集成电路制造与工艺篇1
关键词：微电子实验室；集成电路设计；微电子工艺；实验教学；
作者简介：李建军(1980—)，男，四川江油，博士，副教授，主要从事超大规模集成电路教学与科研工作
当前，全球微电子技术及产业飞速发展，22nm节点技术已量产，以微电子集成电路为核心的电子信息产业已成为全球第一大产业，而我国的微电子技术及产业同国外比还有较大的差距，集成电路设计和微电子工艺方面的人才比较匮乏。当前和今后一段时期是我国微电子产业发展的重要战略机遇期和攻坚期，2014年6月我国了《国家集成电路产业发展推进纲要》以加快推进我国集成电路产业发展，并明确指出“重点支持集成电路制造领域”[1]。因此，为适应该领域技术和产业的人才需求，亟须加强对微电子和集成电路相关专业本科生的工艺实验与工程实践能力的训练，培养其创新和实践能力。
高校实验室是培养创新和实践能力重要基地，也是开展教学、科研、生产实践三结合的重要场所[2-3]，特别是对于实践性强的微电子学科，实验室在教学中发挥着举足轻重的作用。因此，建设专业的实验室并开展实践与创新相结合的实验教学，才能更多、更有效地培养满足社会急需的微电子技术人才[4]。
1微电子实验室建设指导思想
微电子实验室建设及人才的培养是以国家对微电子技术人才的需求为目的，以满足社会经济快速发展的需要。近10多年来是我国微电子和集成电路产业飞速发展时期，2000年和2011年国家先后出台了《鼓励软件产业和集成电路产业发展的若干政策》、《进一步鼓励软件产业和集成电路产业发展的若干政策》，到2014年了《国家集成电路产业发展推进纲要》。在政策导向下，高校微电子专业实验的建设成就也十分显著。但是，我国的微电子技术及产业同国外比还有较大的差距，这其中缩小差距重要的一点是缩小微电子实验室技术的差距。因此，对于高校微电子专业实验室的建设发展还需进一步的改革创新[5-7]。
微电子实验室建设应以《国家中长期教育改革和发展规划纲要》为导则，明确国家教育改革战略目标和战略主题是优化知识结构，丰富社会实践，强化能力培养，要着力提高学生的学习能力、实践能力、创新能力[8]。
在实验室建设的措施实施上，一是贯彻实施《高等学校本科教学质量与教学改革工程》，进一步推动高校实验室建设和实验教学改革，促进优质教学资源共享，提升高等学校办学水平，加强学生动手能力、实践能力和创新能力的培养，全面提高教育质量；二是贯彻实施《卓越工程师教育培养计划》，面向微电子产业，按通用标准和行业标准强化培养学生的工程和创新能力[9-10]。
2微电子实验室建设
为适应国际半导体产业和我国电子信息产业的快速发展以及社会对微电子专业人才的大量需求，从2002年起我校就对微电子实验室进行了改造，并持续进行了升级换代建设，截止到目前共计投入了800余万元的建设经费。我校的微电子实验室建设主要包括2方面的内容，一是微电子设计实验室建设，二是微电子工艺实验室建设。目前，微电子实验室可满足每年500人的实验教学规模以及高水平实验项目的开设。学生在此完成集成电路芯片设计、制造的整个过程，并对制造的芯片进行测试和分析。
2.1微电子设计实验室建设
微电子设计实验室主要开展超大规模集成电路设计以及微电子器件仿真和工艺模拟的实验教学。教学目的是使学生掌握超大规模集成电路设计的基本原理和方法，初步掌握用于集成电路设计的电子设计自动化eDa(electronicdesignautomation)软件工具的使用，以及掌握用于半导体工艺流程模拟和微电子器件仿真的工艺计算机辅助设计tCaD(technologycomputeraideddesign)软件工具的使用。我校共计投资300余万元用于微电子设计教学实验室建设，建立了配备40台SUnBlade工作站、面积100m2的专用教室，并专门建立了eDa、tCaD软件校内共享第二层交换网络，多个实验室可以同时使用授权eDa、tCaD软件。
微电子设计教学内容的建设包括以下内容：
一是开设VHDL(高速硬件描述语言)程序实验，要求学生编写逻辑电路的VHDL代码，对程序代码进行仿真综合。目的使学生掌握运用VHDL语言进行逻辑电路设计的技能。
二是开设FpGa(现场可编程门阵列)实验，要求学生将综合后的网表文件下载到FpGa器件中，对设计的电路进行硬件验证。目的是使学生掌握电子设计的FpGa物理实现方法，以及应用示波器等调试仪器对电路进行诊断排错的技巧。
三是开设aSiCapR(专用集成电路自动布局布线)版图设计实验，要求学生将通过硬件验证过的电路设计，借助半定制的aSiC设计eDa工具，结合代工厂提供的标准单元库，进行自动布局布线，得到所设计电路的物理版图。目的是使学生掌握电子设计的aiSC实现方法。
四是开设工艺模拟和器件仿真实验，要求学生通过tCaD软件的学习熟悉集成电路制造工艺流程，并指定产生的器件结构，在满足制造设备的能力和精度下(即给定工艺参数范围内)，让学生设计实验并加以仿真实现。
2.2微电子工艺实验室建设
微电子技术的发展是以集成电路制造技术工艺节点为标志，遵循摩尔定律，变化日新月异。虽然理想的工程教育要求教学最新最前沿的技术，但是不断升级换代，昂贵的实验设备费用是任何高校都负担不起的。况且，每一代集成电路制造技术的工艺流程都具有类似性，因此，单纯追求工艺先进性的实验教学是没有必要的。所以，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。
我校先后投入500余万元建设微电子工艺教学实验室，建立了面积300m2的净化室，具有主流CmoS(互补金属氧化物半导体)工艺和具有代表性的双极工艺完整流程，最小工艺线宽为1μm。并且，由于工艺设备条件的限制，因地制宜地开发了铝栅CmoS工艺。这2类工艺实验课程的学时数都为40学时，学生根据专业方向选择具体工艺类型。
微电子工艺实验课程的目的是培养学生具有一定的工艺设计和分析能力，并通过实践掌握集成电路制造工艺流程。
首先，通过tCaD软件的学习熟悉集成电路制造工艺流程，按指定器件结构设计实验并加以仿真实现。并且，tCaD软件是基于物理的器件仿真，不仅能够得到最终的电学特性，还可以了解器件工作时内部物理机制，能够直观分析器件内部能带、电场、电流以及载流子等的分布和变化，有助于学生分析工艺参数的变化对器件物理特性影响，从而最终导致电学参数的改变，从而有利于学生深入理解工艺原理与器件机理的联系。
然后，根据设计的器件尺寸参数，采用L-edit图形编辑器进行器件版图设计，并且选用已设计的器件单元来设计简单的集成电路，如倒向器、或非门、与非门等电路。最后是进行工艺实验实践环节，采用设计的版图制作掩膜版。微电子工艺实验课程的工程化能力要求也主要体现在这一环节，一方面是工程化的理念，另一方面就是相应的实践能力。在这一过程既要培养实际操作能力，更要培养分析问题、解决问题的能力，分析工艺过程中的原因以及造成芯片测试参数与设计参数差别的原因。
2.3实验教学资源建设
2.3.1实验教材编写
微电子设计实验开设的难点之一是实验步骤繁多，学生操作起来较为困难。其原因是国内外缺乏针对本科学生的实验指导书，而eDa工具厂商提供的操作指南过于繁琐，本科学生难以掌握。为配合上述实验的开展，课程组组织相关有实际aSiC设计经验的教师编写了《VLSi自动布局布线(apR)设计实验指导书》实验教材，从操作原理、操作步骤、数据管理、报告撰写等方面对学生进行指导，力求做到学生通过阅读实验教材就能按图索骥，自行完成实验流程。因此在教材的编写上，不厌其详，采用了大量的eDa工具实际操作的截面图，力争反映出每一个操作细节。
对于微电子工艺实验，由于实验内容根据学校实验工艺线实际条件开设，实验内容一是要具有代表性，二是要根据实际情况建立工艺流程。因此，也没有现成的教材或实验指导书可供选择。课程组组织具有丰富工艺实践经验的教师，根据实验室设备条件编写了对应的、适用的《微电子器件设计与制造综合性实验指导书》实验教材。
2.3.2多媒体资料制作
教学信息载体的多样化，包括文字、图片、音频、视频、网络等载体，这是现代教学发展的必然趋势。实验教学多媒体资料可以充分调动教学要素，激发学生的学习兴趣，融教与学为一体[11-12]。
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。课程组结合实际的实验实践教学过程，制作了全程相关单项工艺原理、流程及设备操作视频演示多媒体资料。多媒体资料将动画、声音、图形、图像、文字、视频等进行合理的处理，做到图文声像并茂。由于微电子实验课程是与实际联系很紧密的课程，形象化教学素材十分丰富，能激发学生的学习兴趣，对提高教学效果、教学质量非常有益。同时制作器件、集成电路电路的设计、仿真视频演示多媒体资料，让学生能快速熟悉设计软件并理解设计方法。在熟悉微电子器件基本理论和集成电路制造工艺的基础上，掌握器件和集成电路的设计方法，最后通过实验操作制作芯片并测试。
3微电子实验室建设成效
充分发挥了以学生为主的教学形式，完成从设计到实验制作再到测试验证整个过程。每个学生都设计了各自结构的器件，因此在器件制作过程中，每个学生就会切实关注每步工艺对器件性能的影响，在实际工艺过程中的操作锻炼了动手能力，在实践过程中了解哪些工艺因素可能对器件造成影响。微电子实验教学将理论与实践结合、创新与实践结合，培养了学生分析问题、解决问题的能力。
微电子实验采用理论联系实际的方式在国内首次实现了“微电子工艺原理”课程的完整实验教学，并因此而获得2004年四川省教学成果二等奖。此外，我校“电子科学与技术”在2012年全国学科评估中排名全国第一，其中微电子实验教学是本学科本科教学的重要组成部分。
我校微电子实验室除了满足每年本校500人的实验教学外，还向其他高校或二级学院开设微电子实验课程，如西南交通大学和电子科技大学成都学院，起到了教学资源共享，以及辐射带动作用。
集成电路制造与工艺篇2
关键词：摩尔定律；晶体管；电子信息产业
中图分类号：tn-9文献标志码：a文章编号：1674-9324（2014）23-0170-02
一、引言
摩尔定律是由英特尔（intel）创始人之一戈登・摩尔（Gordonmoore）在搜集1959年至1965年集成电路上晶体管数量的数据的基础上，于1965年4月提出的[1]。即当价格不变时，集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。戈登・摩尔提出摩尔定律后的几年内，世界多数半导体公司按照这个定律制定了产品更新策略。1969年，摩尔和朋友建立英特尔公司并制定电子信息产业标准。此后，英特尔公司生产的大量产品都验证了摩尔定律的准确性。直到目前，全球仍有多数知名半导体制造公司一直遵循摩尔定律进行产品生产，如英特尔、高通、amD、St等[2]。
摩尔定律核心是不断增加的晶体管的数目，以及更强大的性能和更高的集成度，这也会带来一系列问题，如设计者需要使用各种方法来解决高温问题[3]。但这却能促进制作工艺的提升和集成电路中晶体管数目的增加。一方面，更强大的性能来源于更多晶体管数目；另一方面，制作工艺的更新也促进性能的提升。很多制造集成电路的工艺被英特尔公司使用，比如180nm，90nm，65nm，45nm，32nm等，来也将有14nm和10nm[4]。其他半导体制造公司也有各自的制作工艺，如台积电公司等。
基于以上问题和相关介绍，从1965年起，几乎所有的半导体厂商都遵循了摩尔定律。每一次进步都使得集成电路上能容纳更多的晶体管，并且带来更低廉的价格。然而，在摩尔定律提出的40年以来，也出现了一些问题，一度让人们怀疑摩尔定律是否会被终结[5-6]。但是摩尔定律一直发展到了今天，在未来几年内也会一直有效。
二、摩尔定律与晶体管数目
1.晶体管数目增加的影响。摩尔定律的经典结论是，当价格不变时，集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔18个月增加一倍，性能也提升一倍。不断增加的晶体管数量意味着更强大的性能，包括更多的功能和更快的运行速度。集成电路功能可以不断提升。例如，原来的8051单片机没有集成片上模数转换，而现在的单片机如集成Cortex-m3内核的Stm32内部集成了模数转换模块。这些模块的增加给工程设计带来很多便利，在印刷电路板上不再需要额外的集成电路，并且可以提高传感器的精确度，在amD的tahitiXt中集成了4，312，711，873个三极管[7]。最近几年，提出了一个新的概念――片上系统（Soc）。片上系统的集成电路可以拥有更强大的系统功能、更低廉的价格以及更低的耗电量和更小的供电电压。同时，更多的晶体管意味着更快的运行速度。目前最大的个人CpUi7-3970X拥有22.7亿个晶体管[8]，而上一代最大的个人CpUi7-990X拥有10.17亿个晶体管[9]。目前最大个人电脑的核心部件如表1所示。
2.晶体管数目对温度的影响。工程设计人员希望通过增加单位面积里晶体管的数量来提高性能，并希望通过更先进的制造工艺来控制温度。所以新型集成电路的温度并不会比之前集成电路的低。如今，设计者也可以使用其他途径来解决温度问题。多数电脑使用风扇或者水冷，甚至液氮来冷却。为了更有效率地对集成电路进行冷却，冷却技术需要不断地进行改进和提高。现今集成电路冷却业是一个大产业并且不断发展，世界上有很多专注于此的公司。
三、摩尔定律与价格
当价格不变时，集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔18个月增加一倍，性能也将提升一倍。因为集成电路的价格主要来源于制作工艺提升的费用，更先进的制作设备需要更先进的生产技术和工厂来支持，而集成电路原料的价格可以忽略。英特尔公司在设计集成电路之外，也建立了先进的工厂来保证制造工艺。建造工厂需要花费大量的物理与财力，所以需要通过增加产品的数量并增加工厂的工作年限来减少生产集成电路的平均费用。台积电是一个非常著名的集成电路制造代工公司，它使用了另一种方法来减少生产集成电路的平均费用。nVDia，amD，Qualcomm以及一些其他的集成电路设计公司都是台积电的客户。通过帮助大量的集成电路设计公司生产集成电路，台积电可以生产出大量的产品来提供建设厂房所需要的花费。第一台计算机是为了计算炮弹弹道而生产的，所以拥有足够的军费支持。而工业中费用的问题不能忽视，所以集成电路变得越来越廉价，嵌入式系统也被运用在工业控制中。因为嵌入式系统低廉的价格，除了工业控制之外，其他很多领域也在使用单集成电路微处理器。例如智能家居、智能手机、无人飞机等等。在各个领域中广泛运用的电子设备是使我们的生活能变得更智能更现代的原因之一。在摩尔提出摩尔定律的1965年，这些智能化生活都是不可想象的。
四、摩尔定律未来发展趋势
1965年提出的摩尔定律对世界来说是一个重大事件。而现在，我们将怎样评价它48年来对世界的影响？不管怎样，摩尔定律巨大的影响是不可否认的。在摩尔的眼里，摩尔定律所揭示的速度是不可能永远持续下去的[3]。一些文章认为摩尔定律将会因为漏电流和高温被终结[5]。一些其他的观点则认为导致摩尔定律终结的原因是制造商不能收回研发和建造工厂的巨大成本[6]。一个半导体工业协会出版的名为“未来技术发展蓝图”的文件指出，10nm级的工艺是关键，因为以往的机械制作工艺将不能达到其制造的所需要求[6]。关于摩尔定律的继续发展和未来影响，我们有以下看法。
第一，首先是制造工艺上的一些问题。依照目前的发展趋势，有两个方面的问题越来越明显，就是关于漏电流和高温。这些问题需要通过制造工艺的进步来解决。摩尔曾经指出漏电流将会限制摩尔定律发展，当晶体管的尺寸不断减小，漏电流的影响将使得功耗增大。如果设计者不断减小晶体管的尺寸，电流将变得越来越大并烧毁晶体管。
得益于3D晶体管技术，这个由于漏电流产生的问题暂时得到了解决，集成电路还可以工作在更低的驱动电压下。关于温度，由于更先进的制造工艺，在保持同样晶体管数量和性能下，新型号的集成电路的温度总会低于旧型号的集成电路。在奔腾4时代，英特尔不能很好地解决高温的问题。但得益于多核技术，英特尔推出了名为酷睿的产品来解决这个问题。现在，很多移动平台集成电路供应商都使用多核技术来解决高温的问题。同时，为了控制功耗在100w以下，一个叫aRm的著名集成电路公司推出了一个名为big.little的新异构计算解决方案，这个架构将功耗高、性能强的处理器，与功耗低、性能弱的处理器封装在一起。并希望借此能提高处理器的效率，产生能达到高性能但功耗低的处理器。
各种新出现的技术问题将导致发展放缓。首先在于集成电路的制造方面，比如当集成电路达到10nm数量级时，光学加工手段将会取代机械加工手段。英特尔使用疝灯产生的远紫外线来雕刻集成电路，iBm使用X光，这将可能解决工艺尺寸的问题，比如制造14nm尺寸的芯片。如果新的制造手段将被发现，将继续提高集成电路性能。再看看其他方面的限制，比如耗电问题。目前芯片性能的进步很快，但同时也会增加耗电量。这些都可能是集成电路发展的一个不可逾越的瓶颈，导致摩尔定律不再适用，电子信息产业不再迅速发展。
而对于工艺的更新速度，可以参考英特尔的策略，根据英特尔提出的“tick-tock”战略，在接下来的一年，将会有7nm和5nm制作工艺的集成电路推出。当“tick”年来到，集成电路的制程将会更新；而“tock”年到来时，集成电路的微处理器架构将会更新[9]。
第二，财务因素是每个公司发展的决定性因素。一些专家认为公司无法负担起建设新厂房所需要的大量资金。新的集成电路所带来的利润不足以让公司支付这些费用并盈利，集成电路的更新速度将会放缓。目前，英特尔正在以色列建设10nm生产工艺的工厂。在电子信息产业发展早期，硬件能力的增长跟不上软件需求发展的速度（软件设计总是需要更高性能的硬件），所以对硬件的性能提升有很大的需求，每次硬件的增长都被快速地应用在软件上。而现在软件的复杂性增长已经趋于平缓，而不是继续高速复杂化。比如新一代的windows8操作系统对硬件的要求甚至低于老一代操作系统windows7[8]。一直致力于提高芯片性能的英特尔也推出了功耗更低和超低电压CpU，由英特尔极力推广的超极本逐渐成为了未来笔记本的发展方向。另一方面因为大多数用户并不需要如此强劲的性能，而更加看重用户体验，加上购买高性能处理器的花费太高，导致技术进步的速度受到限制。比如只有少部分中国人使用昂贵的i7处理器。如果不能有效地控制成本，并且没有大量的市场需求，集成电路性能提高的速度将大大放缓。
第三，全新的制造材料将改变集成电路的发展方向。在晶体管发明以前，没有人能预料到今天电子信息产业的繁荣。也许我们能使用新的材料或者技术来改变现状。我们可以考虑使用其他的半导体元素代替硅元素制作晶体管，比如元素周期表上第三和第五族的元素。利用它们不同的属性，提高芯片的性能。但这可能仅仅是权宜之计，因为它们可能也会遇到与硅元素相同的问题。石墨烯也是一个很有希望的晶体管材料。但是它也有很多问题，比如没有足够的带隙，人们对它的了解也不足够充分。这些材料和技术目前都处于探索之中，未来也许也会有新技术出现，并带来革命性的改变。如果将来的某个发明，改变了集成电路性能提升的方式，或者产生了新的计算机技术，取代了现有的集成电路工作原理，那么摩尔定律可能将不再适用。
五、结论
由本文的研究分析可以得出，目前集成电路的发展还会遵循摩尔定律，并伴随电子信息产业的飞速发展。而若干年以后，集成电路和电子信息产业的发展速度将会放缓。此外，集成电路性能提升的方式也可能会发生改变。
目前，电子信息产业发展飞速，如同大多数工业产业一样，由刚刚兴起时的发展困难到随后的一个高速发展时期，然后又逐渐趋向平稳。在电子信息产业中，这种现象可能出现在五年后，也可能在十年或者二十年以后。但这一天一定会到来，没有人可以打破这个基本的自然规律。在未来几年内，摩尔定律还将适用，电子信息产业仍将快速蓬勃发展。在未来的某天，摩尔定律将失去它的价值，电子信息产业也将会以其他的形式和方向继续发展。
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集成电路制造与工艺篇3
关键词应用型人才集成电路工艺基础实验教学
中图分类号：G424文献标识码：aDoi：10.16400/ki.kjdkz.2016.01.047
theResearchofexperimentalteachingon"integratedCircuit
processFoundation"inindependentCollege
wenYi，HUYunfeng
（UniversityofelectronicScienceandtechnologyofChina，Zhongshaninstitute，Zhongshan，Guangdong528402）
abstractCombiningelectronicscienceandtechnologyappliedtalentstrainingmodelinindependencecolleges，theexperimentalteachingwasdiscussedonthe"integratedcircuitprocessfoundation"course.thecoursewascomposedofsimulationmultimediateachingsystem，basicsemiconductorplanarprocessexperiment，processsimulationsoftwareandschool-enterprisecooperation.withtheauthor'steachingpractice，theenthusiasmofstudentswastryingtoeffectivelymobilized，andthedevelopmentofstudents'learningabilityandpracticalabilitytotrainqualifiedelectronicinformationappliedtalentswaspromoted.
Keywordsappliedtalents;integratedcircuitprocessfoundation;experimentalteaching
0引言
微电子技术和产业在国民经济中具有举足轻重的地位。高校的电子科学与技术专业以培养微电子学领域的高层次工程技术人才为目标，学生毕业后能从事电子器件、集成电路和集成系统的设计和制造，以及相关的新技术、新产品、新工艺的研制与开发等方面工作。
“集成电路工艺基础”是电子科学与技术专业的一门核心课程，讲授半导体器件和集成电路制造的单项工艺基本原理和整体工艺流程。本课程是电子科学与技术专业课程体系中的重要环节，也是学生知识结构的必要组成部分。通过本课程的学习，学生应该具备一定工艺分析、设计以及解决工艺问题的能力。
集成电路工艺实验作为“集成电路工艺基础”课程的课内实验，是电子科学与技术专业的专业课教学的重要组成部分，具有实践性很强、实践和理论结合紧密的特点。加强工艺实验教学对于培养高质量的集成电路专业人才十分必要。但是集成电路的制造设备价格昂贵，环境条件要求苛刻，限制了工艺实验教学在高校的开展。国内仅少数重点大学能够承受巨大的运营费用，拥有简化的集成电路工艺线或工艺试验线供科研、教学使用。而大多数学校只能依靠到研究所或Foundry厂进行参观式的实习来解决工艺实验问题，这对于学生实践能力的培养是远远不够的。
我院电子科学与技术专业成立于2003年，现每届招收本科生约120人，多年内为珠三角地区培养了大量专业人才。随着集成电路技术日新月异的发展，对从业人员的要求也不断升级，所以工艺实验教学也必须与时俱进。作为独立学院，如何结合自身实际地进行工艺实验室建设、采用多种方法手段开展工艺实验的教学，提高集成电路工艺课程的教学质量，是我们所面临的紧迫问题。本文以“集成电路工艺基础”实验教学实践为研究对象，针对独立学院学生理论基础较为薄弱，动手热情比较高的特点，就该课程教学内容和教学方式进行了探讨。
1“集成电路工艺基础”的实验教学
“集成电路工艺基础”具有涉及知识面广，教学内容信息量大，综合性强，理论与实践结合紧密的特点，课程教学难度相对较大。同时独立学院相应配套的实验教学设备较为缺乏。为了提高学生对该课程的兴趣，取得更好的实验教学效果，让学生能将理论应用于实践，具有较强的集成电路生产实践和设计开发能力，笔者从如下几方面对实验教学进行了尝试。
1.1工艺模拟多媒体教学系统
运用传统的教学方法，很难让学生理解抽象的器件结构和工艺流程并产生兴趣。我院购置了清华大学微电子所的集成电路工艺多媒体教学系统，帮助学生对集成电路工艺流程有一个全面生动的认识。该系统提供扩散、氧化和离子注入三项工艺设备的操作模拟，充分利用多媒体技术，将声光电等多种素材进行合理的处理，做到图文声像并茂，力争使抽象的知识形象化，获得直观、丰富、生动的教学效果。该系统涉及大量的集成电路制造实际场景与特殊细节，能较全面地展示Foundry厂的集成电路生产环境和工艺流程。内容丰富、身临其境的工艺模拟能大大提高学生的学习兴趣，帮助学生理解理论知识。
此外，在工艺课程的课堂教学过程中，尝试利用学生自学讨论作为辅助的形式。针对某些章节，老师课前提出问题，安排学生分组准备，自习上网收集最新的与集成电路工艺实验相关的资料，整理中、英文文献，制作内容生动的ppt在课堂上演示并展开讨论，最后归纳总结。这样既培养了学生利用网络进行自学和小组合作作学习的习惯，提高网上查找、整理资料的能力，也为老师的多媒体课件制作提供了素材，丰富了老师的教学内容。
1.2基础的半导体平面工艺实验
学院一直非常重视电子科学与技术专业的建设问题，在实验室配置方面的资金投入力度比较大。在学院领导的大力支持下，近年来实验室购置了一批集成电路工艺实验设备和仪器，如光刻机、涂胶机、氧化反应室、磁控溅射设备、半导体特性测试系统和扫描电子显微镜等，为集成电路工艺实验教学的开展打下了良好的物质基础。
在集成电路专业教学中，工艺实验是非常重要的环节;让学生进行实际操作，对于培养应用型人才也是非常必要的。通过调研考察兄弟院校的工艺实验开展情况，结合我院的实际情况和条件，确定了我院电子科学与技术专业的基础半导体平面工艺实验项目，如氧化（硅片热氧化实验）、扩散（硅片掺杂实验）、光刻（硅片上选择刻蚀窗口的实验）、淀积（pVD、CVD薄膜制备的实验）等。
这些设备和仪器，除了用于工艺课程实验教学外，平时还开放给本科生毕业设计、学生创新项目及研究生科研等。通过实际动手操作，使学生能将所学理论知识运用到实际中，既培养了学生的实际操作能力，又引导学生在实践中掌握分析问题、解决问题的科学方法，加深了对集成电路工艺技术和原理的理解。
1.3工艺仿真软件
现代集成电路的发展离不开计算机技术的支持，所以要重视计算机仿真在课程中的作用。tCaD（technologyComputeraidedDesign）产品是研究、设计与开发半导体器件和工艺所必需的先进工具。它可以准确地模拟研究所和Foundry厂里的集成电路工艺流程，对由该工艺流程制作出的半导体器件的性能进行仿真，也能设计与仿真太阳能电池、纳米器件等新型器件。
利用美国SiLVaCo公司的tCaD产品，笔者为工艺课程开设了课内仿真实验，实验项目包括薄膜电阻、二极管、nmoS等基本器件的设计和工艺流程仿真。通过atHena和atLaS软件教学，指导学生仿真设计基本的半导体器件，模拟工艺流程，从而巩固所学理论知识，使学生将工艺和以前学过的半导体器件的内容融合起来。学生在计算机上通过软件进行仿真实验，既可以深入研究仿真的工艺流程细节，又可以弥补由于设备条件的制约带来的某些实验项目暂时无法开出的不足。
1.4校企合作
培养应用型人才还必须结合校企合作。珠三角地区是微电子产业的聚集地，企业众多，行业发展前景好。加强校企联系，可以做到合作共赢，共同发展。通过组织学生到半导体生产测试企业参观实习，如深圳方正微电子、珠海南科、中山木林森LeD等，让学生亲身体验半导体企业的生产过程，感受集成电路工厂的生产环境，了解本行业国内外发展的概况，从而弥补课堂教学的不足，激发学生学习热情，引导学生毕业后从事相关工作。目前，学院与这些半导体生产测试企业建立了良好的合作关系，每届毕业生都有进入上述企业工作的。他们在工作岗位上表现良好，获得用人单位的好评，既为企业输送了合格人才，也为往后学生的职业规划树立了榜样，拓展了学生的就业渠道。
2结束语
经过笔者几年来的实践，在“集成电路工艺基础”课程的实验教学中，对教学内容和教学方式进行了改进，形式多样，互为补充，内容全面、新颖，注重学生实践技能的培养，对提高学生整体素质起到了积极作用，实现了教学质量的提高。当然，“集成电路工艺基础”课程的实验教学还有很大的改进空间，我们还需要在实践中不断地改革与探索，将其逐步趋于完善，使其在培养独立学院应用型人才的过程中发挥巨大的作用。
参考文献
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[3]梁齐，杨明武，刘声雷.微电子工艺实验教学模式探索[J].实验室科学，2008.1.
集成电路制造与工艺篇4
所有的奥秘都在UCLp上。UCLp由有机SotG(海量传输门)薄膜和带有过孔(过孔是贯穿所在介质的金属化通孔,用来连接介质两面的电路引线)阵列的纸复合而成。SotG是以聚酰亚胺薄膜为基底制造的有机晶体管逻辑阵列,阵列中的每个逻辑单元可以完成缓冲器、反相器和多路开关等3种逻辑电路,两个逻辑单元则可组合成异或、D触发器电路,从而具备了集成电路所需的所有逻辑电路单元。逻辑单元的尺寸为6mm×6mm,在其4个角上各有一个焊盘,对应其上的是上层纸上相应的直径200μm、具有导电能力的过孔。接下来要做的事情就是,按照事先设计的逻辑电路,用喷墨打印机在需要连接的过孔之间用银浆墨汁打印一条宽200μm、厚10μm的导电引线。至此,大功告成。
总体而言,在自制集成电路过程中,制造过程简单的就像平日在一张纸上打印,但设计过程则需要自制者拥有数字电路方面的专门知识,而真正的有机晶体管的集成早在自制者进行集成电路设计之前,已经被放置在UCLp纸中。
当然,这种自制的集成电路与商品化的集成电路是不可同日而语的,也不能同aSiC(专用集成电路)相提并论。这种集成电路主要是用在教学上,这时,它集成度很低的缺点反而成其显著的优势――学生们可以直观地看到集成电路内部各逻辑单元的工作状态。这项研究之所以在iSSCC受到人们关注,还在于它的创新思维。
3D集成:摩尔定律的延年术
说到摩尔定律,人们通常会将其与集成电路的制程技术紧紧地联系在一起。实际上,制程技术只是手段,提高集成度才是目的所在,因为“晶体管的集成度每18个月提高1倍”的摩尔定律只与集成度相关。
人们在惊叹摩尔定律神奇的同时,却忽略了从集成电路诞生之日起,直到现在,英特尔首任Ceo诺伊斯发明的平面工艺依旧占据统治地位。50多年来,人们不断地研究新的制程技术,目的就是把更多的晶体管“塞”进芯片中。于是,45nm、32nm等新的制程技术被不断地开发出来。
但制程总有极限,晶体管的尺寸也不可能长期缩小下去,二维空间能够容纳的晶体管数总会出现饱和。于是,人们开始从平面工艺发展到立体工艺,如同高层住宅比平房能够容纳更多的人一样。最初,被引入的是3D封装技术,即在封装环节,把已经生产出来的芯片堆叠起来,将芯片之间需要连接的点用细细的金丝焊接起来,最终被放在一个封装中。从集成电路生产流程上看,堆叠中的每一层芯片采用的还是平面工艺,只是在后道的封装环节采用了3D封装。
近几年,直接在硅圆片上通过立体工艺进行制造成为集成电路制造领域研究的热点。与3D封装技术相比,3D制造技术带来的诱惑实在太大了:首先是增加了晶体管的封装密度,从而使得人们可以把更多的电路功能嵌在芯片中;二是由于互连引线缩短降低了引线电感和电阻,从而有利于工作频率的进一步提升和功耗的下降;三是采用半导体工艺比3D封装中焊接方式(属于机械连接)可靠性高很多;四是半导体工艺是迄今为止集成电路制造上规模化最好的制造工艺,由此带来的成本降低是显而易见的。在研究中的多种3D集成技术中,tSV(through-SiliconVia,硅过孔)技术脱颖而出。
tSV技术就是在硅片上蚀刻出贯穿硅片的过孔,通过将过孔金属化,使得上下两层芯片相应的电路引线得以互连。通常,这种过孔直径在1～5μm之间,芯片上过孔的数量可以达到数千个。
比利时校际微电子中心、松下、高通和比利时鲁汶大学研究人员在iSSCC2010上发表的论文《低成本3DtSV技术的设计与考虑》表明,低成本3DtSV技术的主要障碍已被克服。
iSSCC2010主办方称,低成本的3DtSV技术将给集成电路产业带来新的技术革命,从而引发一场手持、无线和计算市场新的浪潮。采用3DtSV的DRam预计将于2011年面市,紧接着是逻辑-逻辑集成和射频-逻辑集成的芯片。
后CmoS时代
谁主沉浮
今天it产业的辉煌,是建立在基于CmoS工艺上的集成电路制造技术。虽然3D集成技术能够延长摩尔定律的有效期,但从处理器芯片制程技术的发展上看,CmoS终将拱手让出盟主地位。
在iSSCC上,从斯坦福大学thomasLee的《重返王国:用于tHz应用的真空微纳电子学》、德国马普研究所peterFromHerz的《半导体芯片与大脑》、哈佛大学李晓峰(音译)的《从电子学到等离子学:一维等离子电路》和东京大学樱井孝康的《有机晶体管及电路》等论文不难看出,这些性急的研究人员已经在寻找CmoS技术的替代或者补充技术了。美国乔治亚理工学院的Josephm.pettit在大会主题演讲中表示,硅制程技术将会在2024年达到7.9nm,届时石墨烯技术将会启动未来的千万亿次计算时代。
集成电路制造与工艺篇5
关键词:深紫外光刻技术深紫外曝光光子晶体
1.引言
在过去十年中,随着个人电脑的普及和因特网的飞速发展,由数字移动通信业务导向个人通信而引发常规通信的革命,以及多媒体通信业务的出现,刺激了光通信业务的飞速发展。然而相对于超大规模集成电路而言,用于光互联中实现光路由及光开关的光器件因其体积缩小空间有限和功能单一,在应用中受到很大限制,因此在许多光通信模块中还是需要大量的电光转换。近些年,随着电子束光深紫外光刻的方法更多地应用到纳米光子器件的制作中,光器件的体积大大缩小,可以更多地集成到同一个光子集成回路中。光子晶体板是平板波导与二维光子晶体的复合结构,它借助于二维光子晶体平面内的光限制和平板波导平面垂直方向的光约束,从而在一定程度上实现三维光子晶体的性质。自光子晶体概念提出至今,为了实现完全的光控制,人们尝试用多种方法得到三维光子晶体,但其设计和加工的复杂性一直制约着三维光子晶体的进展。而光子晶体板结构制作要简单得多。光子晶体是指具有光子带隙特性的人造周期性电介质结构,有时也称为pBG结构。目前光子集成回路中,若要通过光波导实现多个功能的集成,器件整体的面积仍然比较大,其中主要受到波导弯曲半径的影响,而光子晶体中由于光子带隙效应的存在,使得光子晶体缺陷波导具有较小的弯曲半径与较大的分支角,因此用光子晶体制作光子器件体积大大缩小,在构建大规模光功能芯片方面具有潜在的应用价值。[1]
2.深紫外光刻技术
光刻技术在集成电路制造的驱动下取得了长足的进步,从抽象层次看,光刻系统包含以下几个部分:辐射源、辐射控制系统、光刻胶、样品,为了得到更小尺寸的光刻图案,对用于光刻的光源,要求其特征光波波长更小,而且光源应有足够的强度,能实现快速曝光,实现大规模生产。汞弧光灯是早期常用的光刻光源。汞弧光灯包含有三条特征谱线:G线(436nm)、H线(405nm)、i线(365nm)。通达到的分辨率为400nm左右。[2]通过在汞弧光灯中加入氙气可以得到250nm波长的光,但其强度不满足光刻要求。为了解决光刻强度的问题,目前工业界大量采用的光源系统是准分子激光器。准分子激光器在深紫外光谱范围内是最亮的光源。通常通过准分子激光器可以得到的光波波长为248nm、193nm和157nm。准分子激光以多模形式强烈发射,具有相对弱的空间相干性,光刻精度可以达l00nm以下[3]。虽然深紫外曝光技术已经广泛应用于大规模集成电路的制造中,但是这项技术并不能直接移植到光电子器件的制造中。光子集成回路中的特征结构和集成电路中的差别非常大。在电路中,接触孔之间的距离一般都是大于孔本身的尺寸,而在光子晶体中,空气孔的排布是非常紧凑的。另外光子集成回路中的特征结构差别非常大,例如光子晶体中空气孔处的图形比较密集,而与光子晶体波导耦合的介质波导只包括一根单线条,这样的两种结构需要不同的工艺参数,因此制作光集成器件需要更多的工艺优化[4]。光刻精度受到光学衍射的限制,当被曝光的图形特征尺寸小于照明波长时,则该结构有可能经过曝光及显影、定影之后,图形非常模糊,甚至光刻不出来。利用深紫外曝光的方法制作光子晶体最大的难度在于修正光学近邻效应的影响。光子晶体是具有周期性结构的新型材料,图形密度较大,其特征尺寸接近光刻系统的照明波长,因此近邻效应影响较大,使得临近的孔之间在曝光的时候相互干涉,因此有些孔可能相对原始尺寸变大变小。对于完整周期的光子晶体,可以通过选择合适的曝光条件,得到相应的结构;对于有线缺陷或缺陷的光子晶体,缺陷处的空气孔经过曝光之后和其他完整周期处的空气孔有一定差别,因此需要在光学掩模板上作调整。我们利用深紫外曝光的方法制作了光子晶体样品,深紫外曝光技术将普通的光学曝光波长范围延伸到了深紫外波长范围,在亚微米CmoS工艺中,这项术不仅满足了批量生产中精度的要求,而且满足了速度的要求。
3.结语
我们深入研究了深紫外光刻工艺方法的基本原理与过程,对其中各个工艺参数的影响进行了分析。深紫外曝光技术将普通的光学曝光波长范围延伸到了深紫外波长范围,在微米CmoS工艺中,这项技术满足了批量生产中精度和速度的要求。我们将其应用到通信波段光子晶体的制作中,通过工艺参数优化,得到了较好的硅基光子晶体样品。
参考文献:
[1]庄同曾.集成电路制造技术――原理与实践.北京:电子工业出版社,1987.
[2]a.C.Deng,Y.C.Shiau,andK.H.Loh,timeDomainCurrentwaveformSimulationofCmoSCircuits[J].proceedingsofiCCaD,pp.nov.1988:208-211.
集成电路制造与工艺篇6
关键词：电子科学与技术；实验教学体系；微电子人才
作者简介：周远明（1984-），男，湖北仙桃人，湖北工业大学电气与电子工程学院，讲师；梅菲（1980-），女，湖北武汉人，湖北工业大学电气与电子工程学院，副教授。（湖北武汉430068）
中图分类号：G642.423文献标识码：a文章编号：1007-0079（2013）29-0089-02
电子科学与技术是一个理论和应用性都很强的专业，因此人才培养必须坚持“理论联系实际”的原则。专业实验教学是培养学生实践能力和创新能力的重要教学环节，对于学生综合素质的培养具有不可替代的作用，是高等学校培养人才这一系统工程中的一个重要环节。[1，2]
一、学科背景及问题分析
1.学科背景
21世纪被称为信息时代，信息科学的基础是微电子技术，它属于教育部本科专业目录中的一级学科“电子科学与技术”。微电子技术一般是指以集成电路技术为代表，制造和使用微小型电子元器件和电路，实现电子系统功能的新型技术学科，主要涉及研究集成电路的设计、制造、封装相关的技术与工艺。[3]由于实现信息化的网络、计算机和各种电子设备的基础是集成电路，因此微电子技术是电子信息技术的核心技术和战略性技术，是信息社会的基石。此外，从地方发展来看，武汉东湖高新区正在全力推进国家光电子信息产业基地建设，形成了以光通信、移动通信为主导，激光、光电显示、光伏及半导体照明、集成电路等竞相发展的产业格局，电子信息产业在湖北省经济建设中的地位日益突出，而区域经济发展对人才的素质也提出了更高的要求。
湖北工业大学电子科学与技术专业成立于2007年，完全适应国家、地区经济和产业发展过程中对人才的需求，建设专业方向为微电子技术，毕业生可以从事电子元器件、集成电路和光电子器件、系统（激光器、太能电池、发光二极管等）的设计、制造、封装、测试以及相应的新产品、新技术、新工艺的研究与开发等相关工作。电子科学与技术专业自成立以来，始终坚持以微电子产业的人才需求为牵引，遵循微电子科学的内在客观规律和发展脉络，坚持理论教学与实验教学紧密结合，致力于培养基础扎实、知识面广、实践能力强、综合素质高的微电子专门人才，以满足我国国民经济发展和国防建设对微电子人才的迫切需求。
2.存在的问题与影响分析
电子科学与技术是一个理论和应用性都很强的专业，因此培养创新型和实用型人才必须坚持“理论联系实际”的原则。要想培养合格的应用型人才，就必须建设配套的实验教学平台。然而目前人才培养有“产学研”脱节的趋势，学生参与实践活动不论是在时间上还是在空间上都较少。建立完善的专业实验教学体系是电子科学与技术专业可持续发展的客观前提。
二、建设思路
电子科学与技术专业实验教学体系包括基础课程实验平台和专业课程实验平台。基础课程实验平台主要包括大学物理实验、电子实验和计算机类实验；专业课程实验平台即微电子实验中心，是本文要重点介绍的部分。在实验教学体系探索过程中重点考虑到以下几个方面的问题：
第一，突出“厚基础、宽口径、重应用、强创新”的微电子人才培养理念。微电子人才既要求具备扎实的理论基础（包括基础物理、固体物理、器件物理、集成电路设计、微电子工艺原理等），又要求具有较宽广的系统知识（包括计算机、通信、信息处理等基础知识），同时还要具备较强的实践创新能力。因此微电子实验教学环节强调基础理论与实践能力的紧密结合，同时兼顾本学科实践能力与创新能力的协同训练，将培养具有创新能力和竞争力的高素质人才作为实验教学改革的目标。
第二，构建科学合理的微电子实验教学体系，将“物理实验”、“计算机类实验”、“专业基础实验”、“微电子工艺”、“光电子器件”、“半导体器件课程设计”、“集成电路课程设计”、“微电子专业实验”、“集成电路专业实验”、“生产实习”和“毕业设计”等实验实践环节紧密结合，相互贯通，有机衔接，搭建以提高实践应用能力和创新能力为主体的“基本实验技能训练实践应用能力训练创新能力训练”实践教学体系。
第三，兼顾半导体工艺与集成电路设计对人才的不同要求。半导体的产业链涉及到设计、材料、工艺、封装、测试等不同领域，各个领域对人才的要求既有共性，也有个性。为了扩展大学生知识和技能的适应范围，实验教学必须涵盖微电子技术的主要方面，特别是目前人才需求最为迫切的集成电路设计和半导体工艺两个领域。
第四，实验教学与科学研究紧密结合，推动实验教学的内容和形式与国内外科技同步发展。倡导教学与科研协调发展，教研相长，鼓励教师将科研成果及时融化到教学内容之中，以此提升实验教学质量。
三、建设内容
微电子是现代电子信息产业的基石，是我国高新技术发展的重中之重，但我国微电子技术人才紧缺，尤其是集成电路相关人才严重不足，培养高质量的微电子技术人才是我国现代化建设的迫切需要。微电子学科实践性强，培养的人才需要具备相关的测试分析技能和半导体器件、集成电路的设计、制造等综合性的实践能力及创新意识。
电子科学与技术专业将利用经费支持建设一个微电子实验教学中心，具体包括四个教学实验室：半导体材料特性与微电子技术工艺参数测试分析实验室、微电子器件和集成电路性能参数测试与应用实验室、集成电路设计实验室、科技创新实践实验室。使学生具备半导体材料特性与微电子技术工艺参数测试分析、微电子器件、光电器件参数测试与应用、集成电路设计、LeD封装测试等方面的实践动手和设计能力，巩固和强化现代微电子技术和集成电路设计相关知识，提升学生在微电子技术领域的竞争力，培养学生具备半导体材料、器件、集成电路等基本物理与电学属性的测试分析能力。同时，本实验平台主要服务的本科专业为“电子科学与技术”，同时可以承担“通信工程”、“电子信息工程”、“计算机科学与技术”、“电子信息科学与技术”、“材料科学与工程”、“光信息科学与技术”等10余个本科专业的部分实践教学任务。
（1）半导体材料特性与微电子技术工艺参数测试分析实验室侧重于半导体材料基本属性的测试与分析方法，目的是加深学生对半导体基本理论的理解，掌握相关的测试方法与技能，包括半导体材料层错位错观测、半导体材料电阻率的四探针法测量及其eXCeL数据处理、半导体材料的霍尔效应测试、半导体少数载流子寿命测量、高频moSC-V特性测试、pn结显示与结深测量、椭偏法测量薄膜厚度、pn结正向压降温度特性实验等实验项目。完成形式包括半导体专业实验课、理论课程的实验课时等。
（2）微电子器件和集成电路性能参数测试与应用实验室侧重于半导体器件与集成电路基本特性、微电子工艺参数等的测试与分析方法，目的是加深学生对半导体基本理论、器件参数与性能、工艺等的理解，掌握相关的技能，包括器件解剖分析、用图示仪测量晶体管的交（直）流参数、moS场效应管参数的测量、晶体管参数的测量、集成运算放大器参数的测试、晶体管特征频率的测量、半导体器件实验、光伏效应实验、光电导实验、光电探测原理综合实验、光电倍增管综合实验、LD/LeD光源特性实验、半导体激光器实验、电光调制实验、声光调制实验等实验项目。完成形式包括半导体专业实验课、理论课程的实验课时、课程设计、创新实践、毕业设计等。
（3）集成电路设计实验室侧重于培养学生初步掌握集成电路设计的硬件描述语言、Cadence等典型的器件与电路及工艺设计软件的使用方法、设计流程等，并通过半导体器件、模拟集成电路、数字集成电路的仿真、验证和版图设计等实践过程具备集成电路设计的能力，目的是培养学生半导体器件、集成电路的设计能力。以美国Cadence公司专业集成电路设计软件为载体，完成集成电路的电路设计、版图设计、工艺设计等训练课程。完成形式包括理论课程的实验课时、集成电路设计类课程和理论课程的上机实践等。
（4）科技创新实践实验室则向学生提供发挥他们才智的空间，为他们提供验证和实现自由命题或进行科研的软硬件条件，充分发挥他们的想象力，目的是培养学生的创新意识与能力，包括LeD封装、测试与设计应用实训和光电技术创新实训。要求学生自己动手完成所设计器件或电路的研制并通过测试分析，制造出满足指标要求的器件或电路。目的是对学生进行理论联系实际的系统训练，加深对所需知识的接收与理解，初步掌握半导体器件与集成电路的设计方法和对工艺技术及流程的认知与感知。完成形式包括理论课程的实验课时、创新实践环节、生产实践、毕业设计、参与教师科研课题和部级、省级和校级的各类科技竞赛及课外科技学术活动等。
四、总结
本实验室以我国微电子科学与技术的人才需求为指引，遵循微电子科学的发展规律，通过实验教学来促进理论联系实际，培养学生的科学思维和创新意识，系统了解与掌握半导体材料、器件、集成电路的测试分析和半导体器件、集成电路的设计、工艺技术等技能，最终实现培养基础扎实、知识面宽、实践能力强、综合素质高、适应范围广的具有较强竞争力的微电子专门人才的目标，以满足我国国民经济发展和国防建设对微电子人才的迫切需求。
参考文献：
[1]刘瑞，伍登学.创建培养微电子人才教学实验基地的探索与实践[J].实验室研究与探索，2004，（5）：6-9.
集成电路制造与工艺篇7
2013年3月15日上午，中关村集成电路产业联盟在北京成立。该联盟由中关村集成电路材料、设备、制造、设计、封装、测试、公共服务平台、软件和系统集成等产业链上下游30多家企业共同发起，是北京市首个覆盖集成电路全产业链的产业联盟。该联盟的成立标志着中关村将打造产业链各环节良性互动的集成电路创新生态圈。
中关村形成集成电路产业链
从2008年至今短短几年时间，一些国产材料和大型装备正在逐渐进入集成电路生产线。从集成电路设备制造、工艺，到芯片设计、制造，中关村示范区已经构建起了一条产业链。
“在这里，既有北方微电子、七星华创等提供集成电路生产设备的企业，也有北京君正、兆易创新等芯片设计企业，还有中芯国际这样大型集成电路制造企业。一条集成电路产业链就这样初步形成了。”中关村有关负责人说。
目前，中关村已有集成电路设计企业近百家，是全国芯片设计力量最强的地区之一，超过1亿元收入规模的企业超过20家，上市企业2家。中关村集成电路设计环节在新一代移动通信终端与网络、数字电视及智能电视、行业用智能卡及信息安全、高性能通用核心芯片、北斗导航芯片以及物联网等新兴领域具有雄厚的技术和产业基础。CpU、嵌入式CpU、存储器芯片、tD-Lte终端基带芯片、可编程逻辑器件、模拟及数模混合电路芯片等均处于国内领先，并填补了我国在这些领域的空白。
一批高等院校和科研单位长期从事微电子技术和半导体工艺研究，并一直处于全国领先地位。2011年中关村集成电路制造业的销售额占国内比例和年增长率均远超全国平均水平。中关村拥有集成电路生产线近10条，月产能超过10万片，且中芯国际（北京）是目前国内最具优势的芯片代工企业，已实现65nm主流工艺的大规模量产，且二期工程的顺利开工建设将为中关村集成电路设计、封测、装备、材料等相关企业提供更为便利的开发验证平台，带动和支撑全产业链规模化发展。
中关村集成电路装备、材料在国内处于领先地位，刻蚀机、氧化炉、离子注入机、光刻胶、靶材等多项科研成果打破了我国在该领域的空白，并进入产线验证。此外，中关村部分集成电路装备和材料也已率先在全国投入规模应用。
目前联盟已汇聚了中关村集成电路产业链各环节有影响力的企业：北京集成电路设计园是全国规模最大、功能齐全、服务配套的集成电路设计产业化基地和集成电路设计企业孵化基地之一；北京君正研发生产了国内首款应用于移动领域的非aRm架构双核移动CpU芯片，这也是国产CpU在移动领域的首款双核CpU芯片；兆易创新在2011年全球Spi出货市场占有率达到10.24%，全球排名第三，正逐步建立世界级存储器设计公司的市场地位；京微雅格作为国内首家自主研发生产FpGa的集成电路设计企业，去年又再次推出全新架构FpGa器件，实现了同类器件所不具备的集成度、高性能和低成本；北方微电子、七星华创、中科信等企业的集成电路高端装备均打破国内在该领域内的空白，引领了国内半导体装备的研发进程；有研半导体是国内12英寸硅单晶抛光片及外延片的重点厂商，并承担多个国家重大科技专项的研发。
集成电路生态圈初具雏形
中关村集成电路产业联盟旨在搭建开放式合作平台，促进中关村集成电路产业集群跨越式发展。联盟的成立，标志着中关村集成电路产业已建立了产业链各环节的良性互动体系，一个活跃、具有持续竞争实力的创新生态圈初具雏形。
联盟的总体目标是充分发挥中芯国际等龙头企业的平台作用，开展广泛合作，带动上下游企业、高校院所协同创新，全力打造具有国际影响力的集成电路产业集群。
集成电路制造与工艺篇8
关键词：实训基地；建设；功能
中图分类号：G642.0文献标志码：a文章编号：1674-9324（2014）26-0199-02
微电子产业是以集成电路（iC）为核心的高新产业，江苏信息职业技术学院所处的无锡位于长三角腹地，集成电路制造起步早，素有中国微电子南方基地美称，云集了像SK海力士半导体、海太半导体、华润微电子、江苏长电等一批全国著名的微电子企业，已形成了清晰的设计、制造、封测及配套支撑的完整产业链。同时无锡市也提出了打造“东方硅谷”，使iC产业成为无锡电子信息技术的支柱产业的集成电路发展规划。我院微电子技术专业成立于1973年，为我国微电子行业培养了三千多名毕业生，很多已成为我国微电子行业的领军人物，学院堪称长三角地区微电子行业的“黄埔军校”。为培养优秀的专业人才，服务地方经济，近年来建成了中央财政支持的微电子技术综合实训基地，下面介绍笔者在微电子实训基地建设和功能实现过程中的一些体会。
一、微电子实训基地建设情况
微电子技术专业是学院最早成立的专业之一，长期依托校企合作，加强专业改革和建设，为我国的微电子产业培养了大批优秀的人才。为更好地接轨区域经济，培养符合顺应地方产业的发展，满足企业需求的集成电路产业的高技能人才，2007年学院成功申报了中央财政支持的微电子技术综合实训基地建设项目。该实训基地占地面积约2000平方米，总投资近700万元，根据微电子产业链的发展和专业人才培养的目标，实训基地下设芯片设计、芯片制造、芯片组装、芯片测试四个中心，是一个集教学实训、考证培训和技术服务功能于一体的综合性实训基地。专业依托微电子实训基地，充分发挥实训基地的三大功能，实施“工学结合”的培养方式，在提高学生岗位技能的同时，全面提升学生的职业综合素质，同时为地方经济服务。
二、教学实训是微电子实训基地的主要功能
教学实训功能是校内实训基地的主要功能也是基地建设的根本目标。高技能人才培养是高职院校办学的第一要务，校内实训基地为此应提供必要的教学条件。微电子实训基地承担微电子技术专业核心课程教育教学改革任务，通过理实一体化教学模式改革和现场教学等教学方法手段的改革，切实提高学生专业理论和职业技能水平。同时，微电子实训基地为学生提供生产性实训岗位，在真实的生产环境下，通过真实的硅片、真实的工艺流程、促进了学生技能水平的提高。我们积极改革人才培养方法，“三方合一”培育人才。
1.“中心与教室合一”：把凳子、移动式投影仪搬进实训中心，在《集成电路制造工艺》等课程教学中展开现场教学，在讲授理论知识的同时，进行设备操作演示，学生不懂的地方教师现场示范，并亲身体验，增强了学生的学习兴趣。在实训环节，教师边讲边做，学生现学现用，增强教学的真实性、直观性，减少了教学的中间环节，学生在真实的环境中真刀真枪动起来，既学到了理论知识，又提升了动手能力。
2.“学生与学徒合一”：无锡强芯微电子有限公司捐赠了3.5万的电脑设备，并安装了相关的软件，和学院共建版图设计“校中厂”。专业聘请强芯微电子的工程师指导《集成电路版图设计训练》课程，在实训课程中表现出色的学生有机会到强芯“校中厂”进行生产性的顶岗实习，逆向设计单元电路，利用现代化的通信技术，协同企业本部的工程师完成大型的设计项目。
通过引进强芯微电子校中厂，营造真实的职业环境，学生直接参与生产活动，培养团结协作、吃苦勤奋、遵章守纪、言行规范的职业素养，感受未来的职业要求，实现学校与工厂、学生与岗位零距离对接。
3.“作品与产品合一”：学生实习时的作品又是企业的产品，通过由实习作品的“及格”到产品“合格”的升华，不仅改变了传统以分数定学生水平的传统观念，同时也培养了职业院校学生的质量意识，提高了学生学习的积极性能，让学生在实习过程中感受到成功的喜悦，学生的学习情况直接接受生产的检验。以下是学生在强芯校中厂完成的电源适配器芯片aC1207图样。
三、考证培训是微电子实训基地教学功能的延伸
社会培训功能是对基地开放资源，增强辐射能力的基本要求。本专业2008年被国家集成电路设计无锡产业化基地授予“集成电路设计基础人才培养基地”，和江苏省半导体行业协会签订“共建集成电路人才储备基地协议”，依托微电子实训基地，充分利用实训基地的设施和条件，发挥技能培训的作用，开展向社会开放的岗位培训和职业技能培训。
在职业技能培训方面，有三位老师为半导体芯片制造工的高级考评员和考评员。近三年来，通过实训基地培训，共有323人获得了半导体芯片制造高级工证书。
在岗位培训方面，近年来共为无锡市劳动局、盐城职高等兄弟院校、江苏长电和华润华晶等企业提供了近700人次的技术培训。通过培训，增强了学员的岗位职业能力和素养，提升了企业的生产效率，获得了合作单位的一致好评，延伸了实训基地的功能，扩大了实训基地的影响，体现了专业的示范辐射作用。
四、技术服务是微电子实训基地功能的提升
近三年来，依托微电子实训基地，专业教师和企业合作，承担科研课题，取得十余项科研成果，如《LCD驱动电路SXm1305的设计》、《调幅信号接收芯片nJ8880设计开发》、《高压触发管的设计与试制》、《高压tVS的设计与试制》、《薄膜微波电路光刻工艺参数优化试验与分析》《半导体工艺中晶体缺陷的线外检测》、《小芯片封装良率的研究分析》等横向课题。这些科研成果为解决企业生产技术问题提供技术指导，这是专业直接服务地方经济的方式。另一方面，承担科研课题也是加强教师与生产或服务实践的联系，提高师资实践能力和专业水平，改变人才培养模式的手段。科研课题为本专业教学内容的更新提供了良好的条件。主讲教师结合自己的科研课题，及时有效地将前沿研究成果运用到教学当中，深入浅出地介绍重要知识点，激发学生的学习兴趣，有利于人才的培养。例如，在《集成电路制造工艺实训》过程中，我们让学生参与《薄膜微波电路光刻工艺参数优化试验与分析》课题的试验，记录结果对比分析，培养学生研究性学习和技术创新的能力。《功率晶体管安全工作区测试装置的设计制作》等大学生实践创新项目也在微电子实训基地完成。
五、结语
微电子产业是无锡最具竞争力的支柱型产业，其产业规模占全国的五分之一以上，需要大量的专业人才。我院微电子技术专业充分发挥微电子实训基地的教学实训、考证培训、技术服务三大功能，走工学结合、产教合作的道路，创新人才培养模式，努力锻造一支高素质技能型人才大军。通过微电子实训基地的功能发挥，教师专业水平得以提升，多名青年教师成长为“双师素质”教师与科研骨干；学生的职业能力和素养得以加强，合作企业员工的水平也得以提高。他们屹立潮头、勇挑大梁，必将为无锡微电子行业和地方经济又好又快发展做出自己的贡献。
参考文献：
集成电路制造与工艺篇9
改革开放以来，经过大规模引进消化和90年代的重点建设，目前我国半导体产业已具备了一定的规模和基础，包括已稳定生产的7个芯片生产骨干厂、20多个封装企业，几十家具有规模的设计企业以及若干个关键材料及专用设备仪器制造厂组成的产业群体，大体集中于京津、沪苏浙、粤闽三地。
我国历年对半导体产业的总投入约260亿元人民币（含126亿元外资）。现有集成电路生产技术主要来源于国外技术转让，其中相当部分集成电路前道工序和封装厂是与美、日、韩公司合资设立。其中三资企业的销售额约占总销售额的88%（1998年）。民营的集成电路企业开始萌芽。
设计：集成电路的设计汇集电路、器件、物理、工艺、算法、系统等不同技术领域的背景，是最尖端的技术之一。我国目前以各种形态存在的集成电路设计公司、设计中心等约80个，工程师队伍还不足3000人。2000年，集成电路设计业销售额超过300万元的企业有20多家，其中超过1000万的约10家。超过1亿的4家（华大、矽科、大唐微电子和士兰公司）。总销售额10亿元左右。年平均设计300种左右（其中不到200种形成批量）。
现主要利用外商提供的eDa工具，运用门阵列、标准单元，全定制等多种方法进行设计。并开始采用基于机构级的高层次设计技术、VHDL，和可测性设计技术等先进设计方法。设计最高水平为0.25微米，700万元件，3层金属布线，主线设计线宽0.8-1.5微米，双层布线。[1]目前，我国在通信类集成电路设计有一定的突破。自行设计开发的熊猫2000系列CaD软件系统已开发成功并正在推广。这个系统的开发成功，使我国继美国、欧共体、日本之后，第四个成为能够开发大型的集成电路设计软件系统的国家。目前逻辑电路、数字电路100万门左右的产品已可以用此设计。
前工序制造：1990年代以来，国家通过投资实施“908”、“909”工程，形成了国家控股的骨干生产企业。其中，中日合资、中方控股的华虹neC（8英寸硅片，0.35-0.25微米，月投片2万片），总投资10亿美元，以18个月的国际标准速度建成，99年9月试投片，现已达产。该工程使我国芯片制造进入世界主流技术水平，增强了国内外产业界对我国半导体产业能力的信心。
在前8家生产企业中，三资企业占6家，总投资7.15亿美元，外方4.69亿美元，占66%.目前芯片生产技术多为6英寸硅片、0.8-1.5微米特征尺寸。7个主干企业生产线的月投片量已超过17万片，其中6～8英寸圆片的产量占33％以上。
目前这些企业生产经营情况良好。2000年，七个骨干企业总销售额达到56亿元人民币，利润7.5亿元，利润率达到13%.同年全国电子信息产业总销售额5800亿元人民币，利润380亿，利润率6.5%.
封装：由于中国是目前集成电路消费大国，同时国内劳动力、土地资源价格相对便宜，许多国外大型集成电路生产企业在中国建立了合资或独资集成电路封装厂。
国内现有封装企业规模都不大，而且所用芯片、框架、模塑料等也主要靠进口，因此大量的集成电路封装产品也只是简单加工，技术上与国际封装水平相差较远。主要以Dip为主，Sop、Sot、BGa、ppGa等封装方式国内基本属于空白。
集成电路封装业在整个产业链中技术含量最低，投入也相对较少（与芯片制造之比一般为10：1）。我国目前集成电路年封装量，仅占世界当年产量的1.8%～2.5%，封装的集成电路仅占年进口或消耗量的13%～14.4%，即中国所用85%以上的集成电路都是成品进口。
2000年，我国集成电路封装业的销售收入超过130亿元，其中销售收入超过1亿元的14家，全年封装电路近45亿块，其中年封装量超过5亿块的5家。
材料、设备、仪器：围绕6英寸芯片生产线使用的主要材料（硅单晶、塑封料、金丝、化学试剂、特种气体等）、部分设备（单晶炉、外延炉、扩散炉、CVD、蒸发台、匀胶显影设备、注塑机等）、仪器（40mHz以下的数字测试设备、模拟测试设备及数模混合测试设备）、部分仪器（40mHz以下的数字测试设备、模拟测试设备及数模混合测试设备）国内已能提供。
芯片制造设备，我国只具备部分浅层次设计制造能力，如电子45所已有能力制造0.5微米光刻机等。
半导体分立器件：2000年，全年分立器件的销售额60亿，产量341亿只。
供需情况和近期发展形势
20世纪90年代，我国集成电路产业呈加速发展趋势，年均增长率在30%以上。2000年，我国集成电路产量达到58.8亿块，总产值约200亿人民币（其中设计业10亿，芯片制造56亿，封装130亿）。如果加上半导体分立器件，总产值达到260亿元。预计2001年，集成电路产量可达70亿块。
2000年，全球半导体销售额达到1950亿美元，我国半导体生产从价值量上看，占世界半导体生产的1.6%（含封装、设计产值），从加工数量看占全世界份额不足1%（美国占32%，日本占23%）。
从需求方面看，据信息产业部有关人员介绍，2000年，国内集成电路总销售量240亿块，1200亿人民币。业内普遍估计，今后10年，半导体的国内需求仍将以20%的速率递增，估计2005年，我国集成电路国内市场的需求约为300亿块、800亿元人民币；2010年，达到700亿块、2100亿元人民币。
从近几年统计数字分析看，国内生产芯片（包括外商独资企业的生产和在国内封装的进口芯片）占国内需求量的20%～25%，但国内生产部分的80%为出口，按此计算，我国集成电路产业的自给率仅4%～5%.但是，有两个因素影响了对芯片生产自给率的准确估计。首先是我国集成电路的产品销售有很大一部分通过外贸渠道出口转内销，据信息产业部估计，出口转内销约占出口量的一半。如此推算，国内半导体生产满足国内市场的实际比重在12%～15%.实际上，国内生产的芯片质量已过关，主要是缺乏市场信任度，而销售渠道又往往掌握在三资企业外方手中。
但芯片走私的因素，可能又使自给率12%～15%的估计过分夸大。台湾合晶科技公司蔡南雄指出：官方统计，1997年中国大陆进口集成电路和分立器件约50亿美元，但当年集成电路进口实际用汇达95.5亿美元。[2]近几年大力打击走私，这一因素的作用可能有所减弱。但无论如何，我国现有半导体产业远远落后于国内需求的迅速增长则是不争的事实。
由于核心部件自给能力低，我国的电子信息产业成了高级组装业。著名的联想集团，计算机国内市场占有率是老大，利润率仅3%.我国电子信息制造业连年高速增长，真正发财的却是外国芯片厂商。
由此，进入1990年代以来，我国集成电路进口迅速增长。1994～1997年，集成电路进口金额年均递增22.6%；97年进口金额为36.48亿美元，96.06亿块。[3]1999年，我国集成电路进口75.34亿美元，出口（含进料、来料加工）18.89亿美元。
2000年6月，国家《软件产业和集成电路产业的发展的若干政策》（国发18号文件）。在国家发展规划和产业政策的鼓舞下，各地政府纷纷出台微电子产业规划，其中上海和北京为中心的两个半导体产业集中区，优惠力度较大，投资形势也最令人鼓舞。目前累计已开工建设待投产的项目，投资总额达50亿美元，超过我国累计投资额的1.5倍，未来2-3年这几条线都将投入量产。
·天津摩托罗拉：外商独资企业，总投资18亿美元，在建。2001年5月试投产，计划11月量产。
·上海中芯：1/3国内资金，2/3台资（第三国注册）。投资14亿美元。2001年11月将在上海试投产。
·上海宏立：预计2002年一季度投入试运行，16亿美元。
·北京讯创：6寸线，投资2亿美元。
·友旺：在杭州投资一条6寸线，10亿人民币左右，已打桩。
目前我国半导体产业和国际水平的差距
总体上说，我国微电子技术力量薄弱，创新能力差，半导体产业规模小，市场占有率低，处于国际产业体系的中下端。
从芯片制造技术看，和国际先进水平的差距至少是2代。[4]尽管华虹现已能生产0.25微米SDRam，接近国际先进水平（技术的主导权目前基本上还在外方手中），国内主流产品仍以0.8-1.5微米中低端低价值产品为主。其中80%～90%为专用集成电路，其余为中小规模通用电路。占iC市场总份额66%的CpU和存储器芯片，我国无力自给。
我国微电子科技水平与国外的差距，至少是10年。[5]现有科技力量分散，科技与产业界联系不紧密。产业内各重要环节（基础行业、设计、制造工艺、封装），尚未掌握足以跨国公司对等合作的关键技术专利。
半导体基础（支撑）行业落后：目前硅材料已有能力自给，各项原料在不同程度上可以满足国内要求（材料半数国产化，关键材料仍需进口）。
但如上所述，几乎所有尖端设备，我们自己都不能设计制造，基本依赖进口。业内认为我国半导体基础行业和国际水平差距约20年。
一般地说，西方对我引进设备放松的程度和时机，取决于我国自身的技术进展，所以我国半导体设备技术的进步，成为争取引进先进设备的筹码（尽管代价高昂）。如没有这方面的工作，设备引进受到限制，连参与设备工艺的国际联合研制的资格也没有（韩台可以参与）。
已引进的先进生产线，经营控制权不在我手中，妨碍电路设计和工艺自主研发现有较先进的集成电路生产线（包括华虹neC、首钢neC），其技术、市场和管理尚未掌握在中国人手中。其原因是“自己人”管理，亏损面太大。现有骨干企业不是合资就是将生产线承包给外人，技术和经营的重大决策权多在外方代表手中。经营模式还没有跳出“两头在外”模式。
这也说明，我国现有国有企业经济管理机制，尽管有了很大进步，但还没有真正适应高科技产业对管理的苛刻要求，高级技术人才和营销人才更是缺乏。
“某厂…最赔钱的×号厂房，包出去了。这也怪了。台湾人也没有带多少资金技术，还是原来的设备和技术，就赢利。
“我问承包人，人还是我们的人，厂房技术还是我们的，为什么你们一来就行了？他说”体制改变了“。我问体制改了什么，是工资高了？也不是。他们几个人就是搞市场。咱们中国市场之大，是虚的。让人家占领的。
“10多年前我在美国参观，他们的工厂成品率是90%多，我们研究室4K最高时成品率50%多，当时这个成绩，全国轰动。我参观时问，你们有什么诀窍做到90%多？美国人说没有什么诀窍，就是经常换主管，新主管要超过上一任，又提高一步。主管到了线里，就是general，…说炒就炒。咱们国家行吗？我们这些领导都是孙子…半导体的生产求非常严格的纪律。没有这个东西绝对不行。你想100多道工艺，每一道差1%，成品率就是零。所以这个体制，说了半天没有说出来，一是市场，一是管理。”[6]但无论如何，我们半导体产业的“管理”和“市场”这两大门坎，是必须跨过去的。深化国企改革、发挥非国有经济的竞争优势，在半导体领域同样适用。
由于没有技术和经营控制权，导致我们的半导体产业遇到两方面困难。首先，国内单位自行设计的专用电路上线生产，必须取得生产厂家的外方同意，有的被迫转向海外代工，又多一道海关的麻烦；关系国家机密的芯片更无法在现有先进生产线加工（或者是外方以“军品”为名拒绝加工，或者是我方不放心）。
其次，妨碍了产学研结合、自主设计和研发工艺设备。例如中国科学院微电子中心已达到0.25微米工艺的中试水平，但因先进工厂的经营权不在自己手中，无法将自有工艺研究成果应用于大线试生产。
工艺技术是集成电路制造的关键技术。如果我方没有自主设计工艺的技术能力，即使买了先进生产线也无法控制。目前合资企业中，中方职工可以掌握在线的若干产品的工艺技术，但无法自主开展工艺技术研究。5年后我方将接管华虹neC，也面临自己的工艺技术能否顶上去的问题。工艺科研领域目前所处的困境如不能及时摆脱，则仅有的研究力量也会逐渐萎缩，如果不重视工艺技术能力的成长，我们就无法掌握芯片自主设计生产能力。
设计行业处于幼稚阶段由于专业电路市场广阔，目前国内各种类型的设计公司逐渐增加。但企业普遍规模偏小、技术水平较低，缺乏自主开发能力。
由于缺乏技术的积累，我国还远没有形成具有自主知识产权的ip库，与国外超大规模iC的模块化设计和S0C技术差距甚远。设计软件基本用外国软件，即使设计出来，也往往因加工企业ip库的不兼容而遭拒绝。
集成电路的设计与加工技术是相互依存的。因为我国微细加工工艺水平落后，人才缺乏，目前不具备设计先进电路的水平，更没有具备设计CpU及大容量存储器的水平。也有的客户眼睛向外，不愿意在国内加工，但到国外加工还要受欺负。尽管我们花了100%的制版费，板图也拿不回来。
超大规模集成电路的设计，难度最大的是系统设计和系统集成的能力，最需要的人才是系统设计的领头人，这是我国最缺的人力资源。国内现有人才多数是设计后道的能力，做系统的能力差。国内现有环境，培养这样的人才比较难。
国内的设计制造行业，就单个企业来说很难开发需要高技术含量的超前性、引导性产品。多数民营中小企业只能跟在别人后面走仿制道路（所谓反向设计）。反向设计只能适应万门以下电路的设计开发。故目前还无法与国外先进设计公司竞争。
缺乏市场信任度由于总体技术水平低，市场多年被外国产品占领，自己的供给能力还没有赢得国内市场的信任，以致出现外商一手向国内iC厂定货，再转手卖给国内用户的现象。这是当前外（台）商大举在国内投资集成电路生产线的客观背景。
国内设计、制造的产品往往受到比国外产品更严格的挑剔，要打开市场需要更多的时间和精力，这就难免被国外同行抢先。半导体市场瞬息万变，竞争十分残酷，而我国对自己的半导体产业，似取过分自由放任态度，几乎完全暴露在国际竞争中。有必要对有关政策上给以重新评估。
我国电子整机厂多为组装厂，自己设计开发芯片的极少，由于多头引进，整机品种繁多，规格不一，批量较小，成本高。另外，象汽车电子、新一代“信息家电”等产品市场很大，但需要高水平且配套的芯片产品，而我国单个电路设计企业无力完成，设计和生产能力还尚待磨合。如欲进军这方面的市场，需要高层有明确的市场战略和行业级的协调。我国微电子行业目前因技术能力所限，可适应市场领域还比较狭窄，又面临着国际市场的巨大压力。要争得技术和资本的积累期和机会，必须有政府的组织作用。
还没有形成完整的产业体系从整体看，我国半导体产业还没有形成有机联系的生态群，或刚刚处于萌芽状态，产业内各环节上下游间互补性薄弱。目前少数先进生产能力，置于跨国公司的全球制造～营销体系内，外（台）商做oem接单，来大陆工厂生产，国内芯片厂商被动打工。国家体制内的科研力量和现有生产体系的结合渠道不顺畅，国内科技型中小型民营（设计）企业和大型制造企业的互补关系正在建立中。
“集成电路设计与生产都需要有很强的队伍，能够根据国内整机的需要设计出产品，按照我们的工艺规则来生产。他的设计拿过来我们能做，做好了能够测试，测试以后能够用到整机单位去应用。这条路要把它走通。另外还有一批人能够打开市场。其他的暂时可以慢一点。”[7]所以，目前我国微电子领域与国际水平的差距，并非单项技术的差距，而是包括各环节在内的系统性的差距。单从技术和资金要素来看，“908”“909”工程的实践，可以说是试图以类似韩国的大规模投资来实现生产技术的“跨越”。但实践证明，单项发展，不足以带动一个科技-产业系统的整体进步。不仅要克服资金、人才、市场的瓶颈，也要克服体制、政策的瓶颈，非此不能吸引人才，不能调动各方面的积极性。
我国半导体产业发展的现有条件
经过20年的发展和积累，特别是近年来我国电子信息产业的高速发展，半导体产业在我国经济、国防建设中的重要地位，以及加快发展的必要性，已基本形成共识。应该说，我国已经在多方面具备了微电子大发展所必须的条件。
首先是经过多年的引进和国家大规模投资，已形成一定产业基础，初步形成从设计、前工序到后封装的产业轮廓。广义电子产业布局呈现向京津地区、华东地区和深穗地区集中的态势，已经形成了几个区域性半导体产业群落。这对信息知识的交流，技术的扩散，新机会的创造，以及吸引海外高级人才、都十分重要。
技术引进和国内科研工作的长期积累，也具备了自主研发的基础。“909”工程初步成功，说明投资机制有了巨大进步，直接鼓励了外商投资中国大陆的热情。尤其在通讯领域，国内以企业为主导的研发机制取得了可喜发展。
集成电路制造与工艺篇10
关键词：电子元件制造业；挥发性有机物；受控工艺；采样方法；排放标准；
0引言
按照世界卫生组织（wHo）的定义[1]，挥发性有机化合物是指沸点范围在（50～260）℃之间，室温下饱和蒸汽压查过133.32pa，以蒸汽形式存在于空气中的一类有机物，如烷烃、芳香烃、烯烃、萜烯、卤代烃、醛酮类、酯类、醇类等等。
电子元件是电子工业的基础，其产品一般包括电容器、电阻、电位器、电连接元件、控制元件，以及敏感元件和传感器等，电子元件产品具有种类多、生产工艺差别大，生产线更新变化快的特点，加工工艺一般涉及机械、化工、热加工或配制等多种工艺的组合，在本文中把线路板也考虑到电子元件的范畴中来。
在深圳电子元件制造车间环境中，工人工作时间在8小时以上，特别是在特定工艺处的操作人员，如清洗、蚀刻、封装、印刷、阻焊和涂绝缘材料，等，由于长时间大量VoC的排放对人体的身体造成了巨大的威胁。
1研究内容
1.1深圳电子元件行业VoC排放现状
在选择调研企业的过程中，出于代表性考虑，选择电容器、印刷线路板、音频磁头、覆铜板、电感，代表企业为深圳电子元件行业的领头企业，分别为深圳市塑镕电容器有限公司、深圳市沙井新岱电子厂、深圳市粤宝电子工业总公司、深圳市太平洋绝缘材料有限公司、深圳市海光电子，其中大部分为电子元件百强企业。
在几家企业中对于车间挥发性有机物的控制手段很有限，除深圳市太平洋绝缘材料有限公司有采用传统的直接焚烧法外，其他四家企业都无任何集中收集和处理措施，或仅设置少许抽风系统直接排到户外去，电子元件行业的VoC排放具有其分散性，特定工艺处排放浓度高的特点，如电容器的涂硅工艺、包封工艺；印刷线路板的线路丝印、阻焊印刷、松香涂布工艺；音频磁头的天拿水固定绕线工艺；半固化片的制作过程，如涂层等工艺；电感的点胶工艺等等，在本文内重点将这些排放高浓度的工艺确定为该行业的受控工艺。通过样品检测结果我们得出，该行业可检出的VoC种类在50～150之间，其中烷烃占1/3以上。
在我国现有的行业排放标准中，有关VoC的排放的控制标准已经涉及到一些，如半导体[2]制鞋行业[3]等，其他如水泥工业[4]也制定大气污染物的排放标准，但是没有涉及到VoC排放的规定，但是现有的行业标准覆盖面还比较有限，有待进一步完善。在国外，对工业车间环境污染的排放限制研究较为成熟。
1.2采样及分析方法综述
1.2.1注射器采样，气相色谱法测非甲烷总烃
方法原理：用气相色谱仪以火焰离子化检测器分别测定空气中总烃及甲烷烃的含量，两者之差为甲烷烃的含量。同时以除空气求氧的空白值，以扣除总烃色谱峰中的氧峰干扰。
1）仪器和试剂：玻璃注射器：100ml；气相色谱仪（GC—14B）；甲烷标准气体10ppm；以氮气为底气。
2）采样：用100ml注射器抽取现场空气，冲洗注射器3—4次，采气样100ml，密封注射器口，为避免样品浓度发生变化，样品应该避光保存并且及时分析，有实验研究，在光照条件下，50min内nmHC质量浓度下降至起始值的30%左右[5]。
3）色谱柱类型：空柱；检测器类型：FiD。
4）色谱条件：
①温度方面：柱温（70℃）；检测器（200℃）；进样器（120℃）。
②流量方面：氮气（80ml/min）；氢气（60ml/min）；空气（50ml/min）。
5）定量分析：
采用校准曲线法：样品中甲烷浓度和总烃浓度，可分别由被测组分的峰的峰高h样直接从校准曲线上查出，或根据回归线计算得到。。
1.2.2ppbRae型VoC测定仪
检测项目：空气中的VoCs
这种仪器采用直接读数的方式，可方便快捷地得到室内挥发性有机物的质量浓度。也可以设定在一定时间内采样，在采样时间内自动会给出峰值和平均值。精度为±20ppb或者读数的10%。适合使用温度为—10℃—40℃。相对湿度为0%—95%（无冷凝）。内置102种有机蒸汽（VoC）的修正系数。使用的测量范围为：0.1—199.9ppm；分辨率为0.1ppm；响应时间
1.3采样结果讨论
经过多次采样检测，得出如下（表1、表2、表3）平均数据：
从不同方法的采样检测结果来看几种方法的测试结果基本吻合，值得提出的是太平洋绝缘材料的半固化片涂层工艺的非甲烷总烃以及苯系物值与GC/mS法tVoC检测结果差别较大，原因是该受控工艺中排放的VoC丙酮和丁酮等非烃类物质占大部分，也表明该工艺处用的有机溶剂大部分为酮类物质，而所用到的苯系物中，苯最多。塑镕电容器的包封工艺处排放的VoC中，苯乙烯占最多。
从结果来看，深圳电子元件制造业VoC排放浓度比较高，而且无论在集中收集或者处理方面都做得很不足，甚至都处于空白阶段，制定该行业的VoC排放标准是很有必要的。
2结语
从目前的调研情况来看，电子元件行业并不像人们想象的那样，达到了清洁生产的要求。该行业的VoC排放浓度较高平均排放浓度在55mg/m3左右，收集或者处理程度比较低。目前存在的难题是：1）该行业的部分生产线变化性较大，而且更换周期不定。2）VoC排放浓度在各个工艺之间差异较大，这对VoC集中收集造成了不小的难度，对该行业VoC排放标准的制定也有很大影响。
从调研结果来看，VoC排放污染最严重的是印刷线路板行业的松香涂布工艺（150—200mg/m3），其次是电容器的包封工艺（70—95mg/m3），往下分别是电容器涂硅工艺（25—40mg/m3）、线路板丝路印刷工艺（25—35mg/m3）、半固化片涂层工艺（20—30mg/m3）、音频磁头固定绕线工艺（20—30mg/m3）、电感点胶工艺（15—25mg/m3）。
电子元件行业中VoC排放的主要来源是大量工业有机溶剂用于稀释和元件清洗、绝缘等方面。对于VoC的检测和处理等方面，有以下三点建议：1）在VoC检测方面，不同方法的采样检测结果来看几种方法的测试结果基本吻合，GC/mS检测结果最为全面准确，但由于在设备成本和检测成本方面较高，建议采用气相色谱检测非甲烷总烃结合苯系物的方法来做比较经济可行。2）在VoC处理方面建议从源头下手，用毒性小，挥发性相对小的有机溶剂代替毒性大的有机溶剂，挥发性强的有机溶剂，经过权威测试，确定相关受控工艺，分散或者集中收集处理。3）处理技术方面，由于排放浓度较高，建议使用联合工艺进行处理，如活性炭吸附结合焚烧，或者活性炭吸附结合生物技术等。
参考文献：
[1]张少梅、沈晋明，室内挥发性有机化合物（VoC）污染的研究，洁净与空调技术，2003，3：1—4.
[2]上海市环境科学研究院，半导体行业污染物排放标准，2004.
[3]DB35/156—1996制鞋工业大气污染物排放标准.