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化學機械拋光技術范文1
關鍵詞：表面拋光；化學機械拋光；電子材料
中圖分類號：TG662 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2012）07-0056-03
一、簡介
半導體行業需要不停地發展新的和先進的加工技術來應付新興材料用于各種設備。因為與時俱進快速變化的半導體器件市場，當前挑戰并創造新電子材料變得不可缺少。快速增長的半導體處理技術增加其應用的極限。
拋光技術已成為半導體制造的一項關鍵技術因為電子材料需要拋光以去除表面的污漬、實現的單晶后的基片表面沉積過程。對于表面缺陷的電子材料，常規機械拋光技術已經進化成一個使用化學反應的混合拋光技術。隨著互連尺寸比例縮減，一種由IBM公司引進的化學機械拋光（CMP）技術快速增長，因其擁有在單晶深亞微米集成電路制造、超細加工電子材料的最強大的技術。CMP技術分別使用磨具和化學泥漿進行機械和化學移除。即使這些CMP技術被應用于半導體制造，一些去除機制仍然是模糊的，因為它是幾乎不可能觀察到晶圓片之間的接口，在拋光護墊過程。不幸的是，因為這個原因在很大程度上取決于CMP制程工程師的實驗敏捷。此外，機械化學拋光技術面臨著加工新的電子材料的挑戰。
在CMP，磨料的選擇和化學試劑決定了去質能力和表面靶材質量。因此，很重要的一點就是要了解目標材料的材料性能和選擇適合自己的磨料磨具和化學工藝。本文我們主要討論CMP反應中化學和機械之間平衡及其應付各種電子產品材料的能力。
二、電子材料
圖1顯示了電子材料的分類。對這些材料的材料性能進行了分類：容易研磨的組合（ETA），很難研磨（DTA），易反應（ETR）和難以反應（DTR）。本文這些電子材料分類如下：
1．ETA-ETR材料：導體材料，如銅、鋁、W等易被硅溶膠模殼工藝和漿解散化學品粘附，分為ETA-ETR材料。
2．DTA-ETR材料：絕緣氧化物分為DTA -ETR材料。它不容易通過硅溶膠與二氧化硅表面產生研磨，然而，它們很容易地被堿性藥物水合或氧化。
3．ETA-DTR材料：用于集成電路和微機電系統（MEMS）的絕緣聚合體是ETA-DTR材料。SU-8是一種厚的兼有化學穩定和熱穩定性的基于環氧的光刻膠（PR），它主用于微細加工。
4．DTA-DTR材料：寬帶隙的化合物，如SiC和GaN都屬于DTA-DTR材料，具有硬度高和化學惰性特點。
三、電子材料的拋光
（一）ETA-ETR材料
鋁和銅作為互連線材料，一般都比在CMP泥漿中作為磨料的硅膠更柔和，而且硅膠會在這些金屬表面留下劃痕。因此，在金屬CMP，消除目標材料是成膜、膜磨和再鈍化的重復過程的結果。
在銅CMP。使用氧化鋁磨料或硅。最近，硅溶膠研磨已經被廣泛用于創建一個無缺損的表層，由于氧化鋁磨料太難了，在銅表面產生深劃痕。銅被化學藥品和漿輕微蝕刻和表面的粗糙度如何惡化。銅的粗糙表面）與硅膠輕機械磨損得到改善。圖2所示的研磨的作用濃度的銅CMP對材料去除率漿（MRR）。壓力、旋轉速度、漿流量分別為20.7kPa，80rmp，150ml/min。無損漿低相對于一般類型含有磨料磨料的漿顯示了更少的MRR。增加硅溶膠增加MRR，通過撫平化學反應的銅表面降低表面粗糙度。
ETA-ETR材料的CMP在很大程度上取決于化工反應泥漿和目標之間的材料。然而，高化學移除和生成一個鈍化層導致目標材料表面粗糙。因此，在CMP漿中使用軟磨料輕微研磨與化學試劑的正確選擇是制備ETA-ETR材料無缺陷表面中不可缺少的。
（二）DTA-ETR材料
二氧化硅CMP的主要機制是氧化膜在CMP中產生的摩擦力造成的升溫而形成的破裂或軟化，同時還伴隨著二氧化硅的塑性變形。軟化了的氧化膜，被堿性溶液水合，隨后被磨料耕作。在二氧化硅CMP中用的最廣泛的磨料是二氧化硅和CeO2。二氧化硅去除氧化面的水合層通過縮合和耕作二氧化硅膜。庫克提出了一種“化學牙”二氧化硅表面和CeO2顆粒將做一個CeOSi連接，CeOSi（OH）除去表面，然后也將進行Si（OH）解散。因此，ceria漿比硅漿的MRR高。DTA-ETR材料，如二氧化硅，應由一種化學反應表面通過軟磨料進行機械拋光，以便得到無缺陷表面。
（三）DTA-DTR材料
6H-SiC是一個具有代表性的為高性能電子設備的基體材料，是一個典型的DTA-DTR材料。很難用硅膠對碳化硅表面拋光因為單晶SiC的Mohs硬度是9～9.5，而且比硅溶膠更硬（Mohs6.5～7），另外，高inter-atomic連接的能量使SiC穩定高溫和化學性活躍。熔巖KOH（T>450暖）最常應用于SiC為了實現優先蝕刻。
應用壓力、旋轉速度、漿流量分別為120kPa、100rpm和150mL/min。一個硅溶膠漿和混合磨料漿（MAS），混合了硅溶膠（平均直徑：120nm）和鉆石（平均直徑：30nm）用于6H-SiC的CMP。硅溶膠漿相對于MAS顯示出更低的MRR。這結果來源于higher MRR and CMP withMASshowa上級的表面質量。
為了驗證了碳化硅去除的機理、高度降低凹nano-indentation測量后留下了原子力顯微鏡（AFM）。這些散布的膠體硅漿的高度降低縮進，然而它加寬了縮進寬度通過切除了應力誘發縮進的邊緣區域。MAS的高度的降低在不增加縮進它的寬度。很可能鉆石（金剛石）產品的表面刮傷或解除SiC機械和應力誘發表面的反應起來相當容易用化學物質。在多的硅溶膠模殼扮演這樣的角色6H-SiC光滑的表面。因此，機械應力發現在硬磨料磨具和表面平滑化學污染用軟產品表面反應需要的CMP DTA -DTR材料。也就是說，增強應力的CMP正是DTA-DTR CMP的材料所需的。
（四）ETA-DTR材料
目前，微機電系統（MEMS）的CMP使用正在增加是為了減小尺寸，實現設備的高度集成結構。在濕法腐蝕的過程，SU-8過氧化氫作為一種在100～130分解有機雜質氧化劑的暖。然而，CMP制程在室溫下進行，就這樣那化學反應是約束與非常慢在CMP。
因此，需要機械磨損表面去除SU-8。資料顯示了拋光處理硅溶膠漿的MRRs樣本SU-8，過氧化氫和過氧化氫溶液，基礎硅溶膠模殼基礎氧化鋁漿泥漿和過氧化氫。拋光壓力，旋轉速度、漿流量分別為30kPa、80rpm和150mL/min。CMP中苯甲醇泥漿比常規硅溶膠泥漿顯示了更高的MRR。這SU-8拋光和的MRR基礎氧化鋁漿過氧化氫更高比拋光和硅溶膠漿過氧化氫為基礎。然而，氧化鋁漿留下了太多的劃痕在表面上SU-8的。因此優良的產品適合CMP以減少SU-8劃痕。
ETA-DTR材料的材料去除很大程度上取決于ETA-DTR材料機械磨損用作增強化學反應在DTA-DTR材料。 然而，機械研磨與優良的硬磨料是制備無缺陷表面和ETA-DTR材料高MRR所必不可少的，以克服化學惰性特征的物質。
四、電子材料拋光中化學和機械的平衡
在拋光技術中，制備電子材料無缺陷表面時應考慮化學和機械的平衡。圖3表現出種種拋光方法和適當的化學和機械電子平衡的條件材料。電子材料很大程度上被分為兩種組：ETR組和DTR組。ETA-ETR材料，容易與化學物質反應，要求有很高的化學反應和輕微機械磨損以產生良好的表面。DTA-ETR材料，如二氧化硅，應磨光機械磨損，一種化學反應層用軟磨料。DTR組由于CMP技術其化學惰性的特點是一個具有挑戰性的地區。因此， DTR的CMP主要依靠機械磨損。機械磨損和化學硬磨料對于制備ETA-DTR材料無缺陷表面是必需的。DTA-DTR材料通過一般CMP過程很難去除表面由于其化學和機械穩定性。強機械應力應采用表面研磨好DTA-DTR材料以營造一種良好的化學反應。因此，增強應力的CMP適用于表面缺陷DTA-DTR材料。
化學機械拋光技術范文2
1無掩膜電化學微/納米加工技術無掩膜電化學微/納米加工技術是基于微/納米電極針尖或針尖陣列的掃描探針顯微鏡(SPM)技術，包括電化學掃描隧道顯微鏡(EC-STM)和電化學原子力顯微鏡(EC-AFM)、超短電壓脈沖技術(US-VP)、掃描電化學顯微鏡(SECM)、掃描微電解池(SMEC)等，加工的精度由針尖電極的尺寸決定。無掩膜技術的優點在于所加工的三維結構的尺度和精度可以達到微/納米級別，缺點是材料去除率低以及加工效率低。
1．1電化學掃描探針顯微鏡(EC-SPM)電化學掃描隧道顯微鏡由Kolb課題組于1997年提出。與“蘸水筆”技術很類似，首先在STM探針上沾上帶有Cu2+的溶液，再移到金基片上通過電沉積形成銅納米團簇。此方法的加工精度非常高，團簇的直徑一般在亞納米級別，高度可以控制在幾個納米［7］。然而，由于很多金屬的還原電位低于氫析出電位，很難在水溶液中通過電沉積的方法得到納米團簇或微/納米結構。最近，廈門大學毛秉偉教授課題組在室溫離子液體環境中電沉積得到了活潑金屬鋅和鐵的納米團簇圖案［8-10］。原子力顯微鏡與電化學聯用可以達到類似的結果。雖然單點加工作業效率低，但是由于金屬的電沉積速度很快，如果采用陣列SPM探針，可以大幅度提高加工效率。EC-SPM最大的不足在于SPM的掃描行程非常有限，因此加工的尺度范圍很小。目前本課題組正在研發大行程(100mm×100mm)的EC-SPM技術。
1．2超短電壓脈沖技術Schuster發展了超短電壓脈沖技術(USVP)，將微/納米電極、電極陣列或者帶有三維微結構的模板(工具)逼近待加工的導電基底(工件)，然后在針尖與基底之間施以納秒級電壓脈沖。由于電極/溶液界面的時間常數為雙電層電容和工具與工件之間溶液的電阻的乘積(τ=RCd)，而后兩者與工具和工件之間的距離有關，所以在工件與工具之間施加納秒級的電勢脈沖時，只有距離工具最近的工件部位發生陽極溶解，從而得到尺度可控的微型結構［11］。本質上講，這種技術具有距離敏感性，加工的精度較高。我國已有研究人員正在開展這種技術的研究［12］。
1．3掃描電化學顯微鏡掃描電化學顯微鏡(SECM)是一種以超微電極或納米電極為探針的掃描探針技術，由一個三維精密定位系統來控制探針電極與被加工基底之間的距離，通過在針尖與基底之間局部區域激發電化學反應，可以獲得各種微結構圖案。該技術通過電流反饋原理定位微/納米電極針尖，與STM和AFM相比，雖然空間分辨率有所降低，但是化學反應性能得到增強，大大拓展了微/納米加工的對象，成為一種重要的微/納米加工技術。SECM在微/納米加工中的應用詳見文獻［13］。
1．4掃描微電解池掃描微電解池(SMEC)是利用毛細管尖端的微液滴與導電工件形成接觸，對電極插入到毛細管中與導電的加工基底構成微電解池，并以該微電解池作為掃描探針。由于電化學反應被限制在微液滴中，因此微液滴的尺寸決定了加工的精度［14］。近期的研究結果表明，通過該方法可以制作形狀可控的銅納米線，在微電子元器件的焊接技術中表現出顯著的優勢［15］。我們課題組采用該方法合成了各種微/納米晶體或聚合物功能材料，用于構筑電化學功能微器件［16-17］。
2掩膜電化學微/納米加工技術掩膜微/納米加工技術包括LIGA技術、EFAB技術、電化學濕印章技術(EC-WETS)和電化學納米印刷技術。這些加工技術的主要原理都是將電化學反應控制在具有預設微/納米結構的掩模內。工件通常是導電的，同時也作為電極。LIGA和EFAB技術需要通過光刻在工件上形成微結構，然后通過電沉積方法在其間得到金屬微/納米結構。電化學濕印章技術和電化學納米壓印技術使用的是凝膠或固體電解質模板，模板與工件接觸，利用電沉積或刻蝕形的方法形成所需的微/納米結構。
2．1LIGA技術LIGA(德語Lithographie，Galvanoformung，Abformung的縮寫)是一種加工高深寬比微/納米結構的方法［18-20］。先在導電基底上涂覆一層光刻膠，通過光刻曝光后形成高深寬比的微/納米結構;然后在含有微/納米結構的光刻膠模板上電沉積金屬，去除光刻膠后得到金屬微/納米結構。獲得的金屬微/納米結構還可以進一步作為加工塑料和陶瓷材料工件的模板。LIGA加工的深寬比可以達到10～50，粗糙度小于50nm。該技術使用的X射線曝光光源價格昂貴，而紫外曝光工藝又受相對較低的加工深寬比的制約。另外，如何在有較高深寬比的光刻膠微/納米結構中實現高質量的電鑄也是需要解決的問題。
2．2EFAB技術EFAB(ElectrochemicalFabrication)是由美國南加州大學AdamCohan教授提出的一種微/納米加工方法［21-23］。EFAB技術首先利用CAD將目標三維微/納米結構分解成容易通過光刻加工的多層二維微/納米結構;然后將設計好的微/納米結構層和犧牲層一層一層地沉積于二維光刻膠模板中;去掉光刻膠模板和犧牲層金屬就可以得到所需的微/納米結構。每一個電鑄層都要求高度的平坦化，以確保下一步工藝的質量?；瘜W拋光(CMP)是常用的拋光方法，但是其價格昂貴，大大增加了工藝成本。另外，逐層加工對多層結構之間的精確對準有著很高的要求，任何兩層之間的對準錯誤都將會導致整個微/納米加工流程失敗。2．3電化學濕印章技術Grzybowski提出了一種利用含有刻蝕劑和微結構的凝膠模板來實現導體或半導體材料的化學刻蝕技術［24］。我們課題組采用瓊脂糖凝膠模板作為電解質體系，提出了EC-WETS技術，通過電沉積、陽極溶解或化學刻蝕等途徑實現微/納米結構的加工［25］。目前的主要問題是如何控制反應物的側向擴散，提高反應物在膠體中的擴散速率以及加工的精度。
2．4固體電解質電化學納米印刷技術AgS2是一種具有銀離子傳輸能力的固態超離子導體電解質，Hsu等制備了AgS2微/納米結構模板。當銀工件表面接觸到超離子導體模板時，在工件上施加一定的電壓，銀工件表面與模板的連接處將會發生銀的陽極溶解，銀離子在AgS2電解質中遷移，沉積到AgS2模板另一側的對電極上［26-27］。這種方法的主要缺陷是可以用作模板的固體電解質有限，機械強度差，而且，工件表面溶出的陽離子在固體電解質中的擴散速度慢，加工效率低。
3約束刻蝕劑層技術微/納米加工技術必須滿足以下3點要求:微/納米級加工尺寸，能加工復雜的三維結構以及實現批量化生產。然而非掩膜技術不適合批量生產，掩模技術又難以生產連續曲面等復雜的三維微結構。我們課題組致力于電化學微/納米加工領域已有20多年，由田昭武院士提出的具有自主知識產權的約束刻蝕劑層技術(CELT)可以滿足對微/納米加工技術的上述3個基本要求，本節將予以詳細介紹。
3．1基本原理約束刻蝕劑層技術是通過一個隨后的均相化學反應將電化學、光化學或光電化學產生的刻蝕劑約束至微/納米級的厚度，從而實現微/納米精度的加工。約束刻蝕劑層技術主要分為以下3個步驟:①刻蝕劑的生成反應為:RO+neorR+hvO(+ne)(1)其中R為刻蝕劑前驅體，O為刻蝕劑。CELT使用的工具既是光/電化學體系的工作電極又是微/納米加工的模板，即刻蝕劑通過電化學、光化學、光電化學的方法在模板表面產生。由于刻蝕劑在溶液中的擴散，刻蝕劑的形狀和厚度很難控制，這取決于刻蝕劑的擴散性質、模板電極的大小和形狀。為了確保加工精度，就必須控制刻蝕劑的擴散僅僅發生在模板電極表面微/納米級的尺度范圍以內。②約束反應為:O+SR+YorOY(2)其中S為工作溶液中的約束劑，Y是約束劑S與刻蝕劑O反應的產物或者光/電化學反應生成的自由基衰變產物。由于約束反應的發生，使刻蝕劑的擴散被限制在模板電極表面微/納米級的尺度范圍以內，約束刻蝕劑層的厚度取決于約束反應的速率或自由基O的壽命。約束刻蝕劑層的理論厚度為［28］:μ=(D/Ks)1/2(3)其中μ為約束刻蝕劑層的厚度，D為刻蝕劑在工作溶液中的擴散系數，Ks為約束反應(式(2))的準一級反應速率常數。當Ks為109s－1時，約束刻蝕劑層的厚度將達到1nm。由于刻蝕劑層被約束在微/納米尺度范圍內，刻蝕劑層保持與加工模板一致的形狀。因此，約束刻蝕劑層技術的加工精度取決于約束刻蝕劑層的厚度。③刻蝕反應為:O+MR+P(4)式中M為被加工材料，P為刻蝕產物。當模板電極逐漸逼近工件使約束刻蝕劑層與工件表面接觸時，工件表面將與刻蝕劑發生化學刻蝕反應，直到在工件表面生成與模板電極三維微/納米結構互補的微/納米結構。
3．2微/納米加工儀器用于微/納米加工的CELT儀器主要由電化學工作站、三維微位移控制器、計算機反饋系統三部分構成［29-33］(圖1)。電化學工作站用于調控CELT化學反應體系;三維微位移控制器用于模板工具的定位和進給?？販叵到y和工作液循環系統等附屬系統在這里不做展示。計算機用于CELT整體系統的信息發送和反饋，以確保整個微/納米加工過程協同完成。
3．3化學反應體系的篩選對于CELT而言，首先是要選擇合適的化學反應體系。在實驗中，我們使用一個柱狀微電極作為工具電極來產生針對特定加工材料的刻蝕劑。比如在加工半導體砷化鎵時，溴是常用的刻蝕劑，而胱氨酸作為約束劑用以調控刻蝕劑層的厚度［34-39］。整個刻蝕體系的化學反應表示如下:16Br－8Br2+16e(5)5Br2+RSSR+6H2O2RSO3H+10Br－+10H+(6)3Br2+GaAs+3H2O6Br－+AsO3－3+Ga3++6H+(7)用于加工砷化鎵的CELT化學體系的循環伏安圖見圖2(a)［34］。刻蝕劑的生成反應(式(5))是一個可逆的氧化還原反應。由于工作液中胱氨酸(RSSR)與溴的約束反應(式(6))，胱氨酸被氧化為磺酸(RSO3H)，體系的法拉第電流顯著增加，這表明約束刻蝕劑層的厚度減小。如圖2(c)所示，納米加工的精度得到良好改善［38］。值得注意的是，約束刻蝕劑層的厚度可以通過改變約束劑的濃度來調節。這對于超光滑表面的加工十分重要，可以根據實際技術要求調整工藝。SECM可以用來探測工具表面刻蝕劑的濃度分布，并且可以用來獲取CELT化學反應體系的動力學參數，這對于優化CELT微/納米加工的技術參數十分重要［40-41］。
3．4復雜三維微結構的CELT加工CELT已被證明可以成功地用于金屬、合金、半導體、絕緣體表面復雜三維微結構的加工［42-49］。在三維微結構的加工實驗中，使用的是具有互補結構的模板電極。模板材料可以是鉑銥合金、硅、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等。在具有三維微結構的硅或PMMA模板上首先沉積一層鈦，然后再濺射一層鉑，以確保模板在加工過程中的導電性和穩定性。在金屬或合金基底上加工三維微結構的關鍵是在工具電極表面產生氫離子作為刻蝕劑，以氫氧化鈉作為約束劑。目前，各種三維微結構已經被成功復制在銅［50-51］、鎳［51-52］、鋁［53］、鈦［54］、鎳鈦合金［55］、Ti6Al4V［56］、鎂合金［57］基底上。對于半導體硅［32，58-62］或砷化鎵［34-39］，一般以溴作為刻蝕劑，以胱氨酸為約束劑。圖3所示的是采用CELT在n型砷化鎵基底上加工出的三維衍射微透鏡陣列，這是CELT加工出的首例光學微器件［39］。整個微透鏡陣列是一個八相位衍射光學器件，每個小微透鏡由8個同心圓以及7個臺階位構成。7個臺階位的總高度是1．3μm，每個臺階的平均高度為187nm。添加劑對提高刻蝕產物的溶解性至關重要，在硅微加工中，通常加入氟化鈉以避免硅沉淀。最近，由光電化學或光化學生成自由基刻蝕劑也取得了初步進展，例如二乙胺自由基刻蝕銅［63］。
3．5超光滑表面的CELT加工如果工具模板不是復雜三維結構，而是一個超光滑平面，CELT能否發展成為一種整平技術呢?由于集成電路和超精密光學器件等領域的巨大市場需求，將CELT發展成為一種超光滑表面加工技術具有十分重要的意義。最近，我們采用CELT的基本原理開展了超光滑表面加工的研究工作，該方法有可能代替現有的化學機械拋光技術(CMP)，用于超大規模集成電路中銅互連結構的整平。初步的研究結果表明CELT對銅的整平有著良好的效果(圖4)。CELT拋光的關鍵在于確保約束刻蝕劑層在大面積范圍內保持均一的濃度分布。盡管大面積超光滑工具電極的流體力學設計非常必要，但是最簡單的方法是使用一個線型工具電極對在加工平臺上做旋轉運動的工件進行作業。本課題組正在將傳統的機械加工作業方式與CELT進行對接，這無疑將在超光滑表面及其微/納米二級結構的加工領域發揮更加重要的作用［33］。
化學機械拋光技術范文3
陳小龍研究員出生于1964年，1984年在山東工業大學獲工學學士，1988年在哈爾濱工業大學獲工學碩士，1991年獲得中國科學院物理研究所的理學博士學位，曾在德國海德堡大學和拜羅伊特大學做洪堡學者。系統的專業基礎知識和良好的學術素養訓練為他日后的科研道路夯實了基礎。陳小龍老師從1993年擔任中科院物理研究所副研究員、1997年擔任研究員以來，主要開展了寬禁帶半導體晶體、新功能晶體探索和物性方面的研究工作，取得了豐碩的科研成果并實現了多項技術突破。1999年，他獲得國家杰出青年科學基金、2003年入選中國科學院“百人計劃”、2004年起至今兼任中國晶體學會副理事長和國際衍射數據中心(1CDD)中國區主席。于2007年獲得“ICDD Fellow”稱號，2009年成為“新世紀百千萬人才工程”的國家級人選，獲得國務院政府特殊津貼，并且在同年獲第五屆“發明創業獎”特等獎，由他帶領的寬禁帶半導體材料研究與應用團隊還獲得了2010年度“中國科學院先進集體”榮譽稱號。
陳小龍研究員先后主持了國家“863”、“973”和國家科技支撐計劃等23個重大科研項目。他主導并系統開展的碳化硅晶體生長的基礎和應用研究工作，解決了多項關鍵性的科學問題及系列關鍵技術，成功生長出2N4英寸的高質量晶體，由他帶領團隊攻克了晶體制備重復性和穩定性等關鍵的工程化問題，在國內率先實現了碳化硅晶體的產業化；發現非磁性元素鋁摻雜在碳化硅晶體中誘導出磁性，通過中子輻照在碳化硅晶體中引入雙空位，并從實驗和理論上證明了雙空位導致磁性，首次在實驗上給出直接證據；他還研究發現了一系列新的功能晶體材料，包括新超導體K0.8Fe2Se2和具有潛在應用價值的閃爍晶體YBa3B9O18等，精確測定了大量新化合物的晶體結構，其中120個化合物的衍射數據被ICDD收錄為標準衍射數據。新超導體Kn0.8Fe2Se28超導轉變機制不同于其它鐵基超導體，具有豐富的物理內涵，在引領國際上鐵基超導新的研究方向上發揮了作用。
多年來，陳小龍研究員研發并申請的國家發明專利共計45項，其中已經授權的有16項，在國際學術刊物上300余篇，被引用3200多次。
引領創新之路
陳小龍研究員目前主要的研究方向包括：寬禁帶半導體碳化硅、氮化鋁等晶體生長、物性及應用研究；大尺寸、高質量石墨烯制備和應用研究；多晶×射線衍射結構分析和應用等多個方面。堅持自主創新、引導技術產業化是他一直以來的心愿和努力的方向。
在當今時代，碳化硅作為重要的寬禁帶半導體材料，是制作高溫、高頻、大功率、抗輻射電子和光電器件的理想材料，在軍工、航天、固態照明和電力電子等領域具有非常重要的應用價值，對于軍事科技、民用工業的發展至關重要。國際權威市場調查報告顯示，2009年全球對碳化硅晶片的消耗量為43.5萬片，至2015年這一數字將增加到至少200萬片，其蓬勃發展將在世界范圍內產生極為深遠的影響。
但是，碳化硅晶體生長和加工技術被一些發達國家壟斷，對我國實行技術封鎖，甚至產品禁運?；谖覈鴮μ蓟杈钠惹行枨笠约疤蓟杌雽w產業的巨大市場、應用前景，陳小龍研究員于1999年帶領團隊開始開展碳化硅晶體生長的研究工作。十余年間，在國家自然科學基金委、科技部、中國科學院等國家部委和各級地方政府的大力支持和親切關懷下，陳小龍研究員帶領團隊堅持自主創新、刻苦鉆研，不斷進行技術攻關，終于取得了重大突破。
國外銷售的碳化硅晶體生長設備價格極其昂貴，而且難以調整所生長晶體的尺寸，難以滿足國內大規模產業化的需求。陳小龍研究員帶領研究人員自主研發碳化硅晶體生長設備，通過創新性的設計和持續的結構優化，研制出了具有自主知識產權的感應線圈內置式碳化硅晶體生長爐；可以兼容生長2～4英寸的碳化硅晶體；實現了坩堝的軸向運動和自傳，可以保持溫場的均勻性；采用了流動氣氛，能夠在10-10000Pa實現動態壓力的精確自動控制，線性度高。而具備了這些優勢的晶體生長設備制造成本大大低于國外同類設備。
陳小龍研究員帶領團隊充分利用自主研發的碳化硅晶體生長平臺，經過無數次的實驗、模擬和總結，終于在碳化硅晶體生長和加工技術上取得了一系列的突破，包括：重點攻克了碳化硅晶體缺陷控制、電阻率調控和化學機械拋光等關鍵技術，掌握了晶體生長和加工的核心技術，形成了一整套從原料合成、晶體生長、加工、檢測到清洗封裝的技術路線；成功研制出高質量2-4英寸6H碳化硅和4H碳化硅晶片：微管密度最低可小于1個／c、X-射線搖擺曲線半高寬小于30弧秒、位錯密度小于104／c、半絕緣晶片的電阻率大于106Q?cm、導電4H碳化硅晶片的電阻率控制在0.02 Q?cm以下，產品技術指標達到國際同類產品先進水平。在科研攻關的同時，陳小龍研究員高度重視知識產權保護，已經先后申請相關的國家發明專利24項，其中已授權6項，并且提交行業標準草案2項，同時正在申請美國和日本專利。
實現成果產業化
在中國科學院和新疆生產建設兵團的大力支持下，2006年9月，陳小龍研究員團隊開發的碳化硅晶體生長相關技術成功進行了產業化，成立了北京天科合達藍光半導體有限公司，這標志著我國在該領域實現了零的突破。在產業化的過程中，陳小龍研究員的團隊實現了產研結合，建立了擁有48臺晶體生長爐的碳化硅晶體生長和加工線，形成了年產3萬片的能力，成功地將實驗室晶體生長和加工的研究成果推廣到大規模的工業化生產，并保證了生產的穩定性和重復性。陳小龍研究員主導的研發中心在大尺寸(4英寸)碳化硅晶體生長和提高晶體質量方面取得了快速進展。目前天科合達公司生產的2-4英寸導電碳化硅晶片、半絕緣碳化硅晶片成功銷往20多個國家和地區，廣受好評。自2009年以來，公司連續被國際著名半導體咨詢機構YOLE公司列為全球碳化硅晶片主要制造商之一。
化學機械拋光技術范文4
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
