半导体制造技术范文10篇

1980年前，我国半导体产业已经形成较完整的包括设备、原料、制造、工艺等方面的科研和生产体系，主要分布于原电子部（信息产业部）、中国科学院和航天部系统。

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。

1引言

功率模块焊接和连接的最新技术水平是空白的使用一一半导体底面与顶层基材和铝（A）粗线互连的无铅焊接工艺。由于设计灵活性大、实现自动化的程序简单，铝线绑定现在己成为顶层互连的首选。遗憾的是，由于众所周知的生命周期局限的原因，铝粗线焊接成了众多设计的瓶颈。过去，利用烧结带或编织带提出了一些关于芯片顶层触点的解决方案对于1C或存储产品而言，作为粗金（Au）线的替代品，铜（Cu）线绑定具有较高的适配率。还强烈希望采用较大直径的电线作为铝线的替代品，并提出了此课题的有关事项PM。铜线绑定保持了当前铝线绑定法的设计灵活性和工艺灵活性，但是粗铜线要求顶层金属化整体更加牢固，以防止功率半导体在粘合焊盘的作用下出现芯片裂纹和结构损坏。很多功率半导体制造厂正在着手解决这一问题。本文提出的连接方法的主要优势之一是这种方法可使用粗铜线绑定，无需改变半导体顶层金属化。因此，半导体制造厂可依靠现有的工艺技术和既定的金属化，在前端和后端／封装材料之间留出分隔线。于是，高可靠性功率模块完全有可能实现较快的上市时间。银烧结是一种成熟的功率半导体焊接和连接技术，｜｜J靠性很高，要求使用常见的金属化表面。例如NiAu、Pd或Ag，这些表面都很常用，大多数制造厂有售。

2绑定和焊接技术

2．1低压烧结。低压烧结接受用于生产整流器功率模块，采用这种技术，功率模块质量更好，热工特性、机械特性和电气特性优良。烧结时需要在焊接件之间涂银膏。烧结过程中，施加压力产生一层密实的银层，连接可靠。烧结过程中，当银膏中的银颗粒和有机物促使扩散力增加时，可减小施加的压力。据报道，当前的烧结工艺可在40MPa以下的压力水平完成｜6im。减小压力可生产不同规格的模块，从而增加设计灵活性，便于利用批量生产技术。2．2粗铜线绑定。铜线绑定是电力电子产品总成的大电流互连最看好的技术之一。与铝线绑定相比，铜线绑定布局灵活性高、质量过程成熟，正因为这两条原因，加快了铜线绑定的研发。与铝材相比，电线粘合互连采用铜质材料，有两大好处：（1）电流能力增加37％：（2）铜的热传导率好（比铝的热传导率高达80％）。2．3丹佛斯粘合缓冲板技术（DBB）。丹佛斯粘合缓冲板技术（DBB）由烧结在金属半导体顶层金属化表面上的薄铜箔组成，如图1所示。此外，替换半导体底面接口与DBC基体的凸点瓦连时，也可采用相同的烧结技术。图1烧结DBB银和铜线綁定热堆栈的横截面设计DBB吋，其尺寸要保证热机械优化，以减小由于CTE不匹配而引起的机械应力。除了铜线绑定期间可吸收能量和保护晶片的特性外，DBB还具有很多热特性和电气特性优势。采用DBB后，半导体内出现均匀的电流密度分配。由于竖向电流流动得到改善，无需在半导体上采用针脚式粘合。此部分将进一步介绍标准整流器模块和第2部分所述方法制成的相同模块之间的直接比较结果。

3结果

3．1热模拟。为了证明新封装技术的性能，我们使用热模拟软件FlowEFD，对不同的设计方案进行了研宄。为了便于对结果进行比较，所有方案都采用相同的条件。图2显示的是FEM模拟的边界条件。图2第一糢拟部分和第二糢拟部分的边界条件DBB的附加热能力对Zth曲线有积极影响，W为它能储存短热能脉冲。图3所示的是不同变型（VI？V5）不同时间（l〇ms、100ms、1000ms）的热阻抗。在烧结的DBB变型（V5）中，10ms的Zth比标准焊机技术（VI）低大于22％。另外，DBB的热能力对Rth没有负面影响，因为它未在热源（晶片）和热沉之间的传热路径上。3．2可靠性。从以前的标准焊接模块、烧结模块和编织带模块试验中得出比较数据W。功申循环结果如阁4所示。丹佛斯标准整流器模块约有40000个循环，而采川铝线的烧结模块约有70000个循环。DBB模块至少有600000个循环，比丹佛斯标准模块好约15倍，比行业标准好约60倍mi。

摘要：本文通过分析电力电子技术的发展状况，再结合电力电子技术在我国电力机车牵引电传动系统中的应用情况，指出了宽禁带半导体技术是今后从事电力电子技术研究的重要方向，并提出了继续探究优化改型IGBT和SiC功率器件在电力机车上的应用研究，对促进我国电力机车的发展具有重大意义。

关键词:电力电子技术；电力机车；牵引电传动系统

随着电力电子技术的快速发展，电力机车牵引电传动系统发生了巨大的变化。20世纪中后期，采用交直传动系统的韶山型电力机车在我国铁路交通运输中占主导地位，但随着现代科学与技术的快速发展，采用交直交传动系统的和谐系列电力机车，在生产实际中得到广泛的应用，并逐渐取代了韶山型电力机车。在电力机车牵引电传动系统的发展历程中，电力电子技术承担着举足轻重的作用，因此，电力电子技术在电力机车牵引电传动系统中的应用研究具有重要意义。

1电力电子技术的发展

1947年，第一只晶体管的研制成功，开创了半导体固态电子学，20世纪50年代功率半导体二极管的出现，提高了整流电路的效率。1957年美国通用电气公司研制出第一只可控型电力电子器件———晶闸管，次年得以商业化，标志着对电能变换与控制的电力电子技术诞生。电力电子技术是一门新型技术，但是发展快速，其原因有两个：一是：人类电气化时代，电能在国民工业中的应用比重已成为衡量一个国家发展水平的重要指标，电力电子技术适应了当今世界人们对电能的巨大需求以及能源利用效率的不断追求，利用电力电子技术可以实现交流到直流（AC/DC）、直流到交流（DC/AC）、交流到交流（AC/AC）、直流到直流（DC/DC）等多形式的能量变换，这为太阳能、风能等清洁能源的利用，高效的交流传动，以及高压直流输电等各领域的应用打开了广阔的前景。二是：电力电子器件的发展极大地扩展了电力电子技术应用的功率范围，微处理器的出现实现了控制数字化，快速推进了电力电子技术的应用发展。1.1传统电力电子技术。晶闸管的发明扩展了半导体器件的功率控制范围，在二十世纪60年代得到快速推广，主要应用于大功率整流器。二十世纪60年代普遍较大功率的工业用电由工频交流发电机产生，其中有近20%的电力是给直流用电负载使用，而大功率硅整流器实现了将工频交流电转换成直流电。晶闸管具有体积小、功耗小、效率高、可控等特点，用它构成的变流装置具有寿命长、易维护等优点。因此，晶闸管的开发与应用在上世纪六、七十年代得到了快速发展。由于晶闸管的关断不可控，需要依靠外加电路或外加反向电压来实现关断，这就限制了晶闸管的应用。随着科技的发展，多种多样的负载不断涌现，对需求的电能提出了更高的要求，在二十世纪70年代，全控型器件出现了，并逐渐占据主导地位，如快速晶闸管、门极可关断晶闸管。全控型器件具有自身可关断性能和较高开关速度，在整流、逆变、斩波、变频电路中得到了广泛应用，电力电子技术得到突飞猛进的发展。但是快速晶闸管、门极可关断晶闸管工作频率不高，只能在中低频的范围内应用。1.2现代化电力电子技术。20世纪80年代初期，大功率绝缘栅双极晶体管（IGBT）的出现把电力电子技术的应用带入高频及中大功率领域。IGBT具有较高综合性能，开关频率方面，一般可达10kHz至20kHz，小功率的甚至高达100kHz；电压等级方面，最高电压已达到6500V，该电压下的电流可达750A，1700V电压等级的电流可达2400A；温度方面，最高可达175℃。开关器件的高频化也促进了电感器件体积的成倍缩小。大中型功率高频IGBT的发展持续促进着电力电子设备朝轻重量、小体积、高效能方面发展，再结合日益进步的微处理芯片技术，现代电力电子技术已实现了全控化、集成化、高频化、控制技术数字化和电路形式弱电化，应用场合越来越广泛。由于负载对供电电能的质量要求越来越高，科研工作者还在不断进行IGBT改型研究。经过多年应用发展Si器件为基础的电力电子技术相当成熟，Si器件在开关频率、通态压降以及结温等性能指标上难以继续提升，发展空间较小。新一代宽禁带半导体材料（如碳化硅）的电力电子器件具有比硅器件高得多的耐受高电压的能力、低得多的通态电阻、更好的导热性能和热稳定性以及更强的耐受高温和射线辐射的能力等。当前宽禁带半导体器件的发展一直受制于材料的提炼、制造以及半导体的制造工艺水平，尚处于起步阶段。目前，我国在应用宽禁带半导体方面也进行了初步的研究。宽禁带半导体在照明中应用已形成一定规模，2017年我国氮化物半导体照明产业的产值突飞猛进，突破了5000亿。同时，微波毫米波器件已开始应用于通讯、卫星通信、对抗、雷达等领域。未来，宽禁带半导体将在新能源汽车、电力转换等行业有着越来越广泛的应用。由此可见，宽禁带半导体技术是我们从事电力电子技术研究的一个重要方面。

2电力电子技术在我国电力机车牵引电传动系统中的应用

摘要本文重点对半导体硅材料，GaAs和InP单晶材料，半导体超晶格、量子阱材料，一维量子线、零维量子点半导体微结构材料，宽带隙半导体材料，光子晶体材料，量子比特构建与材料等目前达到的水平和器件应用概况及其发展趋势作了概述。最后，提出了发展我国半导体材料的建议。

关键词半导体材料量子线量子点材料光子晶体

1半导体材料的战略地位

上世纪中叶，单晶硅和半导体晶体管的发明及其硅集成电路的研制成功，导致了电子工业革命；上世纪70年代初石英光导纤维材料和GaAs激光器的发明，促进了光纤通信技术迅速发展并逐步形成了高新技术产业，使人类进入了信息时代。超晶格概念的提出及其半导体超晶格、量子阱材料的研制成功，彻底改变了光电器件的设计思想，使半导体器件的设计与制造从“杂质工程”发展到“能带工程”。纳米科学技术的发展和应用，将使人类能从原子、分子或纳米尺度水平上控制、操纵和制造功能强大的新型器件与电路，必将深刻地影响着世界的政治、经济格局和军事对抗的形式，彻底改变人们的生活方式。

2几种主要半导体材料的发展现状与趋势

2.1硅材料

1半导体材料的战略地位

上世纪中叶，单晶硅和半导体晶体管的发明及其硅集成电路的研制成功，导致了电子工业革命；上世纪70年代初石英光导纤维材料和GaAs激光器的发明，促进了光纤通信技术迅速发展并逐步形成了高新技术产业，使人类进入了信息时代。超晶格概念的提出及其半导体超晶格、量子阱材料的研制成功，彻底改变了光电器件的设计思想，使半导体器件的设计与制造从“杂质工程”发展到“能带工程”。纳米科学技术的发展和应用，将使人类能从原子、分子或纳米尺度水平上控制、操纵和制造功能强大的新型器件与电路，必将深刻地影响着世界的政治、经济格局和军事对抗的形式，彻底改变人们的生活方式。

2几种主要半导体材料的发展现状与趋势

2.1硅材料

从提高硅集成电路成品率，降低成本看，增大直拉硅（CZ－Si）单晶的直径和减小微缺陷的密度仍是今后CZ－Si发展的总趋势。目前直径为8英寸（200mm）的Si单晶已实现大规模工业生产，基于直径为12英寸（300mm）硅片的集成电路（IC‘s）技术正处在由实验室向工业生产转变中。目前300mm，0.18μm工艺的硅ULSI生产线已经投入生产，300mm，0.13μm工艺生产线也将在2003年完成评估。18英寸重达414公斤的硅单晶和18英寸的硅园片已在实验室研制成功，直径27英寸硅单晶研制也正在积极筹划中。

从进一步提高硅IC‘S的速度和集成度看，研制适合于硅深亚微米乃至纳米工艺所需的大直径硅外延片会成为硅材料发展的主流。另外，SOI材料，包括智能剥离（Smartcut）和SIMOX材料等也发展很快。目前，直径8英寸的硅外延片和SOI材料已研制成功，更大尺寸的片材也在开发中。

摘要本文重点对半导体硅材料，GaAs和InP单晶材料，半导体超晶格、量子阱材料，一维量子线、零维量子点半导体微结构材料，宽带隙半导体材料，光子晶体材料，量子比特构建与材料等目前达到的水平和器件应用概况及其发展趋势作了概述。最后，提出了发展我国半导体材料的建议。

关键词半导体材料量子线量子点材料光子晶体

1半导体材料的战略地位

上世纪中叶，单晶硅和半导体晶体管的发明及其硅集成电路的研制成功，导致了电子工业革命；上世纪70年代初石英光导纤维材料和GaAs激光器的发明，促进了光纤通信技术迅速发展并逐步形成了高新技术产业，使人类进入了信息时代。超晶格概念的提出及其半导体超晶格、量子阱材料的研制成功，彻底改变了光电器件的设计思想，使半导体器件的设计与制造从“杂质工程”发展到“能带工程”。纳米科学技术的发展和应用，将使人类能从原子、分子或纳米尺度水平上控制、操纵和制造功能强大的新型器件与电路，必将深刻地影响着世界的政治、经济格局和军事对抗的形式，彻底改变人们的生活方式。

2几种主要半导体材料的发展现状与趋势

2.1硅材料

摘要本文重点对半导体硅材料，GaAs和InP单晶材料，半导体超晶格、量子阱材料，一维量子线、零维量子点半导体微结构材料，宽带隙半导体材料，光子晶体材料，量子比特构建与材料等目前达到的水平和器件应用概况及其发展趋势作了概述。最后，提出了发展我国半导体材料的建议。

关键词半导体材料量子线量子点材料光子晶体

1半导体材料的战略地位

上世纪中叶，单晶硅和半导体晶体管的发明及其硅集成电路的研制成功，导致了电子工业革命；上世纪70年代初石英光导纤维材料和GaAs激光器的发明，促进了光纤通信技术迅速发展并逐步形成了高新技术产业，使人类进入了信息时代。超晶格概念的提出及其半导体超晶格、量子阱材料的研制成功，彻底改变了光电器件的设计思想，使半导体器件的设计与制造从“杂质工程”发展到“能带工程”。纳米科学技术的发展和应用，将使人类能从原子、分子或纳米尺度水平上控制、操纵和制造功能强大的新型器件与电路，必将深刻地影响着世界的政治、经济格局和军事对抗的形式，彻底改变人们的生活方式。

2几种主要半导体材料的发展现状与趋势

2.1硅材料

摘要本文重点对半导体硅材料，GaAs和InP单晶材料，半导体超晶格、量子阱材料，一维量子线、零维量子点半导体微结构材料，宽带隙半导体材料，光子晶体材料，量子比特构建与材料等目前达到的水平和器件应用概况及其发展趋势作了概述。最后，提出了发展我国半导体材料的建议。

关键词半导体材料量子线量子点材料光子晶体

1半导体材料的战略地位

上世纪中叶，单晶硅和半导体晶体管的发明及其硅集成电路的研制成功，导致了电子工业革命；上世纪70年代初石英光导纤维材料和GaAs激光器的发明，促进了光纤通信技术迅速发展并逐步形成了高新技术产业，使人类进入了信息时代。超晶格概念的提出及其半导体超晶格、量子阱材料的研制成功，彻底改变了光电器件的设计思想，使半导体器件的设计与制造从“杂质工程”发展到“能带工程”。纳米科学技术的发展和应用，将使人类能从原子、分子或纳米尺度水平上控制、操纵和制造功能强大的新型器件与电路，必将深刻地影响着世界的政治、经济格局和军事对抗的形式，彻底改变人们的生活方式。

2几种主要半导体材料的发展现状与趋势

2.1硅材料

摘要本文重点对半导体硅材料，GaAs和InP单晶材料，半导体超晶格、量子阱材料，一维量子线、零维量子点半导体微结构材料，宽带隙半导体材料，光子晶体材料，量子比特构建与材料等目前达到的水平和器件应用概况及其发展趋势作了概述。最后，提出了发展我国半导体材料的建议。

关键词半导体材料量子线量子点材料光子晶体

1半导体材料的战略地位

上世纪中叶，单晶硅和半导体晶体管的发明及其硅集成电路的研制成功，导致了电子工业革命；上世纪70年代初石英光导纤维材料和GaAs激光器的发明，促进了光纤通信技术迅速发展并逐步形成了高新技术产业，使人类进入了信息时代。超晶格概念的提出及其半导体超晶格、量子阱材料的研制成功，彻底改变了光电器件的设计思想，使半导体器件的设计与制造从“杂质工程”发展到“能带工程”。纳米科学技术的发展和应用，将使人类能从原子、分子或纳米尺度水平上控制、操纵和制造功能强大的新型器件与电路，必将深刻地影响着世界的政治、经济格局和军事对抗的形式，彻底改变人们的生活方式。

2几种主要半导体材料的发展现状与趋势

2.1硅材料

摘要本文重点对半导体硅材料，GaAs和InP单晶材料，半导体超晶格、量子阱材料，一维量子线、零维量子点半导体微结构材料，宽带隙半导体材料，光子晶体材料，量子比特构建与材料等目前达到的水平和器件应用概况及其发展趋势作了概述。最后，提出了发展我国半导体材料的建议。

关键词半导体材料量子线量子点材料光子晶体

1半导体材料的战略地位

上世纪中叶，单晶硅和半导体晶体管的发明及其硅集成电路的研制成功，导致了电子工业革命；上世纪70年代初石英光导纤维材料和GaAs激光器的发明，促进了光纤通信技术迅速发展并逐步形成了高新技术产业，使人类进入了信息时代。超晶格概念的提出及其半导体超晶格、量子阱材料的研制成功，彻底改变了光电器件的设计思想，使半导体器件的设计与制造从“杂质工程”发展到“能带工程”。纳米科学技术的发展和应用，将使人类能从原子、分子或纳米尺度水平上控制、操纵和制造功能强大的新型器件与电路，必将深刻地影响着世界的政治、经济格局和军事对抗的形式，彻底改变人们的生活方式。

2几种主要半导体材料的发展现状与趋势

2.1硅材料