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内容简介

　　《半导体工艺与测试实验》主要内容包括半导体工艺的6个主要单项实验、半导体材料特性表征与器件测试实验、工艺和器件特性仿真实验。并通过综合流程实验整合各单项实验知识和技能，着重培养学生的半导体器件的综合设计能力。

目录

前言
第1章绪论
1.1实验目的
1.2实验要求
1.3洁净室简介
1.4实验室安全与注意事项
第2章半导体工艺实验
2.1光掩模版介绍
2.2工艺流程介绍
2.3硅片清洗实验
2.4热氧化工艺实验
2.5光刻工艺实验
2.6湿法刻蚀工艺实验
2.7磷扩散工艺实验
2.8金属蒸镀工艺实验
第3章半导体材料与器件特性表征实验
3.1高频光电导衰减法测量硅单晶少子寿命实验
3.2四探针法测量硅片电阻率与杂质浓度实验
3.3半导体材料的霍尔效应测量实验
3.4pn结的电容-电压（C-V）特性测试实验
3.5双极型晶体管的直流参数测试实验
3.6薄膜晶体管器件电学特性测试实验
3.7MOS结构的Si-SiO2界面态密度分布测量实验
第4章综合实验
4.1半导体仿真工具SILVACO TCAD介绍
4.2工艺仿真的基本操作
4.3PMOS器件工艺仿真实验
4.4半导体器件物理特性仿真
4.5半导体器件设计实验
4.6半导体器件制备和特性测试实验
参考文献

精彩书摘

　　第1章绪论
　　半导体工艺与测试实验是微电子学专业的基础课程，围绕半导体材料、器件、工艺等环节开设.根据微电子学专业的培养目标，实验教学将为学生在电子器件领域从事工程技术工作和科学研究提供系统的实践训练.学生在实验的学习过程中，要有意识地提高科学实验素养，具有强烈的求知欲望、严谨的科学态度以及勇于探索的钻研精神.本章是实验的预备知识，内容安排如下： 1-1节和1-2节阐述本实验课程中两大部分实验的目的与要求；1-3节介绍洁净实验室的环境；1-4节提出学生进入实验室学习的安全与注意事项.1-1实 验 目 的随着科学技术的发展，社会对大学生的素质要求也不断提高，微电子学专业的学生不但要掌握集成电路的基本理论知识，而且还要掌握基本的实验技能，并具有一定的科学研究能力.
　　半导体工艺与测试实验是一门实践性、技术性较强的专业实验课，是微电子学专业教学内容必不可少的一部分.同时也是理论教学的深化和补充，巩固和加深学生对所学的半导体材料、半导体物理、半导体器件、集成电路原理和微加工技术等专业课程的理解，进一步巩固相关理论知识，为从事电子器件设计与制造打下良好的基础.本课程通过半导体工艺实验，加深学生对整个半导体器件制造工艺的了解，培养学生的动手能力和半导体器件工艺流程设计的能力，并提高学生独立分析问题、解决问题的能力；通过半导体材料与器件特性表征实验，使对半导体材料性能参数、半导体表面及界面态的测量、半导体器件电学参数的观测等实验手段有较深入的认识，了解和掌握有关半导体材料和器件特性检测方面的基本方法和实验手段，提高学生的实验技能；通过综合实验，利用TCAD(Technology Computer Aided Design)仿真软件对工艺和器件进行仿真、设计，扩展对实验局限性的认识，探讨现代工艺和器件的主要改进方向.最后从器件设计、集成制备、表征检测等方面完成半导体器件项目的流程综合训练，着重培养学生的综合设计和创新能力.
　　1-2实验要求
　　1-2-1实验预习要求
　　实验前应仔细阅读实验教材和参考资料，熟悉仪器设备的说明书，了解相关的理论知识.明确实验目的、实验原理、实验内容和注意事项，按要求做好预习报告，知道实验该做什么，怎么做，大概会出现如何的结果.
　　1-2-2实验过程要求
　　实验过程中，要严格遵守实验室有关规章制度，正确操作和使用仪器设备.实验安全问题十分重要，学生应按照不同实验的要求，佩戴好个人的防护，同时也要注意用电、用气、热辐射、化学腐蚀等安全问题.每个实验仪器都有具体的指示牌，标明了仪器的正确操作步骤和最重要的注意事项，需要仔细阅读.实验时，需要填写实验记录表，把测量的原始数据记录下来，同时实验过程中遇到问题，也需要记录下来，与老师共同寻求解决方案，最后要附在实验报告里.实验结束后，要把仪器设备恢复到初始状态，把有关的实验用品整理好才能离开，如有仪器设备损坏，须及时报告老师.
　　1-2-3实验报告要求
　　实验报告应简单明了，语言通顺，图表规范完整.实验报告内容应包括：实验原理简述、实验步骤、实验数据（实验原始记录表）、实验结果分析（含图表）、实验讨论和思考题.按时提交实验报告.
　　1-2-4实验完成后要求
　　实验课程完成后学生在知识结构和实验技能方面应达到以下要求：（1） 对整个集成电路工艺流程、半导体材料与器件特性表征方法有一个比较全面的了解.（2） 能够熟练掌握常见的半导体工艺设备和测试仪器，进一步巩固和加深对集成电路器件的理解，综合运用所学知识提高独立设计集成电路器件的能力.（3） 能根据实验要求熟练查阅手册及有关的参考资料，通过独立思考，深入钻研有关问题，培养自己独立分析问题、解决问题的能力，具有一定的创新能力.（4） 准确分析实验结果，认真撰写实验报告及设计报告，要求文理通顺、说理清楚、立论准确.（5） 通过完成综合实验，培养学生独立解决实际问题的能力，提高学生的科研素质与创新意识.
　　1-3洁净室简介
　　半导体器件制造必须要在一个洁净无污染的环境中进行，基本原则是要有一个封闭的空间，由非污染物建造，并能提供洁净的空气，还包括可以防止由外界或操作人员带入的意外污染.洁净室是指能将一定空间范围内的空气中的微粒子、有害空气、细菌等污染物排除，并将室内温度、洁净度、室内压力、气流速度与气流分布、噪音振动及照明、静电等控制在某一需求范围内而特别设计的房间.也即是不论外在空气条件如何变化，其室内均能具有维持原先所设定要求的洁净度、温湿度及压力等性能特性.按照国际惯例，无尘净化级别主要是根据每立方米空气中粒子直径大于划分标准的粒子数量来规定的.也就是说所谓无尘并非百分之百没有一点灰尘，而是控制在一个非常微量的单位级别上.当然这个标准中符合灰尘标准的颗粒相对于我们常见的灰尘已经是小得微乎其微，但是对于半导体制造而言，哪怕是一点点的灰尘都会产生非常大的负面影响，所以在半导体器件生产上，无尘是必然的要求.
　　每立方米将小于0-3μm粒径的微尘数量控制在3500个以下，就达到了国际无尘标准的A级.目前应用在芯片级生产加工的无尘标准对于灰尘的要求高于A级，这样的高标准主要被应用在一些等级较高的芯片生产上.5μm及以下的微尘数量被严格控制在每立方米1000个以内，这也就是业内俗称的1K级别.目前，一般半导体工艺洁净实验室主要由以下几个功能区组成：更衣区、风淋室、纯水间、空调机房和工艺实验工作区.更衣区作为洁净室与外界的缓冲部分，用于放置洁净服.工作人员必须在此区域更换洁净服，进入洁净室的物品也必须在此清洁.风淋室是连接洁净室和更衣区的部分，工作人员进入风淋室，高速流动的空气可以吹落洁净服外面的颗粒.
　　风淋室采用互锁系统，可以防止前后门同时打开.工艺实验工作区是器件制造的主要场地，回风空气经过一系列过滤器，以均匀平行的方式流出，为洁净室提供洁净的空气，使之达到相应的洁净级别.为了维持洁净室的高洁净度，除了建立一个完整的空气循环系统外，日常对其维护是很重要的.洁净室的污染源来自于工作人员、仪器、实验用品（实验材料、化学药品等），其中工作人员是最大的污染源，即使一个经过风淋的工作人员，当他坐着的时候，每秒钟也可释放10万到100万个颗粒，活动的时候，就会释放得更多.因此，进入洁净室，工作人员要把身体的每个部位罩住，也就是从头到脚都要在洁净服里面.
　　1-4实验室安全与注意事项
　　实验室是进行科学研究和实践的地方，有大量的仪器设备、实验材料和特殊的实验环境.各类实验室装备不同，实验环境要求也不同.学生进入实验室学习一定要养成良好的实验习惯，严格执行实验室给出的各项具体的操作规程和安全防护规则，确保人身安全和仪器安全.在半导体制造和器件测试的过程中，也存在着广泛的安全隐患，如化学溶液（腐蚀或有毒）、压缩气体、高温、高压电、辐射、机械危险等.特别是进入洁净室前，必须学习如何使用这些材料和仪器，了解相关的安全准则.
　　1-4-1化学溶液使用
　　安全工艺实验的洁净室内要用到大量的化学溶液，如酸类药品（浓硫酸、浓盐酸、浓硝酸、氢氟酸、浓磷酸、醋酸）、碱类药品（氢氧化钠、氢氧化钾、TMAH、氨水）和有机药品（甲苯、丙酮、乙醇、异丙醇），要正确安全使用这些化学药品，以及学习一些急救措施.使用化学试剂前，要先看清楚标签和注意事项，或者查阅相关的安全资料，查明是否会对人体造成伤害，药品使用完毕要放回原位.特别关注以下的操作规范：（1） 使用强酸和碱类药品前，应戴上耐酸碱手套，穿上塑胶围裙，并戴上防护面罩；（2） 使用有机药品时，应戴上乳胶手套，并戴上防护面罩；（3） 在配置浓硫酸溶液时，浓硫酸应最后缓慢加入水溶液中，并用石英棒不断的搅动，绝对禁止把水溶液倒入浓硫酸中，以免飞溅伤人；(4) 使用氢氟酸时，务必使用塑料容器，严禁使用玻璃容器；氢氟酸溶液使用完毕后，应把残液倒入废弃氢氟酸桶内，严禁直接倒入下水管道.酸废液需稀释后方可倒入酸碱腐蚀槽内（氢氟酸废液除外），切不可任意倾倒，更不可与有机溶液混合.尤其是浓硫酸废液需稀释后并等溶液完全冷却，方可倒入酸碱腐蚀槽内；碱废液需稀释后方可倒入酸碱腐蚀槽内，切不可任意倾倒，更不可与有机溶液混合.
　　若不慎接触到化学有毒溶液，以下介绍一些紧急处理方法：(1) 皮肤或眼睛接触浓硫酸切忌用水冲洗，先用棉布吸取浓硫酸，再用大量水冲洗，接着用3%～5%的碳酸氢钠溶液中和，最后用水清洗；(2) 皮肤接触氢氟酸时，先用大量清水冲洗较长时间，直至伤口表面发红，然后用3%～5%的碳酸氢钠溶液洗，再以甘油和氧化镁（2∶1）悬浮剂涂抹，最后用消毒纱布包扎；（3） 眼睛接触氢氟酸时，应先用大量水冲洗，再用3%～5%的碳酸氢钠溶液清洗；(4) 皮肤或眼睛接触浓盐酸、浓硝酸、浓磷酸或醋酸时，应先用大量水冲洗，再用3%～5%的碳酸氢钠溶液清洗；(5) 皮肤或眼睛接触碱类药品应先用大量水冲洗，再用2%的乙酸溶液清洗；(6) 皮肤接触有机药品时，应用清水和肥皂水彻底冲洗；(7) 眼睛接触有机药品时，提起眼睑，用流动清水或生理盐水冲洗.
　　此外还要注意其他安全事项：（1） 在倾注或加热溶液时，不要俯视容器，以防溅在脸上或皮肤上；(2) 使用药品时，应在通风橱中完成.加热液体时，或超声有机溶液时，应关闭好橱柜门，以免液体飞溅伤人；（3） 溶液配置完毕后，应在容器上贴上标签，注明所配置溶液的名称；（4） 在工作时，应养成良好的工作姿势，上身应避免前倾入通风橱中，除避免危险外亦减少污染机会；（5） 无论晶片处于清洗或腐蚀状态，绝不可轻忽省略，擅自离开；（6） 化学药品外泄时应立即向工作人员汇报，并作适当处理，若有撤离需要时应按照指示撤离.
　　1-4-2仪器使用安全
　　使用仪器前要先了解仪器的性能、配置和正确操作方法，严禁拆卸零件及附件，不能私自调整仪器的参数.曝光机使用时，应注意以下安全事项：1- 光刻胶不能在日常白光下打开，需要戴防护手套，避免与化学药品直接接触；2- 汞灯电源冷却风机停转或发生某种故障时禁止使用电源；3- 汞灯触发时存在很高的电压和电磁干扰，务必注意人身安全和其他电子器件的干扰；4- 在测量光强度和调整汞灯时，不要直视光源，要戴好防护眼镜，以免紫外光灼伤眼睛；5- 汞灯灯泡饱含水银，水银是危险材料，应小心对待，汞灯光源运行中会达到较高温度，要注意热防护.氧化扩散炉运行时，炉内温度可以达到1000℃，注意热防护，避免直接触碰炉体；硅片和扩散源送入炉体时，必须佩戴绝热手套.电阻蒸发镀膜机使用时，需要用到机械泵和分子泵抽真空，注意分子泵的使用安全，当分子泵高速旋转时，切勿触碰.在搬运玻璃钟罩的过程中，小心掉落破碎.1-4-3用电安全电气设备与电缆要保证有良好的绝缘和接地，在带电设备上操作时，决不能用金属笔、金属尺，或佩戴戒指、手表.当手、脚或身体在有汗、水湿的情况下，不能触碰电气设备.对于一些高压设备，操作过程中身体切勿触碰仪器的电压输出端，以防触电.当忽然停电、停水时，应立刻切断仪器设备的电源和水源开关，以防来电、来水时，因无人在场发生意外事故和水淹事故.
　　1-4-4用气安全
　　打开气瓶时，必须观察流量计，以免因充气过度使仪器损坏；气体使用完毕，必须把气瓶的总开关关闭.附录《洁净室安全卫生工作管理条例》(1) 进入洁净室前，必须知会管理人员，并通过基本训练；(2) 进入洁净室严禁吸烟、饮食，除规定纸张和物品外，其他物品一概不得携带进入洁净室，并严禁嬉闹奔跑；(3) 进入洁净室前，需在洁净室外脱去外鞋，将鞋放置于鞋柜内；(4) 进入风淋室前，需从更衣区的衣柜中取出洁净服，依程序穿着洁净服，把鞋子、帽子整理好，佩戴好手套和口罩；(5) 洁净服穿好后，排队通过风淋室，去除灰尘后才能进入洁净室；(6) 不论进入或离开洁净室，须按规定在更衣区内穿脱洁净服，不可在其他区域，尤其是不可在洁净室内边走边脱；(7) 洁净服应定期清洗，有破损、脱线时，应及时换新；(8) 脱下洁净服后必须把洁净服叠好，放进衣柜相应的位置；(9) 更衣区的衣柜，除了放置洁净服等规定物品外，不得放置其他物品；(10) 洁净服等不得携带出洁净室，用毕放置于规定的地方；(11) 任何物品进入洁净室前，必须用酒精擦拭干净；(
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前言/序言

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