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集成電路工藝原理范文1
中圖分類號：G642.4 文獻標識碼：A 文章編號：1002-7661（2015）09-0001.01
隨著經濟和信息技術的發展，信息技術已經滲透到了國民經濟的各個領域。信息技術的基礎是微電子技術，集成電路作為微電子技術的核心，是整個信息產業和信息社會最根本的技術基礎，也是一個國家參與國際化政治、經濟競爭的戰略產業。同時我國集成電路發展水平離歐美日等發達國家有很大的差距，尤其是在自主知識產權的集成電路產品方面。要扭轉這一局面，高素質的專業技術人才是關鍵，要改變這種狀況，應從本科教育做起?！都呻娐饭に嚒肥俏㈦娮訉W專業重要的必修專業課，授課教師必須在充分熟悉半導體物理和半導體集成電路等課程的基礎上，結合教學實際中存在的問題，優化整合教學內容，豐富教學手段，探索教學改革措施，培養學生的學習興趣，提高《集成電路工藝》課程的教學質量。
一、教學內容
微電子科技是高速發展的產業推動型學科，微電子產品制造技術更是日新月異，隨著工藝技術的不斷發展，《集成電路工藝》課程的教學內容需要不斷更新。微電子專業前期開設了半導體物理、半導體器件物理、電路分析基礎、數字邏輯電路等電路課程，因而在《集成電路工藝》課程內容設置時將著重培養學生的制造工藝能力，減少器件設計和原理內容的比重，著重講解制造工藝的內容。
根據教學大綱，《集成電路工藝》課程的教學內容可分五個部分：第一部分介紹硅襯底，主要單晶硅錠的拉制及硅片的制造工藝及相關理論；第二部分氧化與摻雜，介紹熱氧化生長二氧化硅工藝，以及通過熱擴散和離子注入與退火相結合的在硅片特定區域的定量摻雜工藝；第三部分薄膜制備，介紹化學氣相淀積和物理氣相淀積兩類薄膜制備方法及工藝流程；第四部分介紹光刻工藝，現代光刻技術和刻蝕工藝；第五部分介紹工藝集成與封裝測試工藝。課程共設置48學時，選用王蔚等人主編，電子工業出版社出版《集成電路制造技術――工藝與原理》（修訂版）一書作為教學教材。在授課過程中，根據重慶郵電大學微電子專業實際情況酌情刪減及增加相關知識，重點培養學生對硅芯片制造基本單項工藝的實際動手能力，激發學生對集成電路工藝的興趣。
二、教學方法和教學手段
《集成電路工藝》這門課程本身強調實驗基礎，需要結合實驗設備，而實驗流程不夠直觀，一味采取灌輸式教學，學生勢必感到枯燥，甚至厭煩。長期以往，學習積極性必然受挫，學習效果自然大打折扣。采用有效的教學方法并結合先進的教學手段，不僅有利于培養學生獲取知識的能動性，而且有利于培養學生獨立發現問題、分析問題以及解決問題的能力，實現以教為中心到以學為中心的轉變，突出學生在學習過程中的主動性，從而取得好的教學成果?；凇都呻娐饭に嚒氛n程的特點，在教學手段上以多媒體教學為主，傳統黑板板書為輔，同時在課堂上以動畫、視頻的形式展現半導體集成基本單項工藝和器件工藝制作過程，從而達到提高課堂教學質量的目的。
三、考核方式的改革
集成電路工藝原理范文2
1CDIO工程教育理念
CDIO工程教育模式，是由美國麻省理工學院、瑞典皇家工學院等四所大學共同創立的工程教育改革模式。是近年來國際工程教育改革的最新成果，CDIO是構思(Conceive)、設計(Design)、實施(Implement)、運作(Operate)4個英文單詞的縮寫，以產品從研發到運行的生命周期為載體讓學生以主動的、實踐的、與課程之間有機聯系的方式學習掌握知識&-4。迄今已有幾十所世界著名大學加入了CDIO國際組織，這些學校采用CDIO工程教育理念和教學大綱開展教學實踐，取得了良好的效果。
2存在的問題與課程建設思想
微電子技術研究的中心問題是集成電路的設計與制造,將數以億計的晶體管集成在一個芯片上。微電子技術是信息技術的基礎和支柱，是21世紀發展最活躍和技術增長最快的高新科技，其產業已超過汽車工業，成為全球第一大產業。微電子工藝課程主要介紹微電子器件和集成電路制造的工藝流程，平面工藝中各種工藝技術的基本原理、方法和主要特點。其課程建設思想是使學生對半導體器件和半導體集成電路制造工藝及原理有一個較為完整和系統的概念，掌握當前微電子芯片制作的工藝流程、主要設備、檢測方法及其發展趨勢^7]。
但目前該課程教學中存在較多問題，教學效果不佳，主要有如下幾點：(1)教材陳舊，沒有較適合的雙語教材，難以適應跨國際的微電子制造工藝新技術的快速發展;(2)教學內容信息量大，在教學時間短、內容多的情況下，教師難以合理安排教學進度;(3)在課程設置上重理論輕實踐，技術性和實踐性的內容較少，與迅速發展的工業實際脫節;(4)教學方法單一,理論聯系實際不緊密，不利于學生課堂積極性的提高與創造性的發揮“5)實踐教學環境較差，由于微電子工藝設備十分昂貴，有待加強高校精密貴重儀器設備和優質實驗教學資源共享平臺和運行機制的建設;(6)教評形式單一，忽略了實踐教學與考核，致使大多數學生只是死記硬背書本知識的學習方式來應付考試。
3微電子工藝的課程建設
3.1教材選取及教學內容改革
本課程教材選用經歷了《芯片制造一半導體工藝制程實用教程》、《現代集成電路制造工藝原理》到目前的首選教材：國外電子與通信教材系列中，美國MichaelQiurk和JulianSerda著《半導體制造技術》韓鄭生的中文翻譯本。該書不僅詳細介紹芯片制造中的每一關鍵工藝，而且介紹了支持這些工藝的設備以及每一道工藝的質量檢測和故障排除;并吸收了當今最新技術資料，如用于亞0.25pm工藝的最新技術:化學機械拋光、淺槽隔離以及雙大馬士革等工藝;內容豐富、全面、深入淺出、直觀形象、思考習題量大，并附有大量的結構示意圖、設備圖和SEM圖片，學生很容易理解，最主要的相對前兩本教材,它更加突出實際工藝，弱化了較抽象的原理。
教學內容上采取調整部分章節，突出教學重點，并適當增減部分教學內容。本課程的目的是使學生掌握半導體芯片制造的工藝和基本原理，并具有一定的工藝設計和分析能力,課程僅32學時，而教材分20章,600頁，所以教師需要精選課堂授課內容。從襯底制備、薄膜淀積、摻雜技術到圖形加工光刻技術以及布線與組裝,所涉及的概念比較多，要突出重點：薄膜淀積(氧化、蒸發、濺射、MOCVD和外延等)，光刻與刻蝕技術、摻雜技術，需章節調整系統整合;對非關鍵工藝的5~8章(介紹半導體制造中的化學藥品、污染及缺陷等內容)只作為學生課后自學閱讀。第2章的半導體材料特性已在“固體物理”課程中詳細介紹，第3章的器件技術已在‘‘半導體物理“晶體管原理”課程中介紹，第20章裝配與封裝會在“集成電路封裝與測試”課程中介紹，故無需重復講解。將第9章集成電路制造工藝概況放在后面串通整過工藝講解，即通過聯系單項工藝流程,具體分析講解典型的CMOS芯片制造工藝流程,如由n-MOS和p-MOS兩個晶體管構成的CMOS反相器，這樣能夠加深對離子注入、化學氣相淀積、光刻關鍵技術、集成電路的隔離技術以及VLSI的接觸與互連技術等內容的理解。
另一方面，指導學生查閱相關資料，對教材內容作必要的補充，微電子工藝技術的發展迅速，因此需要隨時跟蹤微電子工藝的發展動態、技術前沿以及遇到的挑戰。特征尺寸為45nm的集成電路已批量生產，高K介質/金屬柵層疊結構、應變硅技術已采用。而現有的集成電路工藝教材很少能涉及到這些新技術，為了防止知識陳舊，應多關注集成電路工藝的最新進展，尤其是已經投入批量生產的工藝技術，及時將目前主流的工藝技術融入課程教學中。
3.2教學方法的改革
(1)開發多媒體工藝教學軟件，利用多媒體技術，將動畫、聲音、圖形、圖像、文字、視頻等進行合理的處理，利用大量二維和三維的多媒體圖片、視頻來展示和講解復雜的工藝構造過程。開發圖文聲像并茂的微電子工藝多媒體計算機輔助教學軟件，給學生以直觀、清楚的認識，有助于提高教學質量。
(2)微電子工藝綜合共享實驗平臺建設，集成電路的制造設備價格昂貴，環境條件要求苛刻，運轉與維護費用很大，國內僅部分高校擁有集成電路工藝試驗線或部分實驗分析設備。按照有償服務或互惠互利原則共享設備儀器資源，創建各院校之間和與企業之間的“微電子工藝綜合共享實驗平臺”可極大的提高集成電路工藝及其實驗課程教學效果，即解決了一些院校資金短缺問題，同時也部分補償了大型設備的日常使用和維護費用問題。其綜合共享實驗平臺包括金屬有機化合物MOCVD沉積技術、分子束外延、RF射頻磁控濺射、XPS、XRD及AFM分析測試、光刻、離子注入等涉及投資巨大的儀器設備實驗項目。
(3)拓展實踐能力的校企合作，讓學生帶著理論知識走進企業的真實工程環境，探索利用企業先進的工藝線資源進行工藝實驗教學與參觀實習6-9]。參觀實習能夠使學生對集成電路的生產場地,超凈環境要求具有深刻的感性認識，對單晶硅制造流程、芯片制造工藝過程以及芯片的測試和封裝的了解也更加系統和全面。同時利用假期安排學生去企業實習，讓學生參與企業的部分生產環節，親身感受實際工藝生產過程，增加學生對企業的了解，也利于企業選拔優秀學生。
(4)工藝視頻與工藝實驗輔助教學，由于微電子工藝內容與生產密切結合，不能單靠抽象的書本知識教學，對于學生無法了解到的一些工藝實驗與設備，可通過錄像教學來補充。本學院購置了清華大學微電子所的集成電路工藝設備錄像與多媒體教學系統，結合國外英文原版的工藝流程視頻,通過工藝視頻把實際工藝流程、設備和設備操作等形象地展示在課堂。多媒體教學系統提供了氧化、擴散和離子注入三項工藝設備操作模擬，可使學生身臨其境地對所學的基本工藝進行簡單的模擬。同時結合課堂教學開設半導體平面工藝實驗，主要包括以：氧化、光刻、擴散、蒸鋁、反刻、劃片、裝架、燒結、封裝。實驗以教師講解與學生動手相結合，既培養了學生的實際動手能力，又使學生掌握了科學分析問題的方法，激發了學生的學習興趣,加深學生對課堂理論知識的理解。
3.3多元化的考核評價體系
對學生的考核是對其具體學習成果的度量，也是檢驗教學改革成效的重要手段，為了更科學合理的考核學生，我們建立了多元化的更加注重過程參與的考試評價體系，降低了期末考試在總成績中所占比例，最大限度避免學生靠死記硬背來應付考試和學生創新思維被抑制、高分低能現象產生。這種多元化、過程性的成績評定方法，強調知識的積累與構建過程，消除了學生重理論輕實踐,考前死記硬背應付考試的弊病?？傇u成績由平時成績和期末考試成績兩部分構成。但加大平時成績的權重,平時成績即包括了作業與考勤，還包括綜合性實驗成績、設計仿真、國外工藝視頻翻譯、專題小論文和專題PPT論壇團隊成績等。同時在期末考題中增加openanswerquestion型、工藝過程設計型題目110-11。
4結語
集成電路工藝原理范文3
在此，我們重點是討論集成電路芯片加工過程中的一些關鍵手藝。
集成電路基本工藝包括基片外延生長、掩模制造、曝光技術、刻蝕、氧化、擴散、離子注入、多晶硅淀積、金屬層形成。
關鍵詞：外延、掩膜、光刻、刻蝕、氧化、擴散、離子注入、淀積、金屬層
集成電路芯片加工工藝，雖然在進行IC設計時不需要直接參與集成電路的工藝流程，了解工藝的每一個細節，但了解IC制造工藝的基本原理和過程，對IC設計是大有幫助的。
集成電路基本工藝包括基片外延生長掩模制造、曝光技術、刻蝕、氧化、擴散、離子注入、多晶硅淀積、金屬層形成。
下面我們分別對這些關鍵工藝做一些簡單的介紹。
一、外延工藝
外延工藝是60年代初發展起來的一種非常重要的技術，盡管有些器件和IC可以直接做在未外延的基片上，但是未經過外延生長的基片通常不具有制作期間和電路所需的性能。外延生長的目的是用同質材料形成具有不同摻雜種類及濃度而具有不同性能的晶體層。常用的外延技術主要包括氣相、液相金屬有機物氣相和分子束外延等。其中，氣相外延層是利用硅的氣態化合物或液態化合物的蒸汽在襯底表面進行化學反應生成單晶硅，即CUD單晶硅；液相外延則是由液相直接在襯底表面生長外延層的方法；金屬有機物氣相外延則是針對ⅢⅤ族材料，將所需要生長的ⅢⅤ族元素的源材料以氣體混合物的形式進入反應器中加熱的生長區，在那里進行熱分解與沉淀反映，而分子束外延則是在超高真空條件下，由一種或幾種原子或分子束蒸發到襯底表面形成外延層的方法。
二、掩模板的制造
掩模板可分成整版及單片版兩種，整版按統一的放大率印制，因此稱為1×掩模，在一次曝光中，對應著一個芯片陳列的所有電路的圖形都被映射到基片的光刻膠上。單片版通常八九、實際電路放大5或10倍，故稱作5×或10×掩模，其圖案僅對應著基片上芯片陳列中的單元。
早期掩模制作的方法：①首先進行初縮，把版圖分層畫在紙上，用照相機拍照，而后縮小為原來的10%~%20的精細底片；②將初縮版裝入步進重復照相機，進一步縮小，一步一幅印到鉻片上，形成一個陣列。
制作掩模常用的方法還包括：圖案發生器方法、x射線制版、電子束掃描法。
其中x射線、電子束掃描都可以用來制作分辨率較高的掩模版。
三、光刻技術
光刻是集成電路工藝中的一種重要加工技術，在光刻過程中用到的主要材料為光刻膠。光刻膠又稱為光致抗蝕劑，有正膠、負膠之分。其中，正膠曝光前不溶而曝光后可溶，負膠曝光前可溶而曝光后不可溶。
光刻的步驟：①晶圓涂光刻膠；②曝光；③顯影；④烘干
常見的光刻方法：①接觸式光刻；②接近式光刻；③投影式光刻
其中，接觸式光刻可得到比較高的分辨率，但容易損傷掩模版和光刻膠膜；接近式光刻，則大大減少了對掩模版的損傷，但分辨率降低；投影式光刻，減少掩模版的磨損也有效提高光刻的分辨率。
四、刻蝕技術
經過光刻后在光刻膠上得到的圖形并不是器件的最終組成部分，光刻只是在光刻膠上形成臨時圖形，為了得到集成電路真正需要的圖形，必須將光刻膠上的圖形轉移到硅膠上，完成這種圖形轉換的方法之一就是將未被光刻膠掩蔽的部分通過選擇性腐蝕去掉。
常用的刻蝕方法有：濕法腐蝕、干法腐蝕。
濕法腐蝕：首先要用適當的溶液浸潤刻蝕面，溶液中包含有可以分解表面薄層的反應物，其主要優點是選擇性好、重復性好、生產效率高、設備簡單、成本低。存在的問題有鉆蝕嚴重、對圖形的控制性較差、被分解的材料在反應區不能有效清除。
干法刻蝕：使用等離子體對薄膜線條進行刻蝕的一種新技術，按反應機理可分為等離子刻蝕、反應離子刻蝕、磁增強反應例子刻蝕和高密度等離子刻蝕等類型，是大規模和超大規模集成電路工藝中不可缺少的工藝設備。干法刻蝕具有良好的方向性。
五、氧化
在集成電路工藝中常用的制備氧化層的方法有：①干氧氧化；②水蒸氣氧化；③濕氧氧化。
干氧氧化：高溫下氧與硅反應生成sio2的氧化方法；
水蒸氣氧化：高溫下水蒸氣與硅發生反應的氧化方法；
濕氧氧化：氧化首先通過盛有95%c左右去離子睡的石英瓶，將水汽帶入氧化爐內，再在高溫下與硅反映的氧化方法。
影響硅表面氧化速率的三個關鍵因素：溫度、氧化劑的有效性、硅層的表面勢。
六、擴散與離子注入
擴散工藝通常包括兩個步驟：即在恒定表面濃度條件下的預淀積和在雜志總量不變的情況下的再分布。預淀積只是將一定數量的雜質引入硅晶片表面，而最終的結深和雜質分布則由再分布過程決定。
常見的擴散方法主要有固態源擴散和氣態源擴散等。
離子注入是將具有很高能量的帶點雜質離子射入半導體襯底中的摻雜技術，它的摻雜深度由注入雜質離子的能量、雜質離子的質量決定，摻雜濃度由注入雜質離子的劑量決定。高能離子射入靶后，不斷與襯底中的原子以及核外電子碰撞，能量逐步損失，最后停止下來。
離子注入法于20世紀50年代開始研究，20世紀70年代進入工業應用階段。隨著VLSI超精細加工技術的發展，現已成為各種半導體摻雜和注入隔離的主流技術。在離子注入后，由于會在襯底中形成損傷，而且大部分注入的離子又不是以替位的形式位于晶格上，為了激活注入到襯底中的雜質離子，并消除半導體襯底中的損傷，需要對離子注入后的硅片進行退火。
退火，也叫熱處理，作用是消除材料中的應力或改變材料中的組織結構，以達到改善機械強度或硬度的目的。
七、淀積
器件的制造需要各種材料的淀積，這些材料包括多晶硅、隔離互連層的絕緣材料和作為互連的金屬層。
在厚絕緣層上生長多晶硅的一個常用方法是“化學氣相淀積”（CVD），這種方法是將晶片放到一個充滿某種氣體的擴散爐中，通過氣體的化學反應生成所需要的材料。
以上簡單介紹了集成電路的基本工藝，當然，這些只是關鍵的幾個工藝，集成電路的工藝還有很多，在這里就不一一說明了。
參考文獻：
[1] 李冰，集成電路CAD與實踐，電子工業出版社
[2] 王志功、陳瑩梅，集成電路設計（第二版），電子工業出版社
[3] 張興、黃如、劉曉彥，微電子學概論（第二版），北京大學出版社
集成電路工藝原理范文4
關鍵詞：特色專業建設；復旦大學；微電子學；創新人才培養
復旦大學“微電子學與固體電子學”學科有半個多世紀的深厚積累。20世紀50年代，謝希德教授領導組建了全國第一個半導體學科，培養了我國首批微電子行業的中堅力量。60年代研制成功我國第一個鍺集成電路。1984年，經國務院批準設立微電子與固體電子學學科博士點，1988年、2001年、2006年被評為國家重點學科。所在一級學科于1998年獲首批一級博士學位授予權，設有獨立設置的博士后流動站和長江特聘教授崗位，建有“專用集成電路與系統”國家重點實驗室，1998年和2003年被列入“211”工程建設學科，2000年被定為“復旦三年行動計劃”重中之重學科得到學校重點支持，2005年獲“985工程”二期支持，建設“微納電子科技創新平臺”。
長期以來復旦大學微電子學教學形成了“基礎與專業結合，研究與應用并重，創新人才培養國際化”特色。近年來，在教育部第二批高等學校特色專業建設中，我們根據國家和工業界對集成電路人才的要求，貫徹“國際接軌、應用牽引、注重質量”的教學理念，制定了復旦大學“微電子教學工作三年計劃大綱”并加以實施，在高端創新人才培養方面對專業教學的特色開展了深層的挖掘和拓展。
一、課程體系的完善和課程建設
微電子技術的高速發展要求微電子專業課程體系在相對固定的框架下不斷加以更新和完善。
我們設計了“復旦大學微電子學專業本科課程設置調查表”，根據對于目前工作在企業、大學和研究機構的專業人士的調查結果，制定了新的微電子學本科培養方案。主要修改包括：
（1）加強物理基礎、電路理論和通信系統課程。微電子學科，特別是系統芯片集成技術，是融合物理、數學、電路理論和信息系統的綜合性應用學科。因此，在原有課程基礎上，增加了有關近代物理、信號與通信系統、數字信號處理等課程，使微電子學生的知識覆蓋面更寬。
（2）面向研究、應用和學科交叉的需要，增加專業選修課程。如增加了電子材料薄膜測試表征方法、射頻微電子學、鐵電材料與器件、Perl語言、計算微電子學、實驗設計及數據分析等課程，為本科生將來進一步從事研究和應用開發打下基礎。
（3）強調能力和素質訓練，高度重視實驗教學。開設了集成電路工藝實驗、集成電路器件測試實驗、集成電路可測性設計分析實驗及專用集成電路設計實驗等從專業基礎到專業的多門實驗課。
在課程體系調整完善的同時，還對于微電子專業基礎課和專業必修課開展了新一輪的課程建設。包括：
（1）精品課程的建設。幾年來，半導體物理、集成電路工藝原理、數字集成電路設計經過建設已經獲得復旦大學校級精品課程。其中半導體物理和集成電路工藝原理課程獲得學校的重點資助，正在建設上海市精品課程。另有半導體器件原理和模擬集成電路設計正在復旦大學校級精品課程建設之中，有望明年獲得稱號。
（2）增加全英語教學和雙語教學課程。為了滿足微電子技術的高速發展和學生盡快吸收、學習最新知識的需求，貫徹落實教育部“為適應經濟全球化和科技革命的挑戰，本科教育要創造條件使用英語等外語進行公共課和專業課教學”的要求，在本科生專業課的教學中新增全英語教學課程3門，雙語教學課程4門。該類專業課程的開設也為微電子專業的國際交流學生提供了選課機會。
（3）教材建設。為了配合課程體系的完善和補充更新專業知識，除了選用一些國際頂級高校的教材之外，還依據我們的課程體系組織編寫了一系列專業教材和論著。有已經出版的《深亞微米FPGA結構與CAD設計》、《Modern Thermodynamics》、《現代熱力學－基于擴展卡諾定理》，列入出版計劃的《半導體器件原理》、《超大規模集成電路工藝技術》和《計算機軟件技術基礎》。另外根據課程體系的要求對實驗用書也進行了更新。
為了傳承復旦微電子學的豐富教學經驗和保證教學質量，建立了完備的教學輔導制度，如課前試講、課中聽課及聘請經驗豐富的退休老教師與青年教師結對子輔導等。每學期聽課總量和被聽課教師分別均超過所授課程和任課教師人數的50%以上。對所有聽課結果進行了數據分析，并反饋給任課教師，為教師改進教學提供了有益的幫助。在保證教學內容的情況下，鼓勵教師嘗試新的教學手段，實現所有必修課程的電子化，建立主要必修課程的網頁，完全公開提供所有課件信息，部分課件獲得超過15000次的下載量。青年教師還獨創了“移動課堂”的授課新方法，該方法能夠完整復制課堂教學，既能高清晰展示教學課件的內容，又能把教師課上講解的聲音、動作及臨時板書全部包含在內，能夠使用大眾化的多媒體終端進行播放，隨時隨地完美重現課堂講解全過程。
通過國際合作的研究生項目及教師出國交流，復旦大學微電子學專業教師的教學水平得到進一步提升。在研究生的聯合培養項目（如復旦-TU Delft碩士生項目、復旦-KTH碩士生/博士生項目等）中海外高校教師來到復旦全程教授所有課程，復旦配備青年教師跟班聽課和擔任課程輔導。這使得青年教師的授課理念、授課方式及授課水平都有大幅提高。同時，由于聯合培養項目及其他合作項目，復旦的青年教師也被邀請參與海外高校的教學，擔任對方課程的主講，青年教師利用交流的機會，引進海外高校的一些課程用于補充復旦微電子的培養方案。這些都為集成電路專業特色的挖掘和拓展起到重要的作用。
經過幾年的努力，微電子專業的教學水平普遍得到提升，在教學評估中得到各個方面的好評。
二、培養方法的改進和創新
培養適應時代要求的微電子專業創新人才也需要在培養方法上加以改進和創新。
針對微電子工程的特點，在堅持扎實的理論的基礎上，強調理論聯系實際，開展實踐能力訓練。在學校的支持下，教學實驗室環境得到及時更新，幾個方面的實驗教學在國內形成特色。
（1）本科的集成電路工藝實驗可以在學校自己的工藝線上完成芯片的清洗、氧化、擴散、光刻、蒸發、腐蝕等基本工藝制作步驟，為學生完整掌握集成電路制造的基本能力提供了很好的實際訓練。
（2）在集成電路測試方面，結合自動化測試機臺（安捷倫SoC93000ATE），開設了可測性設計課程，附帶實驗。
（3）集成電路設計課程都附帶課程項目實踐，培養了學生實際設計能力和素質，取得很好效果。
通過課程教學訓練學生創新思維和分析問題的能力。嘗試開設了部分本科生和研究生同時共同選修的研討型課程。在課程學習的過程中，本科生不僅可以得到研究生的指導，在課堂上就某些課程內容進行探究，還可以在開展課程設計時在小組內和研究生同學共同開展小型項目研究，對于提高本科生進一步學習微電子專業的興趣和培養他們發現問題解決問題的能力有很大的幫助。
參加科研無疑是培養學生創新能力的一個最為有效的途徑。配合復旦大學的要求，微電子學專業在本科階段，持續設置多種科研計劃，給予本科生進實驗室開展科研以支持。
（1）大一的“啟航”學術體驗計劃。計劃鼓勵大一學生在感興趣的領域進行探究式學習和實踐，為學生打造一個培養創新意識，鍛煉學術能力的資源平臺。“啟航”學術體驗計劃的所有學術實踐項目均來自各個微電子專業的導師，學生通過對感興趣的項目進行申報與自薦的形式申請加入各學術實踐小組。引導學生領略學科前沿，體驗研究樂趣。
（2）二、三年級曦源項目。項目建立在學生自主學習和創新思想的基礎上，鼓勵志同道合的同學組成研究團隊，獨立提出研究方向，尋找合適的指導教師。加入自己感興趣的研究方向的團隊。在開放課題列表中尋找合適的課題方向，并向該課題指導教師進行申請。還有更多的學生在大三甚至更早就進入各個研究小組，參與教授領導的各類國家級、省部級項目及來自企業、海外等的合作項目的研究。在完成的計劃和項目成果之外，學生們還在收集文獻資料、獲取信息的能力，發現問題、獨立思考的能力，運用理論知識解決實際問題的能力，設計和推導論證、分析與綜合的能力，科學實驗、發明創造的能力，寫作和表說的能力等方面，都有不同的收獲。
通過學生參加國際交流活動及外籍教師講授課程給學生提供國際化的培養，提供層次更高、路徑多元的培養方案，培養了學生的國際化眼光，開拓了學生的培養渠道。
幾年來，微電子學專業學生的出國交流人數逐年增長，從2008年起，共有20位本科生赴國外多個高校交流學習。交流的項目包括雙學位、長學期和暑期項目等，交流時間從3個月到2年不等，交流學校包括美國（耶魯、UCLA等）、歐洲（伯明翰、赫爾辛基等）、日本（早稻田、慶應等）及我國港臺高校。大多數同學在交流期間的學習成績達到交流學校的優秀等級，同時積極參加交流學校教授小組的科研工作，得到了很好的評價。個別同學由于表現優異在交流結束回國后被對方教授邀請再次前去完成畢業論文；也有同學交流期間）參加國際級大師的科研小組工作，獲益匪淺，直研后表現出強于一般研究生的科研能力?？梢钥吹?，國際交流不僅為同學們提供了專業知識和研究能力的不同培養模式，也為他們提供了更加廣闊的視野和體驗多種文化的機會，為他們今后的發展和進步打下了很好的基礎。自特色專業建設以來，每學期均新開設“前沿講座”課程，課程內容不固定，授課人為聘請的海外教師，有的來自海外高校，有的來自海外企業，課程均為全英語課程或雙語教學課程。這類課程直接引進了海外高校的課程和教學方式，不僅學生受益，同時也培養了復旦微電子專業的青年教師。企業還提供與課程內容直接相關的軟件，在改善教學環境的同時，還為學生參加科研提供了培訓。
經過2年多特色專業項目的建設，復旦微電子學專業在鞏固已有教學特色基礎上，在高端創新人才培養方面進行了深層的挖掘和拓展，取得了一系列的成果。
集成電路工藝原理范文5
關鍵詞：摩爾定律；晶體管；電子信息產業
中圖分類號：TN-9 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）23-0170-02
一、引言
摩爾定律是由英特爾（Intel）創始人之一戈登?摩爾（Gordon Moore）在搜集1959年至1965年集成電路上晶體管數量的數據的基礎上，于1965年4月提出的[1]。即當價格不變時，集成電路上可容納的晶體管數目，約每隔18個月便會增加一倍，性能也將提升一倍。戈登?摩爾提出摩爾定律后的幾年內，世界多數半導體公司按照這個定律制定了產品更新策略。1969年，摩爾和朋友建立英特爾公司并制定電子信息產業標準。此后，英特爾公司生產的大量產品都驗證了摩爾定律的準確性。直到目前，全球仍有多數知名半導體制造公司一直遵循摩爾定律進行產品生產，如英特爾、高通、AMD、ST等[2]。
摩爾定律核心是不斷增加的晶體管的數目，以及更強大的性能和更高的集成度，這也會帶來一系列問題，如設計者需要使用各種方法來解決高溫問題[3]。但這卻能促進制作工藝的提升和集成電路中晶體管數目的增加。一方面，更強大的性能來源于更多晶體管數目；另一方面，制作工藝的更新也促進性能的提升。很多制造集成電路的工藝被英特爾公司使用，比如180nm，90nm，65nm，45nm，32nm等，來也將有14nm和10nm[4]。其他半導體制造公司也有各自的制作工藝，如臺積電公司等。
基于以上問題和相關介紹，從1965年起，幾乎所有的半導體廠商都遵循了摩爾定律。每一次進步都使得集成電路上能容納更多的晶體管，并且帶來更低廉的價格。然而，在摩爾定律提出的40年以來，也出現了一些問題，一度讓人們懷疑摩爾定律是否會被終結[5-6]。但是摩爾定律一直發展到了今天，在未來幾年內也會一直有效。
二、摩爾定律與晶體管數目
1.晶體管數目增加的影響。摩爾定律的經典結論是，當價格不變時，集成電路上可容納的晶體管數目，約每隔18個月增加一倍，性能也提升一倍。不斷增加的晶體管數量意味著更強大的性能，包括更多的功能和更快的運行速度。集成電路功能可以不斷提升。例如，原來的8051單片機沒有集成片上模數轉換，而現在的單片機如集成Cortex-M3內核的STM32內部集成了模數轉換模塊。這些模塊的增加給工程設計帶來很多便利，在印刷電路板上不再需要額外的集成電路，并且可以提高傳感器的精確度，在AMD的Tahiti XT中集成了4，312，711，873個三極管[7]。最近幾年，提出了一個新的概念――片上系統（Soc）。片上系統的集成電路可以擁有更強大的系統功能、更低廉的價格以及更低的耗電量和更小的供電電壓。同時，更多的晶體管意味著更快的運行速度。目前最大的個人CPU I7-3970X擁有22.7億個晶體管[8]，而上一代最大的個人CPU I7-990X擁有10.17億個晶體管[9]。目前最大個人電腦的核心部件如表1所示。
2.晶體管數目對溫度的影響。工程設計人員希望通過增加單位面積里晶體管的數量來提高性能，并希望通過更先進的制造工藝來控制溫度。所以新型集成電路的溫度并不會比之前集成電路的低。如今，設計者也可以使用其他途徑來解決溫度問題。多數電腦使用風扇或者水冷，甚至液氮來冷卻。為了更有效率地對集成電路進行冷卻，冷卻技術需要不斷地進行改進和提高?，F今集成電路冷卻業是一個大產業并且不斷發展，世界上有很多專注于此的公司。
三、摩爾定律與價格
當價格不變時，集成電路上可容納的晶體管數目，約每隔18個月增加一倍，性能也將提升一倍。因為集成電路的價格主要來源于制作工藝提升的費用，更先進的制作設備需要更先進的生產技術和工廠來支持，而集成電路原料的價格可以忽略。英特爾公司在設計集成電路之外，也建立了先進的工廠來保證制造工藝。建造工廠需要花費大量的物理與財力，所以需要通過增加產品的數量并增加工廠的工作年限來減少生產集成電路的平均費用。臺積電是一個非常著名的集成電路制造代工公司，它使用了另一種方法來減少生產集成電路的平均費用。NVDIA，AMD，Qualcomm以及一些其他的集成電路設計公司都是臺積電的客戶。通過幫助大量的集成電路設計公司生產集成電路，臺積電可以生產出大量的產品來提供建設廠房所需要的花費。第一臺計算機是為了計算炮彈彈道而生產的，所以擁有足夠的軍費支持。而工業中費用的問題不能忽視，所以集成電路變得越來越廉價，嵌入式系統也被運用在工業控制中。因為嵌入式系統低廉的價格，除了工業控制之外，其他很多領域也在使用單集成電路微處理器。例如智能家居、智能手機、無人飛機等等。在各個領域中廣泛運用的電子設備是使我們的生活能變得更智能更現代的原因之一。在摩爾提出摩爾定律的1965年，這些智能化生活都是不可想象的。
四、摩爾定律未來發展趨勢
1965年提出的摩爾定律對世界來說是一個重大事件。而現在，我們將怎樣評價它48年來對世界的影響？不管怎樣，摩爾定律巨大的影響是不可否認的。在摩爾的眼里，摩爾定律所揭示的速度是不可能永遠持續下去的[3]。一些文章認為摩爾定律將會因為漏電流和高溫被終結[5]。一些其他的觀點則認為導致摩爾定律終結的原因是制造商不能收回研發和建造工廠的巨大成本[6]。一個半導體工業協會出版的名為“未來技術發展藍圖”的文件指出，10nm級的工藝是關鍵，因為以往的機械制作工藝將不能達到其制造的所需要求[6]。關于摩爾定律的繼續發展和未來影響，我們有以下看法。
第一，首先是制造工藝上的一些問題。依照目前的發展趨勢，有兩個方面的問題越來越明顯，就是關于漏電流和高溫。這些問題需要通過制造工藝的進步來解決。摩爾曾經指出漏電流將會限制摩爾定律發展，當晶體管的尺寸不斷減小，漏電流的影響將使得功耗增大。如果設計者不斷減小晶體管的尺寸，電流將變得越來越大并燒毀晶體管。
得益于3D晶體管技術，這個由于漏電流產生的問題暫時得到了解決，集成電路還可以工作在更低的驅動電壓下。關于溫度，由于更先進的制造工藝，在保持同樣晶體管數量和性能下，新型號的集成電路的溫度總會低于舊型號的集成電路。在奔騰4時代，英特爾不能很好地解決高溫的問題。但得益于多核技術，英特爾推出了名為酷睿的產品來解決這個問題。現在，很多移動平臺集成電路供應商都使用多核技術來解決高溫的問題。同時，為了控制功耗在100W以下，一個叫ARM的著名集成電路公司推出了一個名為big.little的新異構計算解決方案，這個架構將功耗高、性能強的處理器，與功耗低、性能弱的處理器封裝在一起。并希望借此能提高處理器的效率，產生能達到高性能但功耗低的處理器。
各種新出現的技術問題將導致發展放緩。首先在于集成電路的制造方面，比如當集成電路達到10nm數量級時，光學加工手段將會取代機械加工手段。英特爾使用疝燈產生的遠紫外線來雕刻集成電路，IBM使用X光，這將可能解決工藝尺寸的問題，比如制造14nm尺寸的芯片。如果新的制造手段將被發現，將繼續提高集成電路性能。再看看其他方面的限制，比如耗電問題。目前芯片性能的進步很快，但同時也會增加耗電量。這些都可能是集成電路發展的一個不可逾越的瓶頸，導致摩爾定律不再適用，電子信息產業不再迅速發展。
而對于工藝的更新速度，可以參考英特爾的策略，根據英特爾提出的“Tick-Tock”戰略，在接下來的一年，將會有7nm和5nm制作工藝的集成電路推出。當“Tick”年來到，集成電路的制程將會更新；而“Tock”年到來時，集成電路的微處理器架構將會更新[9]。
第二，財務因素是每個公司發展的決定性因素。一些專家認為公司無法負擔起建設新廠房所需要的大量資金。新的集成電路所帶來的利潤不足以讓公司支付這些費用并盈利，集成電路的更新速度將會放緩。目前，英特爾正在以色列建設10nm生產工藝的工廠。在電子信息產業發展早期，硬件能力的增長跟不上軟件需求發展的速度（軟件設計總是需要更高性能的硬件），所以對硬件的性能提升有很大的需求，每次硬件的增長都被快速地應用在軟件上。而現在軟件的復雜性增長已經趨于平緩，而不是繼續高速復雜化。比如新一代的Windows 8操作系統對硬件的要求甚至低于老一代操作系統Windows 7[8]。一直致力于提高芯片性能的英特爾也推出了功耗更低和超低電壓CPU，由英特爾極力推廣的超極本逐漸成為了未來筆記本的發展方向。另一方面因為大多數用戶并不需要如此強勁的性能，而更加看重用戶體驗，加上購買高性能處理器的花費太高，導致技術進步的速度受到限制。比如只有少部分中國人使用昂貴的I7處理器。如果不能有效地控制成本，并且沒有大量的市場需求，集成電路性能提高的速度將大大放緩。
第三，全新的制造材料將改變集成電路的發展方向。在晶體管發明以前，沒有人能預料到今天電子信息產業的繁榮。也許我們能使用新的材料或者技術來改變現狀。我們可以考慮使用其他的半導體元素代替硅元素制作晶體管，比如元素周期表上第三和第五族的元素。利用它們不同的屬性，提高芯片的性能。但這可能僅僅是權宜之計，因為它們可能也會遇到與硅元素相同的問題。石墨烯也是一個很有希望的晶體管材料。但是它也有很多問題，比如沒有足夠的帶隙，人們對它的了解也不足夠充分。這些材料和技術目前都處于探索之中，未來也許也會有新技術出現，并帶來革命性的改變。如果將來的某個發明，改變了集成電路性能提升的方式，或者產生了新的計算機技術，取代了現有的集成電路工作原理，那么摩爾定律可能將不再適用。
五、結論
由本文的研究分析可以得出，目前集成電路的發展還會遵循摩爾定律，并伴隨電子信息產業的飛速發展。而若干年以后，集成電路和電子信息產業的發展速度將會放緩。此外，集成電路性能提升的方式也可能會發生改變。
目前，電子信息產業發展飛速，如同大多數工業產業一樣，由剛剛興起時的發展困難到隨后的一個高速發展時期，然后又逐漸趨向平穩。在電子信息產業中，這種現象可能出現在五年后，也可能在十年或者二十年以后。但這一天一定會到來，沒有人可以打破這個基本的自然規律。在未來幾年內，摩爾定律還將適用，電子信息產業仍將快速蓬勃發展。在未來的某天，摩爾定律將失去它的價值，電子信息產業也將會以其他的形式和方向繼續發展。
參考文獻：
[1]Nam Sung Kim，Leakage current：Moore’s Law Meets Static Power[J].the IEEE Computer Society. December 2003：68-75.
[2]陶然.守望摩爾定律[J].電子產品世界，2010，（6）：2-4.
[3]沈建苗.摩爾定律是否有未來[J].微電腦世界.2011，（9）：12-15.
[4]Desktop 3rd Generation Intel Core Processor Family，Desktop Intel Pentium Processor Family，and Desktop Intel Celeron Processor Family[EB].http：///content/dam/www/public/us/en/documents/datasheets/3rd-gen-core-desktop-vol-2-datasheet.pdf，January 2013.
[5]齊書陽.摩爾定律會終結嗎[J].電腦愛好者，2013，（8）.
[6]趙佶.摩爾定律何時會失效[J].半導體信息，2012，（5）：4-8.
[7]Mike Mantor. White Paper|AMD GRAPHICS CORES NEXT （GCN） ARCHITECTURE[EB].http：///cn/Documents/GCN_Architecture_whitepaper.pdf，August，28，2012.
[8]Intel Core i7-900 Desktop Processor Extreme Edition Series and Intel Core i7-900 Desktop Processor Series on 32-nm Process[EB]. http：///content/dam/www/public/us/en/documents/datasheets/core-i7-900-ee-and-desktop-processor-series-datasheet-vol-1.pdf，February，2010.
集成電路工藝原理范文6
【關鍵詞】半導體工藝；光刻；刻蝕；離子注入；淀積；Semiconductor process
1.生產晶圓(Wafer Ingot)
半導體材料是單晶組成。而它是由大塊的具有多晶結構和未摻雜的本征材料生長得來的。把多晶塊轉變成一個大單晶，并給予正確的晶向和適量的N型或P型摻雜，叫做晶體生長。有兩種不同的生長方法，直拉法 和區熔法。
晶體的生長原理非常簡單和熟悉。假設在最終要蒸發的飽和溶液中加入一些糖晶體。糖晶體的作用是作為額外的糖分子沉積的種子。最后這個晶體能生長的非常大。晶體的生長即使在缺乏種子的情況下也會發生，但產物中會有混亂的小的晶體。通過抑制不需要的晶核區，種子的使用能生長更大，更完美的晶體。
理論上，硅晶體的生長方式和糖晶體的一致。實際上，不存在適合硅的溶劑，而且晶體必須在超過1400℃的熔融狀態下生長。最終的晶體至少有一米長，十厘米的直徑，如果他們要用在半導體工業上的話還必須有接近完美的晶體結構。這些要求使得工藝很有挑戰性。通常生產半導體級別的硅晶體的方法是Czochralski工藝。這個工藝使用裝滿了半導體級別的多晶體硅的硅坩鍋。電爐加熱硅坩鍋直到所有的硅融化。然后溫度慢慢降低，一小塊種子晶體被放到坩鍋里。受控制的冷卻使硅原子一層一層的沉積到種子晶體上。裝有種子的棒緩慢的上升，所以只有生長中的晶體的低層部分和熔融的硅有接觸。通過這個方法，能從融化的硅中一厘米一厘米的拉出一個大的硅晶體。
2.光刻（Photo）
光刻是一種圖形復印和化學腐蝕相結合的精密表面加工技術。光刻的目的就是在二氧化硅或金屬薄膜上面刻蝕出與掩膜版完全對應的幾何圖形從而實現選擇性擴散和金屬薄膜布線的目的。
光刻是集成電路制造過程中最復雜和最關鍵的工藝之一。光刻是加工集成電路微圖形結構的關鍵工藝技術，通常，光刻次數越多，就意味著工藝越復雜。另—方面，光刻所能加工的線條越細，意味著工藝線水平越高。光刻工藝是完成在整個硅片上進行開窗的工作。光刻技術類似于照片的印相技術，所不同的是，相紙上有感光材料，而硅片上的感光材料--光刻膠是通過旋涂技術在工藝中后加工的。光刻掩模相當于照相底片，一定的波長的光線通過這個“底片”，在光刻膠上形成與掩模版（光罩）圖形相反的感光區，然后進行顯影、定影、堅膜等步驟，在光刻膠膜上有的區域被溶解掉，有的區域保留下來，形成了版圖圖形,為后序的摻雜、薄膜等工藝做好準備。
光刻三要素：光刻膠、掩膜版和光刻機光刻膠又叫光致抗蝕劑，它是由光敏化合物、基體樹脂和有機溶劑等混合而成的膠狀液體光刻膠受到特定波長光線的作用后，導致其化學結構發生變化，使光刻膠在某種特定溶液中的溶解特性改變。
根據光刻膠在曝光前后溶解特性的變化可將分為正膠和負膠。正膠：曝光前不可溶，曝光后可溶，特點是分辨率高，在超大規模集成電路工藝中，一般只采用正膠。負膠：曝光前可溶曝光后不可溶，分辨率差，適于加工線寬≥3m的線條。
光刻八個步驟一般可分為：成底膜->涂膠->前烘->對準和曝光->曝光后烘焙->顯影->后烘->檢查->刻蝕->去膠。
3.刻蝕（Etch）
用光刻方法制成的微圖形只給出了電路的行貌并不是真正的器件結構因此需將光刻膠上的微圖形轉移到膠下面的各層材料上去這個工藝叫做刻蝕。刻蝕的目的和功能是把經過曝光, 顯影后的光刻膠微圖形中下層材料的部分去掉, 即在下層材料上重現與光刻膠相同的圖形。
刻蝕方法分為濕法刻蝕和干法刻蝕。濕法刻蝕是利用液態化學試劑或溶液通過化學反應進行刻蝕的方法。干法刻蝕是用等離子體進行薄膜刻蝕的技術。它是硅片表面物理和化學兩種過程平衡的結果。在半導體刻蝕工藝中，存在著兩個極端：離子銑(通過高能惰性氣體離子的物理轟擊作用刻蝕)是一種純物理刻蝕，可以做到各向異性刻蝕，但不能進行選擇性刻蝕；而濕法刻蝕如前面所述則恰恰相反(液體腐蝕的各向同性，在向下腐蝕的同時也向側腐蝕 )。人們對這兩種極端過程進行折中，得到目前廣泛應用的一些干法刻蝕技術。目前，RIE已成為VLSI工藝中應用最廣泛的主流刻蝕技術。干法刻蝕優點是橫向腐蝕小, 鉆蝕小, 無化學廢液, 分辨率高, 細線條操作，安全、簡便，處理過程未引入污染，易于實現自動化。缺點:成本高, 設備復雜。
4.離子注入
離子注入是將具有很高能量的雜質離子射入半導體襯底中的摻雜技術，電離的雜質原子經靜電場加速。離子注入是另一種摻雜技術，離子注入摻雜也分為兩個步驟：離子注入和退火再分布。離子注入是通過高能離子束轟擊硅片表面，在摻雜窗口處，雜質離子被注入硅本體，在其他部位，雜質離子被硅表面的保護層屏蔽，完成選擇摻雜的過程。進入硅中的雜質離子在一定的位置形成一定的分布。
離子注入參數包括劑量和射程，劑量定義是單位面積硅片表面注入的離子數，正比于離子束電流。射程定義是離子注入過程中，離子穿入硅片的總距離，投影射程：離子穿入硅片的總距離在深度方向上的投影；平均投影射程：所有入射離子投影射程的平均值。注入機的能量越高，射程越大。離子注入機分為中低電流，大電流和高能離子注入機，離子注入機是由離子源，引出電極和質量分析器，加速管，掃描系統組成。
由于高能粒子的撞擊，導致硅結構的晶格發生損傷。為恢復晶格損傷，在離子注入后要進行退火處理。退火：也叫熱處理，集成電路工藝中所有的在氮氣等不活潑氣氛中進行的熱處理過程都可以稱為退火。根據注入的雜質數量不同，退火溫度一般在450～950℃之間。 退火的作用第一是激活雜質，使不在晶格位置上的離子運動到晶格位置，以便具有電活性，產生自由載流子，起到激活雜質的作用；第二消除損傷。
5.淀積
淀積鋁也稱為金屬化工藝，它是在真空設備中進行的。在硅片的表面形成一層鋁膜。薄膜是在襯底上生長的薄固體物質。薄膜類型：導電薄膜；絕緣薄膜；多晶硅薄膜。薄膜的淀積方法分為物理氣相淀積（PVD），化學氣相淀積（CVD）。
物理氣相淀積(PVD)：
蒸發：通過把被蒸鍍物質(如鋁)加熱，利用被蒸鍍物質在高溫下(接近物質的熔點)的飽和蒸氣壓，來進行薄膜沉積。將待蒸發的材料放置進坩堝、在真空系統中加熱使之蒸發的過程。能量提供方法：電阻絲加熱和電子束加熱。
濺射：利用等離子體中的離子，對被濺鍍物質電極進行轟擊，使氣相等離子體內具有被濺鍍物質的粒子，這些粒子沉積到硅表面形成薄膜。在集成電路中應用的許多金屬或合金材料都可通過蒸鍍或濺鍍的方法制造。濺射與蒸發相比的優點是 改善了臺階覆蓋；控制合金成分；膜均勻性好；能夠淀積高溫熔化和難熔金屬。
化學汽相淀積(Chemical Vapor Deposition)：通過氣態物質的化學反應在襯底上淀積一層薄膜材料的過程。CVD技術特點：具有淀積溫度低、薄膜成分和厚度易于控制、均勻性和重復性好、臺階覆蓋優良、適用范圍廣、設備簡單等一系列優點。CVD方法幾乎可以淀積集成電路工藝中所需要的各種薄膜，例如摻雜或不摻雜的SiO2、多晶硅、非晶硅、氮化硅、金屬(鎢、鉬)等。
以上介紹的是半導體工藝中比較重要的4個部分，當然半導體制造工藝除此之外還有很多工藝，例如：化學機械拋光（Chemical Mechanical Polish），氣相外延（VPE），金屬互聯，等離子清洗（Plasma），晶圓粘貼（Die Bond），打線（Wire Bond），封裝和測試等，再次就不一一詳述。
【參考文獻】
