半导体工艺实验室的建设与管理实践.docx

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1、半导体工艺试验室的建设与治理实践黄展云;陈晖;谢德英;陈弟虎【摘 要】以建设一条“硅工艺教学生产线”为目标,中山大学建立了半导体工艺试验室.具体介绍了试验室的建设现状,包括分区设置和仪器配备,结合微电子专业特点, 开设了有关课程.从三方面具体阐述了该试验室的建设和治理实践,分别是:建设标准化试验室、建设安全试验室和建设绿色试验室,有利于试验教学工作顺当、有效和安全地进展.最终,提出三个需要解决的问题,包括师资队伍的建设、试验室建设工作打算的完善和开放试验室制度的建立.该试验室的建设,完善了微电子专业的试验教学,有利于提高学生的实践力量和创力量.【期刊名称】试验室科学【年(卷),期】2023(0

2、19)006【总页数】4 页(P205-208)【关键词】工艺试验室;标准化;安全治理;绿色试验室【作 者】黄展云;陈晖;谢德英;陈弟虎【作者单位】中山大学电子与信息工程学院,广东广州 510275;中山大学电子与信息工程学院,广东广州 510275;中山大学电子与信息工程学院,广东广州 510275;中山大学电子与信息工程学院,广东广州 510275【正文语种】中 文【中图分类】G482以集成电路为核心的微电子产业是信息化带开工业化、加快传统产业构造优化升级的关键技术和信息社会进展的基石，也是世界高科技竞争的制高点之一，在国民经济中占据着重要的地位 1。其中集成电路产业是全球高技术产业的前沿

3、与核心， 是最具活力和挑战性的战略产业。自 2023 年以来，在国家政策的大力支持下，我国集成电路产业得到了高速的进展2。伴随着产业快速进展的步伐，为了迎合产 业的需求，需要大量的应用型专业人才3-4。集成电路就是把肯定数量的常用电子元件，如电阻、电容、晶体管等，以及这些元件之间的连线，通过半导体工艺集成在一起的具有特定功能的电路。这些电子元件的制作过程，需要昂贵的设备和苛刻的试验环境条件，运转和维护的费用很大，国内也仅有几所高校拥有可供教学的集成电路工艺线。对于半导体工艺的试验教学这一环节，很多时候都是依靠参观集成电路的生产车间，不能参与操作，这对于深化学生对集成电路有关理论课程，以及提高学

4、生的动手力量、创力量和团队合作精神上，是远远不够的5。中山大学作为“国家集成电路人才培育基地”之一，在微电子人才培育方面肩负着重要的使命6。因此，中山大学建设了半导体工艺试验室，在半导体工艺的试验教学方面进展实践。整个半导体工艺试验过程，实行与企业实际生产相近的流水线，学生分组完成从硅片到半导体器件的一系列工艺，这有助于培育学生学以致用、团队协作和临场应对的力量，加深了对现有工艺的了解，使得学生毕业后可以尽快融入企业，满足企业对人才的需求。半导体工艺试验室是中山大学建的一个专业试验室，隶属学校国家级物理试验教学中心，主要担当物理科学与工程技术学院微电子专业本科生的试验教学工作，同时也对外开放，

5、为争论生供给科研平台。目标是建设一条“硅工艺教学生产线”， 并在集成电路工艺与平板显示人才培育方面形成特色，到达微电子领域人才培育的国际化水平。借鉴国外知名大学(Stanford University)半导体工艺试验教学的内容和流程，结合物理科学与工程技术学院的实际状况和条件，确定如何建立工艺试验室和配置仪器设备。试验室分为五个区域：纯水空调机房区、黄光区、湿法刻蚀区、氧化集中区和镀膜区。由于工艺试验主要涉及微米尺度的器件和构造的制作，对试验环境有特定的需要，具体包括两方面：一是需要干净试验室，该试验室需要配备特地的隔离空间及回风过滤系统，因此必需对试验场地进展改造和装修；二是需要为设备配置气

6、动、工艺气体、吹扫气体等用途的供气管道，保证教学试验设备的正常运行。目前试验室已配备了实现半导体工艺试验的相关仪器，包括：曝光机、净化显影机、加热板、匀胶机、湿法刻蚀试验台、超声清洗机、三管集中炉及其净化塔系统、电 阻蒸发镀膜机；器件外观观看和特性测试仪器包括半导体参数测试仪、薄膜、金相显微镜等。依据物理科学与工程技术学院的专业特点和培育方案，已在试验室开设了“集成电路制造工艺试验”课程。该课程是后端专业课，对象是高年级的本科生，是在学习“半导体物理”、“现代半导体器件”和“集成电路和微加工”理论课程之后而开设的独立试验课，是理论教学的深化和补充，具有很强的实践性。试验室的课程开设主要是针对本

7、学院的微电子学专业的本科生，一次能容纳 3040 名学生同时进展工艺、器件设计与制作的试验，满足约 200 人的专业试验课的需要。同时可为高年级本科生和科学争论团队，在工艺、器件设计与制作方面开展创试验和争论， 供给支撑平台。目前开设的试验工程包括工艺仿真试验、单项工艺试验、综合设计制作试验和创试验。工艺仿真试验是利用 TCAD(Technology Computer Aided Design，半导体工艺仿真以及器件仿真工具)软件进展半导体工艺流程的模拟，让学生对相关理论课程有了更深的理解，丰富了工艺试验教学内容；单项工艺试验囊括了硅工艺的六个典型试验，如硅片清洗、热氧化、光刻、湿法刻蚀、集中

8、、金属蒸镀；综合设计制作试验是单项试验的深化，包括半导体工艺流程综合试验和晶圆器件测试，让学生对半导体工艺的整个流程有了更全面、更深入的了解；创试验是为本科生开放一些仪器设备，进展创性试验和课题争论，提高学生的科研力量和创力量。试验室的建设和治理模式直接关系到试验室的进展，以及试验教学工作能否顺当、有效和安全地进展。下面从三个方面进展了试验室的建设和治理实践，目标是把半导体工艺试验室建设成标准化、安全、绿色试验室。3.1 建设标准化试验室半导体工艺试验室作为比较特别的试验室，试验室的运行必需在一个封闭、干净无 污染的环境中进展。试验仪器设备格外昂贵，试验过程中会产生有毒有害的废液、 废水和废气

9、，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，因此， 对试验室必需进展标准化治理，建立一系列标准、科学的治理规章制度7。首先建立健全试验室的安全建设与治理规章制度及仪器安全操作规程，把对学生、教师、试验室工作人员的要求，以书面的形式确定下来，规章制度及安全操作规程应挂贴在墙上，如目前已建立的规章制度有干净试验室守则、干净室安全卫生工作治理条例、干净室消防安全守则、进入离开干净室留意事项等。再就是形成了试验室日常工作治理档案8，以文档的方式记录试验室日常的运行状况，包括教学试验安排、值班记录、耗材消耗和购置状况、仪器修理记录、安全和技能培训记录、开放试验安排等等，这些将成为试验室的历

10、史记录，保障试验室和教学活动的有序进展。对于化学药品的治理，特别着眼于危急化学品待分类和安全存放。在干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)、碱类药品(氢氧化钠、TMAH、氨水)和有机药品(显影液、清洗液、剥离液、丙酮、乙醇、异丙醇)，这里有不少是属于危急化学品，制定化学药品使用安全守则，如强酸使用留意事项、碱类有机类化学品留意事项。试验室内不存放大量危急化学品，对于试验室已有的危急化学品要做到三个“必需”：必需加上标识，标识必需清楚，必需分类存放，比方易挥发的药品存放在有通风设备的房间，强氧化剂不能跟强复原剂存放在同一药品柜，易潮解的药品必需存放在防潮柜里等

11、。存放危急化学药品的柜子必需带锁，并由专人保管。使用前必需填写中山大学危急品日常使用登记表，这样也便利统计使用危急品的数量。试验中使用化学试剂时，要先看清楚标签和留意事项，或者查阅相关的安全资料，查明是否对人体造成损害，药品使用完毕要放回原位。对于废弃的化学药品，分类存放，加上清楚的标签准时送到学校设备处統一处理。对于试验室的仪器设备必需重视日常使用、维护和治理工作。制定用户手册，标准仪器使用流程，仪器设备使用前，必需对学生进展培训，讲解仪器设备的原理、性能和操作方法，确保学生安全标准地使用仪器设备；制定贵重仪器使用登记手册，每次使用前后都要对仪器的性能进展观看，便利推断仪器在何时何种状况下消

12、灭故障；试验完毕后，要把仪器设备恢复到原始的状态，把有关的试验用品整理好才能离开，如有仪器设备损坏，须准时报告教师。3.2 建设安全试验室半导体工艺试验室放置着贵重的工艺制造和测试仪器设备，一旦发生试验室安全事 故，将造成人员伤亡、仪器设备损毁、教学科研停滞，使师生员工的家庭以及社会、国家蒙受重大的损失，甚至还可能连带发生其他刑事或民事的官司或赔偿。因此强 化试验室安全治理，才能保障教学科研的正常运行，确保试验室人员和财产的安全。建立试验室安保系统，照试验室处于 24 小时安保监控全掩盖状态；安装烟感系统； 配备消防设施等。建立试验安全工作小组，统筹协调安排试验室安全建设、运行和 治理工作，设

13、立试验室的安全责任人和安全治理人，负责本试验室的日常安全治理 工作，检查监视试验室技术标准和操作规程的执行状况，定期组织开会9。制定安全事故应急处置预案并挂贴在墙上，试验室危急部位设置明显的危急标识或安全警示标志。定期对安全设施设备进展检查、维护和更，确保完好有效，填写安全工作日志或记录，如制定半导体工艺试验室安全检查表，定期对试验室进展安全检查，觉察问题上报学院和整改。对于进入试验室工作和试验的师生，必需先经过安全教育和安全操作规程培训，本科生进入试验室应签订试验室安全责任书。开展各种形式的安全教育和宣传活动， 增加师生的试验室安全意识和自我保护力量，营造良好的安全文化气氛。使用化学药品前，

14、要先看清楚标签和留意事项，或者查阅相关的安全资料，查明是否对人体造成损害，还要学习一些化学药品损害的急救方法。使用时，必需佩戴耐酸碱手套，对于强酸强碱，必要穿上防酸围裙，并佩戴防护面罩。使用仪器前要先了解仪器的性能、配备和正确操作方法，零件及附件严禁拆卸，仪器的参数不能私自调整。使用过程中，必需严格执行安全操作规程，按试验操作标准进展试验操作。对于一些创和危急试验工程需要进展必要和充分的风险评估。如曝光机使用时应戴好防护眼镜，以免紫外光灼伤眼睛；氧化集中炉运行时，炉内温度可以到达 1000，要留意热防护，放置和取拿样品时必需佩戴绝热手套等等。3.3 建设绿色试验室科技进步和社会进展不能以污染环

15、境、破坏生态平衡为代价，科学争论和试验教学过程中也必需贯彻建设绿色试验室的思想10。首先要转变传统的思维方式，要在试验室的整体运作过程中表达出绿色试验思想。“绿色试验”是指试验的微型化， 节约化学试剂，在源头上减轻污染；试剂的无毒无公害化；合理设计试验方案，实行绿色化学试验技术、方法，削减污染物排放；另一方面从化学废液、化学药品回收处理措施入手，分类回收、集中处理，降低处理难度，防止污染集中，认真执行有关有毒、有害化学废液的治理，保障社会安全11。表达绿色试验思想要贯穿整个试验过程，包括试验预备、试验过程和试验后，也包括节约资源、削减排放和废物处理。试验前，仪器设备消灭故障，可以带来水电和化学

16、药品的铺张，因此要对仪器设备进展定期检查，准时排解故障。假设有条件，可以改善试验环境，升级仪器12。如使用显影机代替手动显影，既可以提高试验效率，又可以节约溶液。少用对环境有污染的化学药品，购置有绿色标记的化学药品。在物理化学试验过程中，不行避开要产生一些有毒、有害的废弃物,如不适当处理就排放,明显违反绿色试验室的原则。在试验过程中，使用化学药品要节约，承受方法、技术，合理设计试验方案，削减污染物排放。在集中试验中，需要选择集中源，相对于液态或气态的集中源，固态集中源毒性较小，使用较安全，因此选择固态集中源。在集中过程中还是会产生有毒的气体，如三氧化二硼、三氧化二磷蒸汽，建立过滤塔系统，削减有

17、毒蒸汽排放到空气中。试验后，组织学生对一些废弃物进展集中放置，统一回收处理,既保护了环境,也增加了学生的绿色环保意识。对于试验室用到的氢氟酸溶液使用完毕后，应把残液倒入废弃的氢氟酸桶内，严禁直接倒入下水管道；酸碱性废液必需稀释前方可倒入酸碱腐蚀槽内(除氢氟酸废液外)，不行任意倾倒，更不行与有机溶液混合。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。3.4 需要解决的问题(1) 加强师资队伍建设。试验室人员是建设、使用和治理试验室的根本力气，试验室人员的政治水平、业务素养及治理力量的凹凸，直接影响着试验室教学、科研和设备治理工作的质量13。因此，一方面要提高试验室治理水平，另一方面要提

18、高学科专业技术力量。如组织试验室人员参与有关试验室治理的研讨会，通过沟通， 学习高效的试验室治理方法；参观其他高校的试验室，了解试验室环境和仪器设备的合理配置；组织试验室人员参与培训，提高专业技能。(2) 制定试验室建设工作打算，保障试验室的安全工作环境。包括建立健全试验教学治理制度、试验室规章制度的标准化建设、试验室安全和绿色治理等，从而确保试验教学活动有序进展，充分发挥试验仪器的教学效益，提高试验教学质量。(3) 建立和完善开放试验室制度。学生完成根底教学试验后，可以自行进展设计性、综合性、争论性试验，开掘试验室现有仪器设备与相关科研工程的联系。如结合光电科学和材料学等争论领域，开设创试验

19、。从而到达培育学生科研力量、分析问题和解决问题的力量、团队合作精神，提高学生的创力量。然而开放式教学也给试验室治理和教师工作带来了肯定的困难14，照试验室的开放时间安排，药品和仪器的治理，参与人员的工作安排等，可以参考国外开放试验室的治理模式15， 建立一系列的开放试验室制度，才能保障开放试验顺当进展。试验室是实践试验教学的基地，试验室的建设和治理工作千丝万缕，任务也格外繁 重。随着中山大学微电子专业教学改革开展和逐步深入，建成了半导体工艺试验室， 开头了治理实践。需要吸取国内外试验室治理的贵重阅历，设定目标，不断加强实 验室建设和提升试验室治理水平，以与时俱进的观念来实现试验室建设和治理的

20、突破，更好地为试验教学效劳，培育出适应行业进展趋势的创人才。【相关文献】1 陈伟元，吴清鑫，吴尘,等.高职微电子技术专业试验室的构建J.试验室争论与探究，2023， 31(7)：227-229.2 廖荣，刘玉荣.微电子工艺实习教学改革探究J.试验室争论与探究，2023，29(8)：274-276.3 杨虹.面对 21 世纪的微电子技术人才的培育J .重庆邮电学院学报，2023(增刊)：51 - 52.4 易红.高校试验教学与创人才培育J.试验室争论与探究，2023，27( 2)：1-4.5 梁齐，杨明武.微电子工艺试验教学模式探究J.试验室科学，2023(1)：41-42.6 谢德英，陈弟虎，

21、邓少芝,等.创人才培育实践教学平台的构建J.试验室争论与探究，2023， 30(3)：222-224.7 李邦军.浅谈高校试验室标准化治理的建设J.光谱试验室，2023，27(4)：1333-1335.8 徐金荣，徐嘉祥，杨玲,等.试验室标准化治理的思考与实践J.试验室争论与探究，2023，31(5)： 162-164.9 温光浩, 周勤, 程蕾.强化试验室安全治理, 提升试验室治理水平J.试验技术与治理，2023， 26(4)：153-157.10 余训爽.浅谈高校绿色化学试验室的建设J.试验科学与技术，2023，8(3)：162-165.11 程芳婷，杨伟民，汪红梅.加强标准化治理，创立绿

22、色试验室J.试验科学与技术，2023，6(4)： 120-122.12 洪丽雅.高校绿色化学试验室的建设J.试验室争论与探究，2023，27(7)：161-164.13 苏广和，焦吉利，姚恺华.院校试验室标准化治理的探究 J.试验室争论与探究， 2023，31(5)： 177-179.14 陈代梅, 张泽朋, 柳冈.我校材料化学专业试验室建设实践与探究C/.北京高教学会试验室工作争论会 2023 年学术研讨会论文集.北京:北京高教学会试验室工作争论会，2023：22-25.15 王云平.国外大学试验室治理及其对国内开放试验室的启发 J.试验技术与治理， 2023，27(3)： 149-151.