新迭代主要是在掺杂技术、光刻技术、电极制造技术方面进行了技术改进，在其他方面还都是相似的，因此，在高校中单纯追求工艺先进的实验教学是不现实的。基于此，结合实际教学资源情况，建设主流、典型工艺技术的工艺实验线，并开展理论联系实践的实验教学是微电子工艺实验室建设的重点。通过实验使学生更牢固地掌握晶体管及简单ic的整个工艺制造技术，学会测试晶体管重要参数，以及初步了解集成电路工艺制造过程。
黑龙江大学微电子工艺实验室已建立数十年，之前受到设备的限制，所开设的实验都是分立的，不能完全按工艺流程完成器件的制作，没有形成有机整体，学生缺乏对晶体管制作工艺流程的整体认识。经过不断发展和学校的大量投入，目前该实验室拥有一条微电子平面工艺线，主要的设备包括磁控溅射设备、电子束蒸发设备、CVD化学气相淀积系统、光刻机、离子刻蚀机、扩散炉、氧化炉、超声压焊机、烧结炉等。这些设备保证了微电子工艺实验能够按晶体管制作工艺流程顺序完成制作。同时实验室配备了测试环节所必须的显微镜、电阻率测试仪、探针测试台、半导体特性图示仪等检测仪器，通过实验能进一步加深学生对微电子工艺制造过程的了解。实践证明，以上实验内容对学生掌握知识和开拓视野起到十分重要的作用，效果显著。该实验室多年来一直开展本科生教学和本科生毕业设计、研究生毕业设计、各类创新实验项目等教学、科研工作。
三、实验教学的开展
为了达到理论实践相互支撑与关联，通过实验促进理论学习，笔者根据微电子专业特点，开展了微电子工艺实验的教学改革。在原有的微电子平面工艺实验的基础上，建立由实验内容的设置、多媒体工艺视频、实际操作的工艺实验、实验考核方法和参观学习五部分组成的教学方式，形成有效的实践教学，加强了学生对制造技术和工艺流程的整体的认识，培养了学生对半导体器件原理研究的兴趣，使学生对将来从事半导体工艺方面的研究充满信心。
（一）实验内容的设置
实验内容主要包括四部分：
1.教师提供给学生难易不同的器件结构（二极管、三极管、moS管等），学生可以自主选择；
2.根据器件结构，计算机辅助软件设计器件制作的工艺流程；
3.通过实验室提供的仪器设备完成器件制作；
4.测试器件性能参数。
通过这样设置，既能掌握微电子工艺的基本理论，又能通过实验分析完善工艺参数，使学生完全参与其中。
（二）多媒体工艺视频
为了让学生对集成电路设计和微电子制造工艺有直观的认识。结合实际的实验教学过程，制作全程相关单项工艺技术、流程及设备操作视频演示资料，同时强调工艺制作过程中安全操作和注意事项，防止危险的发生。
（三）实际操作的工艺实验
工艺实验涵盖清洗、氧化、扩散、光刻、制版、蒸镀、烧结、压焊等主要工序，为学生亲自动手制作半导体器件和制造集成电路提供了一个完整的实验条件。学生根据所学的理论知识了解器件结构、确定工艺条件、按照流程完成器件的制作。保证每名学生都参与到器件制作过程中。同时每个单项工序时间和内容采取预约制，实现开放式实验教学。
、
（四）实验考核方法
在实验教学环节中，实验考核是重要的教学质量评价手段。实验着重对动手能力和综合分析问题的能力及创新能力进行考核。主要考核内容包括：
1.器件工艺设计：考核设计器件制作流程的合理性；
2.工艺实验：考核现场工艺操作是否规范，选用的工艺条件是否合理；
3.测试结果：考核制作器件的测试结果；
4.实验分析报告：考核分析问题和解决问题能力，并最终给出综合成绩。
（五）参观学习
参观学习有助于学生全面了解本行业国内外发展的概况及先进的设备、现代化的生产车间和工艺水平。每年带领学生参观中国电子科技集团公司第49研究所、海格集团等企事业单位，安排相应技术人员进行讲座和交流，使学生学习到更多的宝贵经验和实践知识。
半导体工艺技术篇5
[关键词]固态平板；发光二极管；氮化镓；碳化硅
中图分类号：o43
文献标识码：a
文章编号：1006-0278（2013）08-177-01
微电子技术的发展大大促进了纳米技术在平板显示技术方面的应用，目前已经开发和应用的各类平板显示技术有：液晶显示技术（LCD）、等离子体显示技术（pDp）、场致发射显示技术（FeD）、电致发光平板显示技术（eLD）、真空荧光平板显示技术（VFD）和发光二极管技术（LeD）等。众多研究成果表明氮化镓（Gan）及其合金的带隙覆盖了从红色到紫外的光谱范围；碳化硅也可在可见光区内有效发光，因此，氮化镓和碳化硅两种材料是近年来研究的比较多的全色光电材料。另外，与硅平面技术相容的离子注入Sio2薄膜材料，可以获得几乎遍布整个可见光区的光发射。
一、Gan材料
Gan材料研究与应用是目前全球半导体研究的前沿和热点，Gan材料所具有的禁带宽度大、击穿电场高、电子饱和速度高、热导率大、物理化学性能稳定等诸多优点，是研制微电子器件、光电子器件的新型半导体材料，并与SiC、金刚石等宽带隙化合物半导体材料一起，被誉为是继第一代Ce、Si半导体材料、第二代Gaas、inp化合物半导体材料之后的第三代半导体材料，它具有优良的光学性能，可作出高性能的发光器件，Gan基LeD的发光波长范围可从紫外到可见光区。
Gan材料制作的可见光区发光器件已取得令世人瞩目的进展。2002年，化成optoniX、StanLeY电气、三菱电线工业联合开发了发光效率达301m/w的白色发光二极管（LeD）。该LeD在发出波长382nm紫外光的Gan类（紫外LeD）中配合使用了将紫外光分别转换为红色光、绿色光、蓝色光的荧光体材料。同年，美国Kopin公司成功地开发出了以+2.9V电压驱动的氮化镓蓝色发光二极管（LeD），该LeD在驱动电压+2.9V、驱动电流20ma的情况下达60cd/m2。
二、SiC材料
近年来，又由于SiC材料具备独特的性质：宽禁带、高击穿电场、高漂移饱和速度、高导热率、介电常数小、抗辐射能力强、化学稳定性好，使其在光电器件、高频大功率、高温半导体器件等方面具有巨大潜力而备受青睐。SiC有250多种多型体，每种多型体的C/Si双原子层的堆垛次序不同，最常见的是立方密排的3C-SiC和六角密排的6H和4H-SiC，不同多型体的电学性能和光学性能不同。
由于SiC具有高击穿电场、高饱和迁移速度和高热导率的优点，使其在高压应用方面优于硅和砷化镓。更值得指出的是，高击穿电场和宽禁带的特点有利于开发高电压、大电流SiC功率器件，并且在很大程度上缩小体积，从而获得了相当于Si器件十倍以上的功率密度。由于宽禁带和高热导率，其工作温度达600度以上。此外，采用SiC器件的功率系统可极大程度地降低对散热的要求，又可进一步缩小体积。对于许多高温和大功率应用领域，目前几乎所有功率器件都采用Si工艺。硅功率器件在电学上的缺点是带隙小、器件结温低、典型温度不超过150℃。低结温导致硅功率器件不适于许多要求高温工作的场合。尽管有时采用外部冷却使其能应用于工作温度较高的设备中，但是冷却系统庞大体积和重量使其失去实用价值。相比之下，SiC功率器件是很有前途的。
三、纳米硅薄膜材料和离子注入Sio2材料
根据对半导体发光材料和器件的发展和现状分析，纳米硅薄膜材料和离子注入Sio2材料在发光二新型低维人工半导体材料，它具有新颖的结构特征与独特的物理性质。nc-SiH膜具有电导率高（10-3～10-1Ω-1·cm-1）、电导激活能低（e=0.11eV～0.1eV）、光热稳定性好、光吸收能力强、易于实现掺杂、具有明显的量子点特征等特性。
在硅单晶衬底上生长Sio2经Si离子注入和适当的退火可以获得红、黄蓝三种波长的发光，其发光强度可与多孔硅相比拟。蓝光谱波长为470nm，它是由氧空位缺陷发光，黄光峰也是由缺陷引起，而红光峰则是由注入的过剩S聚集成纳米晶粒，因量子限制效应而发光。离子注入Sio2发光，其意义在于，首先在一种材料上可获得红、黄、蓝全部三种基色，为全色固态现实提供了可能；其次，扬弃了多孔结构和电化学工艺，在工艺上完全与硅平面工艺相容。
半导体工艺技术篇6
【关键词】高职艺术设计工学结合培养模式
【中图分类号】G642【文献标识码】a【文章编号】2095-3089（2013）10-0226-01
一、高职艺术设计专业的人才培养方向及目标
高职艺术设计专业以培养创新性、应用型高技能艺术设计人才为目标，这一特定的培养目标使得高职艺术设计专业人才培养过程具有其自身的特点，如更强调应用性和创新性。随着高等职业教育人才培养模式改革的不断深入，工学结合已成为改革的主要方向。教育部在《关于全面提高高等职业教育教学质量的若干意见》（教高〔2006〕16号）提出，要把“工学结合”作为高等职业教育人才培养模式改革的切入点，带动专业调整与建设，引导课程设置、教学内容和教学方法改革。在辽宁省高等教育教学改革研究项目中（辽教办发[2009]90号），再一次提出工学结合人才培养模式改革与创新的立项选题。可见，工学结合不但是高职教育人才培养模式的显著特征，也是高职教育的核心理念。
二、“工学结合”人才培养模式的基本内涵及特点
什么是工学结合人才培养模式？针对这一概念世界合作教育协会的解释是：“将课堂上的学习与工作中的学习结合起来，学生将理论知识应用于与之相关的、为真实的雇主效力且通常能获取报酬的工作实际中，然后将工作中遇到的挑战和增长的见识带回课堂，帮助他们在学习中进一步地分析与思考。”这种办学形式以增强学生的实践动手能力为突破口，以提高学生职业素质、缩短学校教育与用人单位需求之间的差距、提高学生的就业竞争力为根本原则，充分体现了“以就业为导向，以能力培养为核心”的职业教育理念，是适应社会发展变化的产物，也是我国职业教育改革与发展的核心领域。
“工学结合”模式下教学体系的实践性、开放性、职业性不仅体现为教学活动的主体由单一的学校变成企业和学校两个主体，而且还体现在教学场所、教学内容、师资队伍、教学评价以及教学资源的构成等诸多方面。这形成了当前“工学结合”的特点：在教学方面，教学场所从封闭的学校内部扩展到外部的行业企业中；教学内容从单纯地注重职业技能的提高转向注重职业岗位技能与职业发展的共同提高；教学结果评价由学校自主考评转变为由社会、企业考评认证与学校自主考评相互结合的方式。
三、“工学结合”人才培养教学模式的改革与创新
由于各专业方向培养目标不尽相同，教育对象以及所依赖的行业要求不同，教学改革实践中“工学结合”的实现途径也呈现出多样性。我校艺术设计专业针对当前情况，逐步采取并形成了“3+2+1‘导师’‘项目’制的教学模式”。
“导师”“项目”半工半读制教学模式：“3”为前三个学期的专业基础课教学阶段；“2”为第四、五学期的“导师”“项目”制半工半读教学阶段；“1”为最后一学期的校企合作，工学结合人才培养阶段。第一至第三学期为专业基础课程，三个学期内全部完成。第四、五学期为校内实习学期，采用“导师”“项目”制半工半读教学模式。
以“3+2+1‘导师’‘项目’半工半读教学模式”人才培养模式为核心，我校环境艺术设计方向对2005版教学计划进行了进一步的修订，自2005年起经过四年的摸索，2009版专业教学计划得以确定：
大连商务职业学院艺术设计环艺专业2005级、2009级教学计划对照表
在第四学期中“导师”带领学生到实习单位或实训室中开展专业课题设计，学生在实践环节中参与实际的设计施工，按劳计酬。使学生从入学到就业除了具有实践技能经验外还具有社会工作经验，缩短学生与企业距离，使学生在毕业前就直接具有社会职业经验，提高学生就业水平与质量。在实行“导师”“项目”制半工半读教学模式时，导师为本学院的专业课教师和外聘教师或公司的专业设计师。在第四学期分配学生的原则如下：1.改革初期采用硬性分配制，由专业教师组进行合理搭配，按照教师情况和学生情况进行分配。2.经过一段时间的磨合，实行“双选”制。学期初把专业课导师的名单公布，由学生选择导师，导师得到名单后进行选择核实。
建立适应“导师”“项目”制工学结合培养模式的课程评价体系和建立适应“导师”“项目”的管理制度。（1）部分专业基础课程与专业技能课在学校承认学生已有的学习和实际工作经历，在出示有效证明或通过测试后，允许免修相应课程，并折合成学分。（2）实践课程评价以学生实际工作成绩为标准，校企双方共同成立组织和管理机构，生产实习课程按教学与生产的要求制定管理办法，建立教师与企业管理人员双重考核。主要考核点包括学生的出勤率、产品合格率、生产效率、生产工艺的学习效果、生产操作的熟练程度、工作的态度、与同事的合作态度、遵守企业和学校的管理制度情况、对企业的贡献、工资水平等。（3）建立有关生产性实训的管理制度，并明确考核的办法和负责人，做到在制度上有保证，在管理上有措施，并严格进行考核。
在实践教学环节与实际设计施工相结合的过程中，完全按照设计公司的管理模式进行运作，设立了产品开发部、设计部、综合部等部门。每个部门均由专业教师、企业专职设计师和学生组成，引入企业的实际设计任务作为教学内容。我院环艺方向根据企业对技能专业人才核心能力的要求，重构课程体系，改革教学组织形式，通过“室内专题设计”、“施工技术专题”和“综合实训”等课程，实现了与设计公司的室内专题设计、施工技术专题等项目要求的对接。学生在完成设计制作任务的过程中，提高了设计能力、制作能力和团队协作能力，学习的主动性、积极性被极大地调动起来。
参考文献：
半导体工艺技术篇7
（丹佛斯天津有限公司，天津301700）
摘要：半工艺无取向电工钢板减少一次退火，可对国家节能减排起到极大的促进作用。现对半工艺无取向硅钢板在压缩机电机行业的应用情况进行汇总分析。
关键词：密闭型压缩机；电机；半工艺无取向硅钢板；铁损；退火
0引言
在压缩机电机制造过程中，铁芯的制造耗能尤其严重，在钢厂和电机厂会分别进行一次退火，严重浪费资源。国外很早就研究出只需一次退火的半工艺无取向硅钢来应对。近年来国家大力倡导节能减排，再加上能源价格上涨，国内半工艺无取向硅钢的应用也开始迅速普及。本文就对半工艺无取向硅钢在密闭型压缩机电机上的应用现状做一个简单的汇总。
1全工艺钢与半工艺钢介绍
1.1工艺流程对比
无取向电工钢板是绝大多数电机中（无铁芯电机等少数特种电机除外）必不可少的材料，此材料生产过程中一般需要完全退火处理。经该工艺处理的无取向电工钢板称为全工艺无取向电工钢板，简称全工艺钢（图1）。
退火工艺耗能巨大，因此为了节能，可以将此工艺改为不完全退火。与完全退火工艺相比，此工艺步骤将节能95%以上。经此工艺处理的无取向电工钢板称为半工艺无取向电工钢板，简称半工艺钢（图2）。
在电机的制造过程中，如果采用全工艺钢，对钢板的退火就有两次，其中钢板一次，铁芯冲片一次。如果采用半工艺钢，几乎相当于减少了一次热处理，节能非常巨大。另外，半工艺钢在涂覆材料上也有节约。
1.2成本估算
下面来计算一下节能所产生的效益，首先从电机厂的二次热处理开始。
二次热处理费用：以商用空调中用量最大的20Hp电机为例，电机定转子铁芯净重20kg，连续退火炉500kw，每小时产量1t，每台电机需要耗电10kw·h，花费电费10元。
一次热处理费用：每台电机需要原材料钢板30kg，按照钢厂热效率高一倍的前提计算，单台至少需要7.5元，每吨合计差额约250元。这还不包括巨大的设备投资、辅助材料的成本（例如保护气体）、人力成本和不良产品的损失，甚至也没有包括节约钢板涂覆材料产生的收益。
仅以2013年家用空调行业5000万套计算，单台平均消耗钢板10kg，总需求量在50万t的水平上，节省1亿元以上。由此可见，节能效益非常巨大。如果再将家用冰箱以及商用制冷全都计算在内，效益将更加可观。这还只是粗略计算了制冷行业，如果将其他大量使用硅钢板的行业也计算在内，比如洗衣机、吸尘器等等白色家电行业，其效益将还会有成倍的增长。
2技术特性对比
2.1电磁特性对比
硅钢板最主要的两个技术参数就是铁损和磁感，而这两个参数都受到硅钢板微观金相组织结构的影响。电机厂冲片退火前后金相对比图片以及铁损和磁感对照表如表1所示。
通过上述实验数据可以看出，半工艺钢铁损更小，磁感只有小幅度的降低，总体性能更佳。
半工艺钢的性能为什么会更好呢？原因是：退火对半工艺产品不仅仅起着消除应力的作用，更主要的是使原来低温不完全退火产生的细小晶粒均匀长大，从而提高产品磁性性能。
当然，电机厂由于规模比钢厂小得多，且各电机厂之间差异也很大，热处理能力良莠不齐。如果电机厂热处理能力较差，退火后半工艺钢的性能有可能达不到其理论设计值。这就需要对电机厂的热处理进行更科学和更严格的控制。
2.2机械特性对比
半工艺钢虽然提高了产品性能，但其他特性却有所下降。比如半工艺钢较全工艺刚的材料硬度有较大提升，提高了加工难度，对冲压设备的要求提高。从硬度上看，半工艺钢比全工艺钢高10%～20%左右，这要求冲压设备的吨位相应提高10%～20%，这是半工艺钢最大的缺点。
2.3其他特性对比
上文中已提到半工艺钢除了少一次退火外，钢板表面的涂敷材料也相应减少或删除了，这对其防锈性能会产生很大的影响，当然也会更进一步降低成本。但从这个特性上看，半工艺钢不适合长期储存，只适宜应用在用量较大的领域，而压缩机电机行业等家电行业恰好满足这一应用要求。
3半工艺钢牌号
3.1我国半工艺钢牌号
我国GB/t17951.2—2002（2014版尚未实施）《半工艺冷轧无取向电工钢带（片）》参考了ieC60404-8-2和ieC60404-8-3标准，另外还参考了欧洲标准。其规定了各种半工艺钢牌号的磁性值，并给出了生产该牌号的参考热处理温度。部分半工艺钢的磁特性值和参考热处理温度如表2所示。
结合GB/t17951.2—2002与表1可以看出，在同等厚度、铁损的条件下，半工艺钢牌号的最小磁感值比全工艺钢高出约0.2t，常规密度比全工艺钢牌号低约0.05kg/dm3，即Si+al的含量比全工艺钢偏低一些。
国内半工艺钢生产厂都在国标基础上制定了相应的厂标准，如BZJ/481（宝钢）《半工艺冷轧无取向电工钢带》，Q/wG（LZ）19（武钢）《半工艺型冷轧无取向电工钢带》，部分标准规定的牌号性能如表3所示。
3.2国外半工艺钢牌号
aStma683m—1999标准中对0.0185in.（0.47mm）和0.025in.（0.64mm）两个厚度的半工艺钢牌号规定了Si+al的近似含量、其他元素的最大含量、最大铁损、峰值磁导率、励磁功率等。表4为美国半工艺钢部分牌号性能。
日本住友金属、JFe日本钢管和川崎制铁的0.5mm厚半
工艺产品在750℃×2h、100%n2中消除应力退火SRa中获得的低硅高效铁芯材料铁损很低，最好的已达到高牌号的无取向电工钢的性能水平，但磁感B50均在1.70t以上，较好地解决了铁损和磁感这对参量相互矛盾的问题。
4行业发展现况
4.1国外应用现况
发达国家由于基础工业能力较强，冲压设备等制造装备能力优于我国，对材料的加工性能要求较低，因此早已大面积推广半工艺钢。美国甚至从20世纪60年代就已经用半工艺钢来代替绝大多数硅含量在2%以下的全工艺钢板。日本的各个钢铁公司也早已将半工艺钢广泛应用于制造高效铁芯材料。目前，我国从国外进口的电机铁芯基本上都是半工艺钢制品。
4.2国内应用现况
我国各个钢厂在2000年以后都相应开发了自己的半工艺钢，此技术已经渐渐被业内所普遍接受，一些大的制造商比如海尔、科龙、博西华、恩布拉科等等，在2006年就已经开始小批量使用。但大多数技术相对落后的制造商还没能成功切换。
整体来看，我国基础工业还是相对薄弱，目前尚未进行半工艺钢的全面切换，只是在硬件条件较好的厂家使用。随着老设备的淘汰，新设备的投入，半工艺钢会逐步替换全工艺钢。
5结语
从各个角度看，半工艺钢都是未来的发展趋势，我们应加快这方面的研究和应用，从而挽回一些技术竞争方面的劣势。
［
参考文献］
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半导体工艺技术篇8
微波元件及其分类
在微波系统中，实现对微波信号的定向传输、衰减、隔离、滤波、相位控制、波形及极化变换、阻抗变换与调配等功能作用的，统称为微波元(器)件。简单地说，微波元件就是工作在微波频段的电磁元件。
在低频电子线路中，常用的无源元件很多，最常用到的是电阻、电容、电感、变压器等。同样，在微波电路中也广泛地使用电阻、电容、电感等无源元件。但是，由于频率的增高，低频电路中常用的这些元件已经不能运用于微波频段，而通过微波技术的研究与发展，如使用分布参数电路，利用传输线的不均匀性等办法即可实现微波频段的电感与电容。此外，构成一个具有一定功能的微波电路，还离不开诸如定向耦合器、功分器、阻抗匹配器、微波滤波器、衰减器、终端负载等几十种无源微波元件；此外，与低频电子线路一样，微波电子线路也包含有各种形式的微波有源器件，如放大器、混频器、微波开关、振荡器等。它们的各种组合能够完成对微波信号的一系列处理。
如果将微波元件按其工作原理和所用材料、工艺分类，又可分为微波电真空器件、微波半导体器件、微波集成电路和微波功率模块。微波电真空器件包括速调管、行波管、磁控管、返波管、回旋管、虚阴极振荡器等，利用电子在真空中运动及与电路相互作用产生振荡、放大、混频等各种功能。微波半导体器件包括微波晶体管和微波二极管，具有体积小、重量轻、耗电省等优点，但在高频、大功率情况下，不能完全取代电真空器件。微波集成电路是将具有微波功能的电路用半导体工艺制作在砷化镓或其他半导体材料芯片上，形成功能块，在固态相控阵雷达、电子对抗设备、导弹电子设备、微波通信系统和超高速计算机中，有着广阔的应用前景。微波功率模块是通过采用固态功率合成技术，将多个固态微波功率器件组合形成的器件，具有效率高、使用方便等优点，对雷达、通信、电子对抗等电子装备实现全固态化有重要意义。
微波半导体器件的发展历程
在实际微波系统中，各种形式的有源元件用于微波的产生、放大、倍频、变频等关键问题，微波固体电子学的发展成为这些有源元件发展的主要动力，在过去的几十年里，各种形式的微波半导体器件不断出现，推动了微波技术的发展。
20世纪50年代，出现了微波二极管，其工作频率可达100GHz，但工作效率较低。进入60年代后，微波半导体器件以硅双极微波晶体管为主，至今仍是微波低端半导体功率器件的一种选择。70年代中期，相关的研究转入电子迁移率更高的GaasmoSFet器件，并形成了微波单片集成电路的集成化进步，同时进入到毫米波低端。80年代初，分子束外延(mBe)和金属有机化合物汽相淀积(moCVD)等先进技术的发展，使得人们可以在原子尺度上发展半导体材料，超晶格和异质结由理论设想转化为实际物理结构，新型材料和新型器件层出不穷，如高电子迁移率晶体管(Hemt)、晶格Hemt(pHemt)、异质结双极晶体管(HBt)等。从90年代开始，微波半导体器件呈现出两大趋势：一是硅基的集成电路由于工艺的发展形成了射频互补金属氧化物半导体器件(RFCmoS)和射频微机械电子系统(RFmemS)的新的研究和应用，比如恩智浦半导体的BFU725F微波npn晶体管，即采用的用于分立器件的硅锗碳(SiGeC)工艺技术，具有高开关频率、高增益和超低噪声等多重特点，另外是化合物半导体由于新材料的发展，形成了宽禁带半导体和窄禁带半导体器件的研究。现阶段，八、九十年展起来的微波半导体器件仍然是现如今的主要发展方向。
前不久，佐治亚理工大学的研究者采用碳60薄膜利用常温工艺成功制造出高性能场效应晶体管，在常温工艺下即可达2.7～5cm2／V／s的电子迁移率(见图1)。相信研发人员在利用有机材料制作晶体管的同时，会尝试利用新材料的形成来增加电子移动率的途径，以便得到更有效的微波半导体器件。
微波集成电路的发展历程
微波电路开始于40年代应用的立体微波电路，它是由波导传输线、波导元件、谐振腔和微波电子管组成的。随着微波固态器件的发展以及分布型传输线的出现，60年代初，出现了平面微波电路，它是由微带元件、集总元件、微波固态器件等无源微波器件和有源微波元件利用扩散、外延、沉积、蚀刻等制造技术，制作在一块半导体基片上的微波混合集成电路，即HmiC，属于第二代微波电路。与以波导和同轴线等组成的第一代微波电路相比较，它具有体积小、重量轻等优点，避免了复杂的机械加工，而且易与波导器件、铁氧体器件连接，可以适应当时迅速发展起来的小型微波固体器件。又由于其性能好、可靠性强、使用方便等优点，因此被用于各种微波整机，并且在提高军用电子系统的性能和小型化方面起了显著的作用，至今仍是一种灵活有效的电路形式。
70年代，Gaas材料制造工艺的成熟，对微波半导体技术的发展有着极为重要的影响。Gaas材料的电子迁移率比Si高七倍，而且漂移速度也比Si高得多，这种高频高速性能是由其材料特性决定的。又由于Gaas材料的半绝缘性(其电阻率可达105Ω／cm)可以不需要采用特殊的隔离技术而将平面传输线、所有无源元件和有源元件集成在同一块芯片上，更进一步地减小了微波电路的体积。
正是由于Gaas技术的问世与Gaas材料的特性而促成了由微波集成电路向单片微波集成电路(mmiC)的过渡。与第二代的微波混合电路HmiC相比较，mmiC的体积更小、寿命更长、可靠性高、噪声低、功耗小、工作的极限频率更高等优点，因此，受到广泛的重视。尽管如此，Si和Gaas一直是个激烈讨论的题目。两个主要的技术分歧点是微波晶体管的性能和半导体用作无源元件半绝缘基片时的损耗。如上文所述，Gaas的电子迁移率和漂移速度也比Si高得多，这使得Gaas在低耗无源电路的应用方面有很好的特性，但是在热导率方面，Si却远远超出Gaas。这些因素导致许多公司在过去的几年中大量投资于Gaas技术作为微波应用。然而，Si依然
是个强有力的竞争对手。实际上，随着微波无线产品巨大市场的出现，SimmiC的发展得以强劲复苏。si和Gaas的争夺前沿是潜在商机十分可观的6GHz以下区域。较高频率应用中也已开始出现Si基微波iC，如Ku波段的DBS的卫星接收机之类。Si异质结双级晶体管技术正在为Si技术在更高频率的应用铺平道路。
目前，单片微波集成电路已经使用于各种微波系统中。在这些微波系统中的mmiC器件包括：mmiC功放、低噪声放大器(Lna)、混频器、上变频器、压控振荡器(VCo)、滤波器等直至mmiC前端和整个收发系统。单片电路的发展为微波系统在各个领域的应用提供了广阔的前景。由mmiC器件所组成的微波系统，已广泛应用于空间电子、雷达、卫星、公路交通、民航系统、电子对抗、通信系统等多种尖端科技中。表1列出了一些主流厂商最新mmiC产品，以供参考。
随着mmiC技术的进一步提高和多层集成电路工艺的进步，利用多层基片内实现几乎所有的无源器件和芯片互联网络的三维多层微波结构受到越来越多的重视。而且建立在多层互连基片上的mCm(multi-Chipmodule)技术将使微波／毫米波系统的尺寸变得更小。
此外随着人们对微电子机械系统(memS)技术的研究，利用memS技术可以使无线通信设备中的外接分立元件达到微型化，低功耗及可携带性的要求。memS采用深刻蚀技术，实现宏观机械上的三维结构，使以前的无源器件的小型化成为可能，同时将版图面积大幅度下降，另外更加容易集成，memS的器件主要是以Si作为加工材料，这就使它相对传统的利用mmiC技术制作的器件的成本大幅度下降。memS的这些特点也就决定了它向微小型化、多样性和微电子技术方向不断发展。因此，根据memS和mmiC技术特点，制成一种结合两种技术优点的器件或电路成为一种趋势。
趋势与展望
半导体工艺技术篇9
关键词：半固态,浆料制备,研究方向
1引言
所谓金属半固态加工[1,2]就是将凝固过程中的合金进行强力搅拌，使其预先凝固的树枝状初生固相破碎而获得一种由细小、球形、非枝晶初生相与液态金属共同组成的液、固混合浆料，即流变浆料，将这种流变浆料直接进行成型加工的方法称为半固态金属的流变成形(rheoforming)；而将这种流变浆料先凝固成铸锭，再根据需要将此金属铸锭分切成一定大小使其重新加热至固液相温度区间而进行的成型加工称为触变成形(thixforming)，流变成形和触变成型合称为半固态加工(semi-solidprocessingmethod)，简称SSm.
2半固态浆料制备工艺的研究
半固态加工的第一步，也是非常重要的一步就是制备合金半固态浆料，浆料质量的好坏对后续工序以及铸件质量的影响很大。最早使用的浆料制备方法是机械搅拌法，经过30年发展，陆续出现了诸如电磁搅拌、Sima、SCR、喷射沉积、液相线铸造等制备方法[3]。下面对一些应用较为广泛，目前研究较多的制备方法进行介绍和分析。
(1)机械搅拌法[4]
机械搅拌法是最早用于半固态浆料制备的方法。其原理是在合金凝固过程中，使用搅拌器对合金熔体进行强烈的机械搅拌，树枝晶由于剪切力的作用而断裂成为颗粒状结构。免费论文参考网。机械搅拌分间歇式和连续式两种，如图1.1所示：
(a)间歇式(b)连续式
图1.1两种机械搅拌装置示意图
1.搅拌器2.合金熔体3.加热线圈
搅拌时产生的剪切速率一般为100～300S－1。剪切速率受搅拌器结构，材料耐腐蚀、耐高温磨损性能的制约。浆料的质量主要由搅拌温度、搅拌速度以及冷却速度这三个参数控制。然而，由于这些工艺参数不易控制，容易发生卷气等缺陷；搅拌器和合金熔体是直接接触的，因而容易造成污染；另外搅拌器与容器间存在搅拌死角，影响浆料的质量。机械搅拌法在工业生产中应用较少。
最近几年，华中科技大学和英国Brunel大学分别采用一种新型的搅拌方法——双螺杆机械搅拌[5]制备出了初生相细小、圆整的镁合金和Sn-pb合金半固态浆料。采用双螺杆结构的搅拌器大大增大了搅拌的效率，具有强烈的搅拌效果，其剪切速率可以达到1000～15000S－1。免费论文参考网。但是该方法不适合于铝合金半固态浆料的制备，因为搅拌器会受到熔体的腐蚀。
(2)电磁搅拌法[6,7]
电磁搅拌法是应用最为广泛的一种方法。它利用旋转磁场使金属液内部产生感应电流，并在洛伦兹力的作用下发生强迫对流，从而达到搅拌的目的。产生旋转磁场的方法有两种，一种是在感应线圈中通入交变电流，另一种则采用旋转永磁体的方法。电磁搅拌所引起的对流是三维对流，剪切速率在500S－1左右，搅拌效果较好。它最大的优点是对合金熔体没有污染，卷入的气体量少，合金不易氧化。使用该方法可以实现连铸，生产效率高。但是，电磁搅拌设备昂贵，且工艺也比较复杂。
(3)应变诱发熔化激活法[8]
应变诱发熔化激活法(Sima)是对铸锭加压进行一定量的预变形，使其组织具有强烈的拉伸形变机构，然后将其加热到半固态温度保温一段时间，熔化的部分液相渗入到小角度晶界中，使固相粒子分开，树枝晶破碎，从而得到半固态组织。预变形量、保温温度以及保温时间是Sima法中的三个最重要的工艺参数。增加预变形量以及等温温度都可以促进铸锭中相由枝晶组织向半固态颗粒状组织转化，但是过度提高预变形量以及等温温度会使晶粒明显长大。
Sima法主要适合于各种高、低熔点的合金系列，尤其在制备高熔点合金的半固态铸锭方面具有独特的优越性。迄今为止，该方法已经成功的应用于不锈钢、工具钢和铜合金等。然而它也存在缺点，比如需要一道额外的变形工序，而且制备的半固态坯料尺寸较小。
(4)超声波处理法[9]
超声波处理法由V.i.Dobatkin等人提出，其原理为在液态金属中加入细化剂，并使用超声波处理，由于超声波的空化作用，使得枝晶组织变为半固态组织。
超声波在介质中传导的时候，产生周期性的应力和声压变化，在局部产生周期性高温高压效应，使液体产生空化和搅动。一般认为，超声波可以产生气蚀作用，促进形核，且可以使枝晶臂断裂，成为新的形核核心，促进半固态颗粒状初生相的生长，而抑制树枝晶的发展。超声波处理法的优点在于对熔体污染较小，但是其工艺较为复杂，设备投资大。
(5)液相线铸造法[10]
液相线铸造法是将合金熔体冷却至液相线温度附近保温一段时间后进行浇注，获得所需要的半固态组织。日本的toshio等人利用图1.2所示的装置制备半固态铝合金浆料，装置中的水冷斜板用于降低合金熔体的过热度。实验结果表明，在a356型铝合金的流变成形过程中采用低的过热度(10℃)和低于50％固相率就可以获得较为理想的半固态组织。
图1.2液相线法制备半固态合金浆料
然而，液相线铸造法要求严格控制工艺条件，否则得到的半固态浆料组织不均匀，一部分初生相容易长大成为粗大的枝晶，导致浆料组织恶化。液相线铸造法具有工艺简单，适用合金范围广，生产效率高等优点，尤其对变形铝合金半固态浆料的制备具有极其重要的意义，对流变铸造的应用及发展将起到积极地推动作用。
3前景与展望
虽然现有的半固态制浆技术在工业中有一定的应用，而且在制造业具有一定的地位和优势，但它们仍存在许多的缺陷，如工艺复杂、成本高等，制约了它们在工业中进一步的推广。我们正探索一种新的半固态浆料制备工艺---机械振动法，振动可以使处于半固态温度区间的合金熔体产生强迫对流，改变晶粒的生长方式，从而获得晶粒圆整的半固态浆料。与其它制备工艺相比，具有以下优点：
(1)机械振动属于无接触扰动方式，因而熔体受到的污染较小；
(2)对工艺条件要求不是特别严格，工序简单，易于操作。免费论文参考网。
(3)设备简单，易于设计维护，成本相对较低。
如果我们能够研究探索出振动制浆的规律，制备出晶粒细小、圆整的半固态浆料，那么我们就开辟了一条半固态浆料制备的新途径，必将为降低工业生产成本作出一定的贡献。
参考文献
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半导体工艺技术篇10
摘要：
评估了使用深反应离子刻蚀工艺来进行晶圆的切割，用于替代传统的刀片机械切割方式。结果表明，使用深反应离子刻蚀工艺，晶圆划片道内的硅通过等离子化学反应生成气态副产物被去除，从而避免了芯片侧面的机械损伤。切割后整个晶圆没有出现颗粒沾污，芯片边缘没有崩角以及开裂等损伤。该工艺还可以适用于更窄的划片道切割要求。
关键词：
深反应离子刻蚀；刀片机械切割；崩角；开裂
1引言
半导体行业一直使用刀片机械切割晶圆的方式，将芯片分离成单独的颗粒，这是目前业界的主流工艺。刀片切割过程中会产生碎屑，芯片侧壁受机械损伤会出现崩角以及开裂，影响到芯片的有效区域，造成电性能失效。硅的裂纹会出现延伸或传播，影响芯片的可靠性以及使用寿命。伴随着半导体工业的发展，晶圆划片道宽度越来越窄。通常划片道宽度在60μm以下时，刀片机械切割将出现工艺瓶颈，主要受限于刀片本身宽度。腐蚀技术分为干法腐蚀和湿法腐蚀。腐蚀具有各向同性腐蚀与各向异性腐蚀之分，还有选择性腐蚀与非选择性腐蚀之分。湿法腐蚀工艺技术是化合物半导体器件制作中一种重要的工艺技术；它是在具有高选择比掩蔽膜的保护下对介质膜或半导体材料进行腐蚀而得到所需图案的一种技术。湿法腐蚀是一种化学腐蚀方法，主要针对inp、Gaas基化合物半导体材料及Sio2的腐蚀。从图1可以看出，湿法腐蚀各向同性，其腐蚀偏差较大，腐蚀图形不可控，无法满足半导体芯片切割的要求。在湿法腐蚀中,抗蚀剂与衬底交界面有腐蚀剂渗入的问题。为了抑制腐蚀液的渗入，显影后需要烙烘进行坚膜，由此常常引起抗蚀剂图形的变形，不利于微细加工[1]。干法刻蚀是在真空状态下通入一定量的反应气体，在射频电场作用下辉光放电，形成等离子体。等离子体中含有离子、电子及游离基等，可与被刻蚀晶圆表面的原子发生化学反应，形成挥发性物质，达到刻蚀样品表层的目的。同时，高能离子在一定的工作压力下，射向样品表面，进行物理轰击和刻蚀，使得反应离子刻蚀具有很好的各向异性，从而得到所需要的器件外形结构[2]。从图2可以看出，干法刻蚀由于各向异性，腐蚀偏差小，腐蚀图形可控，精度高,公害少,工艺清洁度高，对环境污染小。因此，在半导体制造中，干法刻蚀越来越成为用来去除表面材料的主要刻蚀方法。干法刻蚀的各向异性可以实现细微图形的加工，满足越来越小的尺寸要求，已取代湿法刻蚀成为最主要的刻蚀方式[3]。目前干法刻蚀技术有离子刻蚀、等离子刻蚀、反应离子刻蚀、深度反应离子刻蚀几种类型，这几种刻蚀方法适用于不同的被刻蚀材料。其中，深反应离子刻蚀主要应用在去除硅的场合，在刻蚀Sio2时，DRie的刻蚀速度更快。其刻蚀剖面各向异性，即刻蚀只在垂直于晶圆表面的方向进行，只有很少的横向刻蚀，可以获得90°±1°垂直度的侧壁，用于创建深沟或高纵深比结构。其刻蚀的各向异性可以实现细小图形的转换，满足较小尺寸的要求。深反应离子刻蚀因其具有较高的刻蚀速率、良好的方向性和选择性而在各种各样的硅基微系统制造中得到大量的应用，不但广泛地应用在微电子领域，而且是集成光学器件及微光机电器件加工的重要手段[4，7]。
2深度反应离子刻蚀的基本原理
深度反应离子刻蚀也叫高密度等离子刻蚀或感应耦合等离子刻蚀，是一种采用化学反应和物理离子轰击去除晶圆表面材料的技术[5]。它将等离子的产生和自偏压的产生分别用两个独立的射频电源进行，有效避免了反应离子刻蚀中射频功率和等离子密度之间的矛盾。为实现刻蚀基进入高深宽比图形并使刻蚀生产物从高深宽比图形中出来，必须降低刻蚀系统的工作压力，以增加气体分子和离子的平均自由程。为避免因此导致的离子浓度变低而影响刻蚀速率，使用电感耦合等离子体产生高密度等离子[6]。图3是电感耦合等离子刻蚀设备工艺腔简图。上电极由一个13.56mHz的射频电源通过匹配器接入线圈用于电离气体产生高密度等离子体，下电极由一个400kHz/13.56mHz的射频电源通过匹配器接入静电吸盘，在腔内产生自偏压。深度反应离子刻蚀采用刻蚀和钝化交替进行的博世工艺以实现对侧壁的保护，形成近90°的垂直侧壁[7~8]。原理如下。通入C4F8气体电离，并发生聚合反应在沟槽侧壁以及底部沉积形成钝化层，由于自由基是中性，不受暗区电场的加速，没有方向性，所以沉积的polymer在沟槽底部以及侧壁都是均匀的。参见图4。通入SF6气体电离，产生SxFy离子和F的活性自由基，SxFy离子在暗区电场作用下加速轰击沟槽底部与侧壁的钝化层，于是钝化层被刻蚀。参见图5。由于暗区电场的加速作用，离子在垂直方向比在水平方向的轰击占优，沟槽底部钝化层比侧壁钝化层先一步被刻蚀清除，这时F的活性自由基与沟槽底部露出的硅反应产生SiF4气体被泵抽走(如图7)，实现对沟槽底部的刻蚀，直至侧壁钝化层也被刻蚀完毕再开始新的循环。从图6看出，由于暗区电场的作用，沟槽侧壁是最后被刻蚀完成的，故对侧壁起到了很好的保护作用，因此，纵向刻蚀距离大于横向刻蚀距离。相关化学反应的方程式如下：（1）各向同性polymer沉积C4F8CFn（2）各向异性硅刻蚀+各向异性轰击SF6+eSF5++F(游离基)+2eF+SiSiF4(g)对于晶圆的切割来说，各向异性刻蚀的刻蚀速率快，能形成高纵深比的结构和精确的三维结构，没有负效应，能通过合理改变工艺参数满足特定应用的显微结构要求，使得深度反应离子刻蚀成为一个商业上可行的技术[9]。
3试验准备
晶圆在使用深度反应离子刻蚀工艺进行划片的工艺流程见图8~13。硅刻蚀使用深反应离子刻蚀工艺将硅刻穿，完成芯片的切割。把晶圆背面贴上划片膜，释放玻璃片，从而便于后续的编带，见图13。刻蚀后的晶圆如图14所示。干法刻蚀设备为SppmUC21刻蚀机。该设备为iCp高密度等离子刻蚀机，刻蚀深度片内/片间均匀性误差≤5%，刻蚀角度90±1°。
4样品检验
4.1测量设备
测量设备为奥林巴斯光学显微镜和日立扫描电镜。
4.2检验结果
（1）等离子刻蚀后晶圆表面没有任何碎屑、沾污开裂等问题，见图15。
（2）等离子刻蚀后晶圆划片道内没有任何残留以及沾污，刻蚀前光刻开口22±1μm，刻蚀后划片道开口满足22±3μm。见图16。
（3）等离子刻蚀后取芯片做Sem，观察芯片侧壁，没有崩角或者开裂。见图17。
（4）样品良品率大于98%。
5结论
通过大量实验，确定深反应离子刻蚀能用于硅片的切割；切割效果可以满足规范要求。通过优化工艺流程、刻蚀速率和划片槽开口大小，可以获得理想的切割剖面，以确保深度反应离子切割是可以接受的。
参考文献：
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