Введение в специальность

Вид материала

Пояснительная записка

Содержание Моделирование технологических процессов И.И. Абрамов Кафедра интеллектуальных систем Пояснительная записка Содержание дисциплины Примерный перечень Примерный перечень курсовых работ Примерный перечень компьютеров

Подобный материал:

• Е. В. Арляпова введение в специальность «реклама», 1668.44kb.
• А. К. Мазуров введение в специальность, 3019.75kb.
• Рабочая учебная программа дисциплины «введение в специальность» для специальности, 107.59kb.
• Анализ и планирование трудовых показателей Аудит и контроллинг персонала Введение, 12.45kb.
• Рабочая программа дисциплины Введение в специальность специальность 032001 Документоведение, 55.23kb.
• Учебно-методический комплекс дисциплины Введение в литературоведение Специальность, 711.32kb.
• Учебно методический комплекс по дисциплине «Введение в специальность» Специальность, 2682.27kb.
• Курс Комплексный экзамен по циклам опд, сд и дисциплинам специализации: «Введение, 469.08kb.
• В г. Орске Специальность: 021100 «Юриспруденция» Дисциплина: Уголовное право Курсовая, 432.15kb.
• Введение в специальность, 1423.7kb.

Утверждена

УМО вузов Республики Беларусь

по образованию в области информатики

и радиоэлектроники

« 03 » июня 2003 г.

Регистрационный № ТД-41-002/тип.


МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

И ЭЛЕМЕНТОВ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ


Учебная программа для высших учебных заведений

по специальности І-41 01 02 Микро- и наноэлектронные

технологии и системы


Согласована с Учебно-методическим управлением БГУИР

« 28 » мая 2003 г.


Составители:

В. Е. Борисенко, профессор кафедры микроэлектроники Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», доктор физико-математических наук;

И.И. Абрамов, профессор кафедры микроэлектроники Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», доктор физико-математических наук


Рецензенты:

Ф.П. Коршунов, заведующий лабораторией радиационных воздействий Института физики твердого тела и полупроводников Национальной академии наук Беларуси, профессор, доктор технических наук;

Кафедра интеллектуальных систем Учреждения образования «Белорусская государственная политехническая академия» (протокол № 7 от 21.03.2002 г.)


Рекомендована к утверждению в качестве типовой:

Кафедрой микроэлектроники Учреждения образования «Белорусский
государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол
№ 7 от 04.03.2002 г.);

Научно-методическим советом по направлениям І-36 Оборудование и І-41 Компоненты оборудования УМО вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики и радиоэлектроники (протокол № 1 от 25.10.2002 г.)


Разработана на основании Образовательного стандарта РД РБ 02100.5.030-98.


Ответственный за редакцию: Н.А. Бебель

Ответственный за выпуск: Ц.С. Шикова

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Типовая программа «Моделирование технологических процессов и элементов интегральных микросхем» разработана в соответствии с Образовательным стандартом РД РБ 02100.5.030-98 по специальности І-41 01 02 Микро- и наноэлектронные технологии и системы для высших учебных заведений.

Целью изучения дисциплины является формирование знаний и навыков математического моделирования основных технологических процессов и элементов современных интегральных микросхем. Задачи изучения дисциплины состоят в освоении принципов строения физических и математических моделей, анализе границ применимости этих моделей, их применения к конкретным процессам и приборам, в выборе наиболее эффективного и экономического способа расчета.

В результате освоения дисциплины студент должен:

знать:

- какими физическими и математическими моделями описываются базовые технологические процессы, используемые при изготовлении интегральных микросхем, и элементы интегральных микросхем;

уметь:

• характеризовать используемые для расчетов модели;
  
• анализировать преимущества и ограничения существующих моделей технологических процессов и элементов интегральных микросхем;
  

приобрести навыки моделирования на персональном компьютере технологических процессов и элементов интегральных микросхем.

Изучение дисциплины базируется на курсах «Высшая математика», «Физика твердого тела», «Технология ИМС», «Физика полупроводниковых приборов».

Программа рассчитана на 112 аудиторных часов. Примерное распределение учебных часов по видам занятий: лекций – 64 часа, лабораторных работ – 48 часов.


СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ


Раздел 1. МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИМС


Тема 1.1. ТЕРМООБРАБОТКА ПОЛУПРОВОДНИКОВ

1.1.1. Механизмы нагрева. Режимы нагрева полупроводников излучением (адиабатический, теплопроводности, тепловой баланс).

1.1.2. Моделирование тепловых полей в полупроводниковых пластинах.

1.1.3. Термоупругие напряжения.

Тема 1.2. ЛЕГИРОВАНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВ ИОННОЙ ИМПЛАНТАЦИЕЙ

1.2.1. Торможение ионов в твердом теле. Расчет пробегов ионов. Теория Линдхарда – Шарфа – Шиотта. Расчет пробегов ионов. Диффузионное приближение Бирсака. Метод кинетического уравнения. Метод Монте-Карло.

1.2.2. Моделирование распределения имплантированной примеси и выделенной энергии (дефектов) в аморфных мишенях.

1.2.3. Особенности распределения примесей и выделенной энергии в монокристаллических мишенях.


Тема 1.3. ЛЕГИРОВАНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВ ДИФФУЗИЙ

1.3.1. Механизмы диффузии примеси в полупроводниках. Диффузия в равновесных условиях.

1.3.2. Равновесная растворимость примесей в полупроводниках.

1.3.3. Диффузия в неравновесных условиях.

1.3.4. Радиационно-стимулированная диффузия.


Тема 1.4. РЕАКЦИОННАЯ ДИФФУЗИЯ

1.4.1. Окисление.

1.4.2. Силицидообразование.


Тема 1.5. ФОРМИРОВАНИЕ ТОПОЛОГИЧЕСКОГО РИСУНКА ЭЛЕМЕНТОВ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ

1.5.1. Оптическая литография. Закономерности образования рельефа фоторезиста при экспонировании и проявлении.

1.5.2. Моделирование топологии при травлении/осаждении материалов.


Раздел 2. МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ИМС


Тема 2.1. ОСНОВЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ИМС

2.1.1. Основные задачи моделирования элементов ИМС.

2.1.2. Общая классификация и подходы к синтезу моделей элементов ИМС.

2.1.3. Класс диффузионно-дрейфовых моделей.


Тема 2.2. МОДЕЛИРОВАНИЕ БИПОЛЯРНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ИМС

2.2.1. Упрощенные физико-топологические и электрические модели биполярных транзисторов одномерного приближения. Представление интегрального биполярного транзистора в одномерном приближении. Модель Эберса-Молла и ее разновидности. Интегральное соотношение Гуммеля. Модель Гуммеля-Пуна. Вольт-амперные характеристики. Эффекты высокого уровня инжекции. Коэффициент передачи и граничная частота. Эффекты второго порядка. Понятие об упрощенных моделях двумерного приближения.

2.2.2. Численное моделирование биполярного транзистора. Одно-, двух- и трехмерные модели. Конечно-разностная аппроксимация – переход к дискретной модели. Численные методы. Методы Ньютона и Гуммеля. Расчет статических и динамических характеристик и параметров электрических моделей. Специфика моделирования мощных биполярных транзисторов.

2.2.3. Моделирование И²Л-элемента. Принцип построения упрощенных моделей. Двумерная модель. Статические характеристики. Эффекты высокого уровня инжекции.


Тема 2.3. МОДЕЛИРОВАНИЕ МДП–ТРАНЗИСТОРОВ

2.3.1. Упрощенные модели МДП-транзисторов. Физико-топологические модели длинноканального МОП-транзистора. Параметры транзистора. Эффекты, связанные с малыми размерами. Электрические модели МОП-транзисторов. Граничная частота. Специфика моделирования различных разновидностей МДП-транзисторов. Модель для эффекта защелкивания КМОП-структур.

2.3.2. Численное моделирование МОП-структур. Двух- и трехмерные модели МОП-транзисторов. Дополнительные допущения. Численные методы. Специфика моделирования элементов с непланарными границами раздела. Специфика численного моделирования КМОП-элемента.

Тема 2.4. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ИС

2.4.1. Модели диодов и пассивных элементов ИС. Паразитные элементы. Настройка модели.

2.4.2. Классификация рассмотренных моделей элементов ИС.

2.4.3. Классификация программного обеспечения численного моделирования элементов и фрагментов интегральных схем и тенденции его развития. Примеры программ.

2.4.4. Организация процесса сквозного моделирования в многоуровневых системах. Примеры систем.

ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ
ЛАБОРАТОРНЫХ И ПРАКТИЧЕСКИХ РАБОТ

1. Моделирование тепловых полей при импульсной термообработке полупроводников и пленочных структур на них.
   
2. Моделирование пробегов и профилей распределения ионов, имплантируемых в полупроводники, и пленочные структуры на полупроводниковой подложке (TRIM).
   
3. Диффузионный синтез силицидов в пленочных структурах металл-кремний.
   
4. Моделирование структурных изменений и электрофизических характеристик поликристаллического кремния, подвергнутого термообработке.
   
5. Моделирование процессов осаждения пленок и планаризации подложки с микрорельефом.
   
6. Двумерное стационарное моделирование МОП-приборов.
   
7. Моделирование стационарных и переходных процессов в биполярных транзисторах в одномерном приближении.
   

ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ КУРСОВЫХ РАБОТ

1. Разработать программу для моделирования в диалоговом режиме мгновенного внутреннего источника тепла, создаваемого в кремнии некогерентным светом. Выполнить тестовый расчет для W = 10, 20, 40 Вт/см.
   
2. Разработать программу для моделирования в диалоговом режиме кинетики изменения температуры пластины кремния, нагреваемой в режиме теплового баланса. Выполнить тестовый расчет для d = 380 мкм, W = 10, 20, 40 Вт/см².
   
3. Разработать программу для моделирования в диалоговом режиме упругих напряжений в пластине кремния, нагреваемой в режиме теплового баланса. Выполнить тестовый расчет для d = 380 мкм, D = 200 мм, W = 50 Вт/см², t_p = 5, 10,20 с.
   
4. Разработать программу для моделирования в диалоговом режиме профилей распределения имплантированных в кремний ионов с использованием распределения Пирсон IV. Выполнить тестовый расчет для В, Р, As, Sb; E = = 50 кэВ, D = 1·10¹⁵ ион/см².
   
5. Разработать программу для моделирования в диалоговом режиме кинетики рекристаллизации аморфизированного имплантацией кремния при скоростной термообработке. Выполнить тестовый расчет для Т = 500, 600,
   700 °С, h_ам = 50 нм.
   
6. Разработать программу для моделирования в диалоговом режиме кинетики распада пересыщенного раствора примеси замещения в кремнии. Выполнить тестовый расчет для As, Т = 400 - 800 °С.
   
7. Разработать программу для моделирования в диалоговом режиме профилей распределения примеси, введенной в кремний диффузией из поверхностного источника ограниченной емкости. Выполнить тестовый расчет для бора, Т = 1100 °С, t = 5, 10, 20 мин, h = 100 нм, N₀ = 1·10¹⁶ ат/см².
   
8. Разработать программу для моделирования в диалоговом режиме фактора ускорения диффузии бора, фосфора, мышьяка и сурьмы в кремнии с учетом внутреннего электрического поля. Выполнить тестовый расчет для фосфора при N = 5·10¹⁹, 1·10²⁰, 5·10²⁰ ат/см³.
   
9. Разработать программу для моделирования в диалоговом режиме кинетики окисления кремния в сухом кислороде. Выполнить тестовый расчет для Т = = 900, 1000, 1100 °С.
   
10. Разработать программу для моделирования в диалоговом режиме кинетики силицидообразования в пленочной структуре металл-кремний. Выполнить тестовый расчет для никеля при Т = 400, 500, 600 °С, h_Me = 100 нм.
    
11. Разработать программу для моделирования в диалоговом режиме профиля травления кремния через маску из SiO₂ с использованием модели струны. Выполнить тестовый расчет для изотропного травления при V_Si=
    = 40 нм/мин, V_SiO2 = 2 нм/мин, h_SiO2 = 300 нм, t = 5, 10, 15, 20 мин.
    

ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ КОМПЬЮТЕРОВ
И КОМПЬЮТЕРНЫХ ПРОГРАММ


Для проведения лабораторных работ рекомендуется использовать
персональные компьютеры Pentium II, стандартную операционную систему
Windows 2000, а также стандартные (TRIM, SUPREM) или специально
разработанные профессиональные программы для моделирования
технологических процессов изготовления элементов интегральных микросхем
и их электрических характеристик.


ЛИТЕРАТУРА


ОСНОВНАЯ

1. Бубенников А. Н. Моделирование интегральных микротехнологий, приборов и схем. –М.: Высш. шк., 1989.

2. Борисенко В. Е. Твердофазные процессы в полупроводниках при импульсном нагреве. –Мн.: Наука и техника, 1991.

3. Абрамов И.И. Курс лекций "Моделирование элементов интегральных схем". – Мн.: БГУ, 1999.


ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ

1. МОП-СБИС. Моделирование элементов и технологических процессов / Под ред. П. Антонетти и др. – М.: Радио и связь, 1989.

2. Моделирование полупроводниковых приборов и технологических процессов / Под ред. Д. Миллера. – М.: Радио и связь, 1989.

3. Абрамов И.И., Харитонов В.В. Численное моделирование элементов интегральных схем. – Мн.: Выш. шк., 1990.

4. Абрамов И.И. Моделирование физических процессов в элементах кремниевых интегральных микросхем. – Мн.: БГУ, 1999.