《半导体器件平面工艺实验》课程教学,该文是关于课程教学类专科毕业论文范文与《半导体器件平面工艺实验》和课程教学和探讨类本科论文范文.
课程教学论文参考文献：
贺媛,王蕊,牛立刚,李昕,何艳,张彤*
（吉林大学电子科学与工程学院,吉林长春130012）
摘 要：本文先介绍了半导体平面工艺的发展史,及其在重要的现实意义,然后简单叙述了本实验教学中心开设的《半导体器件平面工艺实验》的课程内容设置,对实验课课堂教学中的理论和实际教学方法进行了探讨,提出课前集中讲解和实验后答疑分析讲解相结合的实验教学方法,并引导学生以科技论文形式完成专业实验课实验报告的创新教学思路.
关键词：半导体平面工艺；实践教学；教学方法
中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）40-0150-02
一、引言
半导体器件平面工艺技术是60年展起来的一种非常重要的半导体技术[1].半导体器件平面工艺即：在半导体芯片上通过氧化、光刻、扩散、电极蒸发等一系列流程,制作出晶体管和集成电路；制作的器件和电路都是在芯片表面一层附近处,整个芯片基本上保持是平坦的（实际上,表面存在许多台阶）；制作出的晶体管称为平面晶体管（相对于台面晶体管而言）,故称相应的制作工艺为平面工艺[2].迄今为止,平面工艺已经是制造各种半导体器件与集成电路的基本工艺技术.因此,让相关专业的本科生了解平面工艺的基本制作工艺有着非常重要的现实意义.
二、平面工艺的发展史
同许多重要的工艺进展一样,平面工艺也是从前几代工艺中演变、发展来的.下面分别介绍这几种半导体器件的制造方法及工艺[3].
1.生长结方法.该方法是在掺有某种杂质的半导体熔液中生长半导体单晶.通过在生长过程中的某一时刻,突然改变熔液的导电类型来达到生长P-N结的目的.举例说明如下：例如在含有P型杂质的溶液中生长了一段时间后,投入一颗含有施主杂质的小球,结果,单晶的其余部分长成N型.生长完成后,再把晶体切成含有P-N结的小条.在结型晶体管发明之后的头几年,这个方法是极其重要的,但从大批量生产的角度来看,生长结方法不如合金结方法更有效.
2.合金结方法.为了更好理解,我们将举例说明.
在一个N型的半导体片子上放入一个含有受主型杂质的小球,并将它们一起加热到足够高的温度,使得小球以融解或合金的形式掺入到半导体片子中,晶体冷却之后,小球下面会形成一个受主型杂质饱和的再分布结晶区,这样就得到了一个P-N结.
这种方法不仅在发明之初是,而且现在仍然是二极管和晶体管（主要是锗器件）大批量生产中广为使用的一种方法.但是,随着科技的发展,对半导体器件性能的要求越来越高,而合金结方法的局限性就暴露出来了,比如,其结的位置总是难以控制.
3.平面工艺.为了探索一种能够精确控制P-N结位置的方法,扩散结方法就应运而生了.扩散结的形成方式与合金过程有相似之处,即片子的表面是暴露于高浓度杂质源之中的.但扩散结,在这种情况下不发生相变,杂质依靠固态扩散的方式进入半导体晶体内部,而固态扩散则是能够非常精确地加以控制的.此外,由于二氧化硅薄层能够有效地掩蔽大多数最重要的受主和施主杂质的扩散,因而半导体几何图形的控制精度也大大提高了；另外,二氧化硅薄层还具有能钝化半导体器件表面的作用,因此,器件受周围环境影响的弱点可以得到极大的克服,从而提高器件的重复性和稳定性得到了较大的提高.
综上所述,平面工艺就是利用掩蔽膜,通过光刻技术控制几何图形,进行选择扩散形成P-N结,制造半导体器件的工艺.其具有用固态扩散方法形成结和利用二氧化硅掩膜精确控制器件几何图形的优点.
三、课程教学探讨
1.课程内容设置.本实验教学中心开设的半导体器件平面工艺实验的主要目的是应用平面工艺技术制作半导体二极管,通过对最基本的半导体单元器件的制作来达到让学生熟悉平面工艺流程,深刻理解平面工艺原理并掌握简单平面工艺操作技能的目的.本实验教学中心开设的半导体器件平面工艺的具体实验流程如图2所示.
（1）首先在Si外延片的表面利用热氧化的方法生长一层SiO2的氧化层,这层SiO2既起到对杂质的屏蔽作用,又能起到绝缘等保护作用.生长氧化层的时候采用干湿氧交替的方法来达到既保证氧化层厚度又保证氧化层致密性的目的.
（2）通过湿法刻蚀的方法在SiO2层表面刻蚀出扩散窗口,或者称为P区窗口.
（3）以BN为源,向扩散窗口中进行B扩散.这里一般有两个过程：一是B预沉积,即,在表面杂质浓度恒定的条件下,将杂质B沉积在Si表面的一无限薄层内,通过扩散时间的控制可以决定杂质总量的多少.这一过程之后,我们通过测量样片方块电阻的方法,以确定杂质总量是否合适.二是B再分布,即在杂质总量恒定的条件下,向Si深层进行B扩散,通过扩散时间的控制可以决定杂质扩散的深度.这一过程之后,进行扩散深度的测量,又叫结深测量.
（4）B扩散之后,含有B杂质的区域就成为P型Si,称为P区.由于B再分布过程是在通氧气的环境下进行的,因此会在P区表面形成一薄层SiO2,必须通过二次光刻,刻蚀出电极引线孔.
（5）二次光刻后,利用真空蒸发工艺,在器件表面沉积一层金属Al作为电极.
（6）再进行三次光刻,去掉多余部分的Al,最终形成Al电极.这样一个简单的二极管就制作完成了.
（7）最后进行二极管正反向偏置条件下结特性的测量,以确定二极管的性能.
2.课堂教学方法探讨.本实验课的教学方法采用实验前集中讲解和实验后答疑分析讲解相结合的方法.
实验前的集中讲解：讲解本实验的实验原理、实验目的、实验步骤,并提出一些实验中要涉及到的相关知识,让学生提早预习.答疑和分析讲解：实验完成后,每个小组要针对自己的实验过程和结果进行小结,由老师解答学生还存在的疑问,并对实验结果进行分析.由于本实验是一个综合性,研究型的实验,所以我们在实验报告的写作上也进行了一些改革,要求学生以科技论文的方式来完成本课程实验的实验报告.这样的教学方法和形式,能达到教与学的互动和融洽,使师生在教与学的过程中真正沟通,教师能动态地了解学生的实验情况和要求,也让教师动态地了解自己的教学效果.
本实验课的目的是通过氧化、扩散、光刻这三个最基本的半导体平面工序制造出一个完整的半导体二极管,是一个典型的综合性、研究型实验.本实验的功能主要巩固相关专业的本科生所学的专业基础知识,了解和掌握半导体器件制备工艺的主要过程,具有一定分析、解决实际工艺问题的能力,激发学生对微电子行业的兴趣.因此,在完成本学院本科生必修实验课程的基础上,可以部分面向全校学生开放,为跨专业的学生提供与此技术相关的课外选修实验项目,大学生创新创业项目和开放创新实验项目等.学生可以根据自己的兴趣爱好选修实验中心提供的实验项目,也可以根据自己的一些想法,提出完整的实验方案,实验中心可以为具有可行性的实验方案提供场地与仪器设备.毕业班的学生则可以根据自己就业的需要,进行一些实用性的实验项目或参与科研工作,在实验教师的指导下,完成科研项目中的一些子项目或功能模块.使得参与实验项目学生的动手实践能力得到较好的锻炼,培养学生的创新意识,强化学生的动手能力,全面提高学生的综合素质,为他们今后走向社会,迎接信息时代的挑战作好充分准备.
四、结论
半导体器件平面工艺实验课程的开设可以让学生更加直观的了解这个行业,加深对前面几门课程的理解.该实践课程主要是应用平面工艺技术制作半导体中最基本的器件二极管.学生通过氧化、光刻、扩散、蒸发、结特性测量等一系列实验,掌握半导体器件的工艺流程.培养学生实际动手能力、独立处理问题和解决问题的能力,提高学生就业竞争力.
参考文献：
[1]阮刚.集成电路工艺和器件的计算机模拟———IC TCAD技术概论[M].上海：复旦大学出版社.
[2]戴猷元.集成电路工艺中的化学品[M].北京：化学工业出版社.
[3]黄步光.平面工艺制造集成电路的研究[J].黑龙江科技信息,2012,（29）.
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