Geum.ru

Программа по дисциплине "Технология микросхем и микропроцессоров" разработана на основе типовой программы "Технологические процессы микроэлектроники" и предназначена для подготовки

Вид материалаПрограмма

Содержание


1. Цели и задачи дисциплины.
2. Содержание курса
Подобный материал:


Красноярский государственный технический университет


"Утверждаю"

Декан Радиотехнического

факультета

Громыко А.И.

"___"_________ 2000г.


Рабочая программа


по курсу "Технология микросхем и микропроцессоров"


Красноярск 2000




ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА


Программа по дисциплине "Технология микросхем и микропроцессоров" разработана на основе типовой программы "Технологические процессы микроэлектроники" и предназначена для подготовки инженеров и поэтому ее особенность состоит, с одной стороны, в фундаментальном характере изложения сущности и закономерностей технологических процессов микроэлектроники и перспективных методов нанотехнологии, а, с другой стороны, даются необходимые инженерные знания по практическому применению современных методов микроэлектронной технологии.


1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ.

ЕЕ МЕСТО В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ


1.1. Место и роль дисциплины как составной части

подготовки специалистов по специальности


Изучение данной дисциплины базируется на знаниях студентами основ общеобразовательных, общеинженерных и специальных дисциплин, в том числе: "Физики"; "Математики"; "Физических основ микроэлектроники"; "Теоретических основ технологии ЭС". Базируясь на этих знаниях студентов, дисциплина позволяет дать дополнительные знания, необходимые современному инженеру по данной специальности, о базовых технологических процессах и методах их осуществления для создания изделий микроэлектроники, взаимосвязи параметров и конструкции изделий микроэлектроники с технологией их изготовления, приобрести навыки технологической реализации микросхем и микросборок с применением средств вычислительной техники и систем автоматизированного проектирования.


1.2. Цель дисциплины


Цель дисциплины - обучить студентов современной технологии интегральных микросхем, микропроцессоров и микросборок.

Дисциплина "Технология микросхем и микропроцессоров" предназначена обучить студентов современным технологическим процессам, используемым в производстве сложных полупроводниковых приборов и интегральных схем, ознакомиться с применяемым технологическим оборудованием, методами проектирования технологии и контроля качества.


1.3. Задачи изучения дисциплины

В результате изучения курса студент должен

ЗНАТЬ:

- движущий механизм и методику проведения базовых технологических процессов: эпитаксии, легирования, микролитографии, химической и ионно-плазменной обработки, нанесение тонких пленок и т.д.;

- методики расчетов основных факторов и режимов технологических процессов и их экспериментальной проверки;

- принципы проектирования технологических маршрутов изготовления основных типов приборов и интегральных микросхем (биполярных, МОП, КМОП, ТТЛШ, ПЗС и другие);

- особенности устройства и применения современного автоматизированного технологического оборудования;

- методику контроля (с применением ЭВМ) производственно-технологических сред, технологических условий и режимов, межоперационного контроля параметров формируемых стурктур.


УМЕТЬ:

- рассчитать вручную и на ПЭВМ режимы проведения технологических процессов по заданным параметрам формируемых структур, а также решать обратную задачу;

- анализировать связи технологических режимов с конструктивно-технологическими и электрофизическими параметрами структур изготавливаемых приборов и ИМС, моделировать эти связи;

- практически моделировать и проводить основные технологические процессы;

- контролировать параметры технологических процессов и характеристики формируемых структур, проектировать тестовые измерительные структуры, проводить анализ брака;

- проектирвать технологические маршруты изготовления основные типов приборов и ИМС с учетом проектных норм и процента выхода годных приборов.


1.4. Рекомендации по изучению дисциплины


Изучение данного предмета рассчитано на 180 часов учебных занятий для инженеров. Рекомендуется следующее распределение часов по видам занятий: аудиторные занятия (лекции, лабораторные работы, практические занятия) - 102 часа, индивидуальные занятия - 20 часов, курсовая работа - 25 часов, самостоятельная работа - 33 часа.


2. СОДЕРЖАНИЕ КУРСА


2.1. Лекционные занятия


2.1.1. Введение


Определение и сущность технологии, ее роль в процессе развития микроэлектроники и ЭВТ. Исторические этапы развития технологии. Ознакомление со стурктурой курса.


2.1.2. Основы микроэлектронной технологии


Стуруктура технологического процесса. Интегрально-групповой принцип построения технологии. Сочетание вопросов проектирования, изготовления, контроля и обеспечения качества и надежности. Требования к оборудованию и помещениям. Классификация ИС и основные типы технологических маршрутов их изготовления.


2.2. Исходные материалы и структура


2.2.1. Исходные материалы и структура


2.2.1.1. Методы изготовления полупроводниковых подложек


Методы получения и очистки полупроводниковых материалов. Резка слитков. Технология механической, химико-механической, химико-динамической, электрохимической и химической обработки. Суперфинишная обработка полупроводниковых подложек. Контроль качества полупроводниковых подложек.


2.2.1.2. Получение и свойства эпитаксиальных структур


Типы эпитаксии. Жидкостная и газовая эпитаксия. Технология получения эпитаксиальных пленок кремния. Получение и свойства гетероэпитаксиальных структур. Молекулярно-лучевая эпитаксия. Основные свойства эпитаксиальных пленок и методы их контроля.


2.2.2. Травление и очистка подложек


Химическое травление полупроводников. Электрохимическая сущность процесса. Технология химического травления кремния. очистка и сушка подложек. Методы подготовки и контроля свойств деонизованной воды.


2.3. Базовые технологические методы микроэлектроники


2.3.1. Методы легирования и перераспределения примесей


2.3.1.1. Сплавная технология


Сплавление металлов с полупроводником. Фазовые диаграммы и рекристаллизованные слои. Способы создания p-n переходов и омических контактов.


2.3.1.2. Технология диффузии


Механизмы диффузии атомов в полупроводнике Математические модели диффузионных процессов. Способы проведения диффузии. Влияние технологических факторов на параметры диффузии. Выбор легирующей примеси. Особенности проведения локальной диффузии и диффузии в окислительной среде. Методы контроля параметров диффузионных слоев.


2.3.1.3. Технология ионного легирования


Взаимодействие ионов с поверхностью твердых тел. Основные теоретические закономерности процессов ионной имплантации. Оборудование для ионной имплантации. Методы расчета параметров распределения примесей при ионной имплантации. Явление каналирования. Особенности маскирования при ионном легировании. Образование и отжиг радиоционных дефектов.


2.3.1.4. Активация и перераспределение примесей


Электрическая активация внедренных примесей. Влияние энергии и дозы облучения и температуры и времнеи отжига. Диффузия примесей из ионно-легированных слоев. Стимулированная диффузия. Импульсный отжиг. Классификация видов импульсного отжига. Основные закомерности процессов импульсного отжига. Применение импульсного отжига для активации примесей в ионно-легированных слоях. Контроль параметров легированных слоев.


2.3.1.5. Технология геттерирования


Принципы удаления атомов нежелательных примесей из объема полупроводника. Технология создания внутреннего геттера. Механический, диффузионный, имплантационный методы геттерирования. Геттерирующие свойства стекол. Контроль эффективности геттерирования. Взаимосвязь методов геттерирования с другими технологическими процессами.


2.3.2. Методы получения диэлектрических слоев


2.3.2.1. Осаждение из газовой фазы


Кинетика гетерогенных реакций. Особенности осаждения при пониженном давлении и осаждения в плазме. Методы проведения осаждения. Свойства пиролитического оксида, его структура и дефекты. Получение и свойства пленок нитрида кремния. Их маскирующие свойства. Оксинитриды кремния. Контроль их состава.


2.3.2.2. Осаждение в вакууме


Термодинамическое испарение диэлектриков в вакууме. Катодное распыление оксидов металлов и полупроводников. ВЧ-распыление и реактивное распыление. Технологические методы проведения процессов напыления диэлектриков.


2.3.2.3. Термическое оксидирование кремния

Модели процессов оксидирования. Оксидирование кремния в сухом и влажном кислороде, в парах воды. Влияние ориентации и степени легирования подложек на кинетику процесса оксидирования. Термическое оксидирования при повышенном далении. Особенности оксидирования кремния в галогеносодержащих средах. Методы практической реализации оксидирования. Структуры и свойства термически выращенных оксидов. Методы контроля их свойств.


2.3.3. Методы получения проводящих слоев


2.3.3.1. Конденсация металлических пленок в вакууме


Оборудование и технология термического испарения в вакууме. Реактивный, электронно-лучевой и индукционный способы нагрева. Метод дискретного испарения. Влияние технологических факторов на структурные, механические и электрофизические свойства пленок. Особенности запыления ступенек. Методы катодного распыления. Технология магнетотронного распыления. Оборудование для магнетотронного распыления. Влияние факторов магентронного распыления на свойства пленок.


2.3.3.2. Осаждение и свойства пленок поликристаллического кремния


Получение и легирование поликристаллического кремния (ППК). Влияние технологических факторов на структурные, электрические и оптические свойства ППК. Термическое оксидирование ППК. Особенности ионного легирования и отжига ППК. Контроль качества структур ППК.


2.3.3.3. Получение и свойства силицидов тугоплавких металлов


Металлосилицические соединения и их твердые растворы. Основные свойства силицидов тугоплавких металлов. Их использование при создании межсоединений БИС. Особенности технологии получения и легирования силицидов.


2.3.3.4. Технология систем многослойной металлизации


Системы многослойной металлизации. Многокомпонентные сплавы. Технология получения многоуровневой металлизации и межслойной изоляции. Технология планаризации рельефа. Методы контроля многоуровневой металлизации.


2.3.4. Методы формирования топологического рисунка


2.3.4.1. Принципы и классификация методов микролитографии


2.3.4.2. Технология фотолитографии


Классификация и свойства применяемых материалов. Методы изготовления и контроля фотошаблонов. Технологический процесс контактной фотолитографии. Технология проекционной фотолитографии. Автоматизация процесса проекционной фотолитографии. Контроль качества совмещения с помощью тестовых стурктур.


2.3.4.3. Электронно-лучевая литография


Электронорезисты. Формирование изображения сканирующим электронным пучком. Сущность проекционной электронно-лучевой литографии. Оборудование для электронной литографии. Особенности совмещения и характерные дефекты при электронной литографии.


2.3.4.4. Обеспечение качества миролитографии


Условия обеспечения качества литографических операций. Требования к помещениям, оборудованию и материалам. Сравнительный анализ различных методов микролитографии. Методы контроля качества процессов микролитографии.


2.3.5. Ионно-плазменные технологические методы


2.3.5.1. Классификация и характеристики ионно-плазменных технологических методов


Механизмы процессов ионного (ИТ) и плазмо-химического (ПХТ) и ионно-химического травления (ИХТ). Оборудование и ионные источники. Материалы для плазмо-химического травления. Методы контроля плазмохимических процессов.


2.3.5.2. Плазмо-химическая очистка и травление подложек


Особенности взаимодействия плазмы и ионного пучка с материалами подложек и маскирующих слоев. Селективность травления. Образование и отжиг радиоционных дефектов при ионно-плазменной обработке. Оптимизация состава газовой смеси. Влияние технологических факторов на скорость и селективность травления. Особенности травления структур субмикронных размеров. Методы контроля качества ПХТ.


2.3.6. Методы изоляции элементов структур ИС


2.3.6.1. Методы изоляции обратносмещенным p-n переходом


2.3.6.2. Технология изоляции диэлектрическими слоями


2.4. Базовые технологические маршруты изготовления кристаллов полупроводниковых ИС


2.4.1. Основы организации произвосдвта полупроводниковых ИС


2.4.1.1. Организация и моделирование технологических процессов


Микроциклы технологических операций. Увязка технологических операций в микроциклы. Технологическое сопровождение и сопроводительные листы. Организация и контроль технологической дисциплины. Взаимосвязь технологии и норм проектирования.


2.4.2. Базовые маршруты изготовления различных типов ИС


2.4.2.1. Базовые маршруты изготовления биполярных ИС


Технологические маршруты изготовления биполярных ИС изоляцией p-n переходом. Изопланарный процесс. Технология ТТЛШ ИС.


2.4.2.2. Базовые маршруты изготовления МДП ИС


2.4.2.3. МДП-технология. Особенности технологии КМОП ИС


2.4.2.4. Изготовление ИС на основе структур кремний-на-сапфире (КНС)


2.4.3. Контроль технологических процессов с помощью тестовых структур


Классификация тестовых структур. Основные типы тестовых структур. Методы их проектирования и применения. Автоматизированная обработка результатов контроля. Прогнозирование выхода годных на основе контроля параметров тестовых структур. Оборудование для автоматизированного контроля тестовых структур. Управление качеством технологических процессов по результатам анализа тестовых структур.


2.5. Технология изготовления гибридных ИС и многокристальных модулей


2.5.1. Материалы подложек ГИС и многокристальных модулей


2.5.2. Технология изготовления ГИС и многокристальных модулей


2.5.2.1. Материалы и технология элементов тонкопленочных ГИС


2.5.2.2. Материалы и технология тостопленочных ГИС


2.5.2.3. Технология изготовления многокристальных модулей


Технология изготовления многокрстальных модулей на основе многослойной керамики полимидных носителей и анодированного алюминия. Технология "кремний на кремний".


2.6. Технология сборки и монтажа ИС


2.6.1. Сборка кристаллов


2.6.1.1. Основные сборочные операции и их классификация. Типы применяемых корпусов


2.6.1.2. Способы присоединения выводов и соединения кристаллов с корпусом


Способы присоединения внешних выводов к контакным площадкам и соединения кристаллов с корпусом. Технология проведения этих процессов. Условия обеспечения качества сборочных процессов.


2.6.2. Технология герметизации кристаллов


2.6.2.1. Материалы, применяемые при герметизации кристаллов. Требования к герметизации микроэлектронных приборов. Лаки и компауды


2.6.2.2. Технология герметизации и методы ее контроля. Атоматизация сборочных операций


2.7. Перспективные технологические методы микроэлетроники


2.7.1. Перспективы развития технологии кремниевых приборов


Интеграция биполярных и МДП приборов. Технология формирования трехмерных ИС.


2.7.2. Новые полупроводниковые материалы и технологические процессы


2.7.2.1. Технология приборов и ИС на основе соединений


Особенности технологических процессов создания приборов и ИС на арсениде галлия. Технологические схемы изготовления различных типов ИС на арсениде галлия (СВЧ аналоговые, цифровые, оптоэлектронные и др.). Перспективы применения гетероструктур на основе тройных соединений в качестве материалов приборов и ИС.


2.7.3. Технологические методы нанотехнологии


Перспективные методы нанолитографии. Перспективные методы молекулярной и ионной эпитаксии. Субмикронные ионно-лучевые методы. Основные тенденции в развитии технологических процессов микроэлектроники и их интеграции.


2.7.4. Перспективы развития микроэлектроники


Основные типы приборов криоэлектроники и методы их изготовления. Технология устройств акусто-, магнито- и оптоэлектронки. Перспективы развития биэлектроники.


2.8. Перечень практических занятий


1. Разработка и правила оформления технологических операционных карт на различных носителях.

2. Составление маршрутов изготовления тонкопленочных ГИС.

3. Анализ маршрутов изготовления твердотельных ИМС.

4. Составление технологических инструкций.

5. Расчет тонкопленочных резисторов.

6. Расчет тонкопленочных конденсаторов и индуктивностей.

7. Разработка тополигии слоев.

8. Расчет идеального поверхностного сопротивления легированных слоев полупроводниковых структур.

9. Расчет и построение профилей примесного распределения в транзисторных структурах.

10. Сравнительный анализ процессов нанесения тонких (толстых) пленок для изготовления гибридных интегральных микросхем.

11. Решение на ПЭВМ задач по расчету формируемых областей и слоев интегральных структур.

12. Деловая игра: разработчик-технолог-контролер в процессе проектирования изготовления и контроля интегральной микросхемы (на примере КМОП-ячейки).


2.9. Перечень лабораторных работ


1. Вакуумное термические и ионно-плазменное напыление тонких пленок.

2. Фотолитографические процессы в микроэлектронике. Изучение процесса передачи топологии точности совмещения фотошаблонов, избирательного травления в окнах литографической маски.

3. Исследование создания контактов в микросхемах.

4. Диффузия примесей в кремний.

5. Травление полупроводников.

6. Получение оксидных покрытий методом оксидирования в кислороде.

7. Эпитаксия арсенида галлия в хлоридной системе (обзорная работа).

8. Измерение параметров полупроводника с применением контакта полупроводник-электролит.


2.10. Перечень тем курсовых работ


1. Разработать технологический маршрут изготовления:

- диода;

- МОП-конденсатора;

- биполярного транзистора;

- ячейки биполярной ИС;

- МОП-тразистора;

по заданной технологии и параметрам (ТУ).

2. Проектирование топологии (комплекта фотошаблонов) структур по п.1 по заданным топологическим проектным нормам, технологическому маршруту и параметрам (ТУ).

3. Разработка технологического операционного маршрута (микроцикла): отмывка - травление - оксидирование-фотолитография по оксиду - ионное легирование - отжиг - оксидирование - осаждение поликремния - диффузия - фотолитография - отмывка - напыление алюминия - фотолитография - вжигание.

4. Моделирование выхода годных как функции распределения случайных дефектов (АСУТП качества):

- биполярная технология ИС;

- МОП технология ИС;

5. Разработка системы скозного технологического контроля на базе ПЭВМ с расчетами (программами) контроля распределения примеси, размеров зазоров в МОП структуре, точности совмещения и размеров при фотолитографии.

Курсовая работа выполняется с использованием средств вычислительной техники. Индивидуальное задание выдается руководителем и может быть связано с направлением работы в области УИРС.


2.11. Перечень тем индивидуальной аудиторной работы студентов


1. Контрольная работа по теме "Исходные материалы и структуры".

2. Контрольная работа по теме "Технология фотолитографии".

3. Контрольная работа по теме "Получение проводящих пленок".

4. Коллоквиум по теме "Методы легирования".

5. Контрольная работа по теме "Маршрут изготовления биполярных ИС".

6. Контрольная работа по теме "Маршрут изготовления МОП ИС".

7. Коллоквиум по теме "Тестовые методы контроля технологии ИС".


2.12. Перечень тем самостоятельной внеаудиторной работы студентов


Этот перечень полностью совпадает с наименованием тем, приведенных в разделе 2.11.


3. ЛИТЕРАТУРА


Основная:

1. Коледов Л.А. Технология и конструкции микросхем, микропроцессоров и микросборок. М: Радио и связь, - 400с.

2. Черняев В.Н. Технология производства интеральных микросхем и микропроцессоров. - М: Радио и связь, 1987.-465с.

3. Курносов А.И., Юдин В.В. Технология производства полупроводниковых приборов и ИМС. - М.: Высшая школа,1986 - 368с.


Дополнительная:

1. Технология СБИС. Под ред. С.С. Зи в двух книгах - Мир,1989.

2. Захаров А.А., Юзова В.А. Физико-химические основы размерной обработки полупроводников. Красноярск. КГТУ . 1994г.

3. Захаров А.А. Технология микросхем. Общие вопросы технологии. Красноярск. КГТУ. 1995.

4. Захаров А.А. Технология микросхем. Термохимические процессы при производстве микросхем. Красноярск. КГТУ. 1996.

5. Захаров А.А. Интегральные микродатчики. Красноярск. КГТУ. 1996.


Приложение 1


Программа подготовлена для специальности 200800 "Проектирование и технология радиоэлектронных средств", для специальности 220500 "Конструирование и технология электронно-вычислительных средств", для специальности 230200 "Сервис бытовой радиоэлектронной аппаратуры"


Курс: 3 и 4 Семестры: 6 и 7

Лекции: 68 часов Курсовой проект: 7

Лабораторный занятия: 34 часа Зачет: 6

Индивидуальная работа под Экзамен: 7

руководством преподавателя: 20 часов

Самостоятельная работа: 33 часа

Курсовой проект: 25 часов

Всего часов: 180 часов


Рабочая программа соответствует государственному образовательному стандарту по специальности 200800


Рабочую программу разработал

профессор Захаров А.А.


Рабочая программа обсуждена и принята на заседании

кафедры 1996г. протокол №


Зав. кафедрой КиПР

профессор Захаров А.А.


Одобрено научно-методическим Советом факультета

"____" _________1996г.


Зам. Предс. НМС РТФ Левицкий А.А.