Рабочая учебная программа дисциплины Технология и оборудование производства изделий твердотельной электроники и наноэлектроники Направление подготовки

Вид материалаРабочая учебная программа

Содержание


210100 Электроника и наноэлектроника
Цели освоения дисциплины
Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата
Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины
В результате освоения дисциплины обучающийся должен
Структура дисциплины Физическая химия твердого тела
Аудиторные занятия (всего)
Самостоятельная работа (всего)
5.1.1. Модуль 1. Методы анализа и описания технологических процессов производства полупроводниковых приборов и ИС.
5.1.2. Модуль 2. Базовые технологии основных типов ИМС.
5.1.3. Модуль 3. Технология монтажа и сборки полупроводниковых приборов и ИС.
5.1.4. Модуль 4. Технология гибридных интегральных микросхем и микросборок.
5.1.5. Модуль 5. Оборудование: принципы функционирования, принципиальные схемы, пути выбора.
Лабораторный практикум
Пример задания
Образовательные технологии и методические рекомендации по организации изучения дисциплины
При проведении практических занятий
При организации внеаудиторной самостоятельной работы
Итоговый экзамен по дисциплине
Экзаменационные вопросы по дисциплине
...
Полное содержание
Подобный материал:

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Ивановский государственный химико-технологический университет»

Факультет неорганической химии и технологии

Кафедра технологии приборов и материалов электронной техники

Утверждаю: проректор по УР

_______________ В.В. Рыбкин

« » 20 г.

Рабочая учебная программа дисциплины

Технология и оборудование производства изделий твердотельной электроники и наноэлектроники

Направление подготовки 210100 Электроника и наноэлектроника


Профиль подготовки Микроэлектроника и твердотельная электроника


Квалификация (степень) Бакалавр


Форма обучения очная

Иваново, 2010
  1. Цели освоения дисциплины


Целями освоения дисциплины являются изучение базовых технологий производства основных типов интегральных микросхем (ИМС) на биполярных и металл-оксид-полупроводниковых (МОП) транзисторах, конструкций современного оборудования, начиная с оборудования для очистки технологических сред и оборудования заготовительного производства и кончая заключительными операциями технологической цепочки производства — сборкой, герметизацией, контролем и испытаниями ИМС.

  1. Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата


Дисциплина относится к вариативной части цикла профессиональных дисциплин профиля, базируется на результатах изучения дисциплин профессионального цикла, в том числе схемотехники, основ проектирования электронной компонентной базы, вакуумно-плазменных процессов и технологий, процессов микро и нанотехнологий, методов математического моделирование технологических процессов, основ технологии электронной компонентной базы, технологии тонких пленок, материалов твердотельной электроники. Для успешного усвоения дисциплины студент должен

знать:

- физические и физико-химические основы технологии производства изделий электроники и наноэлектроники;

- принципы построения и функционирования устройств на основе традиционной элементной базы твердотельной электроники;

- основные технические параметры, эксплуатационные характеристики и области применения основных устройств и функциональных узлов твердотельной электроники.

- возможности интенсивных технологий, в том числе плазменных, в производстве материалов и изделий твердотельной электроники;

- характеристики современных САПР микроэлектроники и методы решения задач технологического и схемотехнического проектирования БИС и СБИС;

- основные операции и их назначение в планарно-эпитаксиальной технологии;

уметь:

- применять методы расчета параметров и характеристик, моделирования и проектирования электронных приборов и устройств твердотельной электроники и наноэлектроники;

- определять экспериментальным или расчетным путем оптимальные режимы проведения отдельных технологических операций;

- работать с техническими и программными средствами реализации процессов проектирования;

- работать в коллективе (малых группах) при решении профессиональных задач;

владеть:

- информацией об областях применения и перспективах развития различных функциональных узлов и устройств современной электроники;

- навыками работы в коллективе (малых группах) при решении профессиональных задач;

  1. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины


- готовность внедрять результаты разработок в производство (ПК-13);

- способность выполнять работы по технологической подготовке производства материалов и изделий электронной техники (ПК-14);

- способность разрабатывать инструкции по эксплуатации используемых технического оборудования и программного обеспечения для обслуживающего персонала (ПК-32);

- готовность к применению современных технологических процессов и технологического оборудования на этапах разработки и производства материалов и изделий электронной техники (ПК-35).

В результате освоения дисциплины обучающийся должен:

знать:

- принципы исследования, моделирования и анализа технологических процессов изготовления ИМС;

- базовые технологии изготовления ИМС на биполярных и МОП транзисторах и особенности их реализации;

- технологии изготовления гибридных ИМС;

- конструктивно-технологические варианты сборки, монтажа и герметизации ИМС;

- классификацию оборудования производства изделий твердотельной микроэлектроники, требования к такому оборудованию, основные характеристики оборудования и перечень мировых производителей соответствующего оборудования.

уметь:

- составлять профильные и спиральные схемы технологических процессов изготовления ИМС;

- составлять маршрутные карты технологических процессов изготовления ИМС;

- выбирать оборудование для выполнения конкретных операций технологического процесса исходя из требований к размерам и параметрам формируемых структур.

владеть:

- навыками чтения маршрутных карт, профильных технологических схем технологий изготовления ИМС;

- навыками составления маршрутных карт, профильных технологических схем технологий изготовления ИМС;

- навыками выбора оборудования для решения конкретных технологических задач.

  1. Структура дисциплины Физическая химия твердого тела


Общая трудоемкость дисциплины составляет 4 зачетных единиц, 144 часа.

Вид учебной работы

Всего часов

Семестры

8

Аудиторные занятия (всего)

70

70

В том числе:







Лекции

35

35

Практические занятия (ПЗ)

35

35

Семинары (С)

-

-

Лабораторные работы (ЛР)

-

-

Самостоятельная работа (всего)

74

74

В том числе:







Курсовой проект (работа)

-

-

Расчетно-графические работы

10

20

Реферат

10

10

Оформление отчетов по лабораторным работам

-

-

подготовка к текущим занятиям, коллоквиумам

35

35

Подготовка к экзамену

20

10

Вид промежуточной аттестации (зачет, экзамен)

зачет, экзамен

зачет, экзамен

Общая трудоемкость час

зач. ед.

144

144

4

4



  1. Содержание дисциплины

5.1. Содержание разделов дисциплины

5.1.1. Модуль 1. Методы анализа и описания технологических процессов производства полупроводниковых приборов и ИС.

Классификация полупроводниковых приборов и ИС. Технологические схемы процессов изготовления полупроводниковых приборов и ИС; структура комплексов технологических процессов. Принцип исследования и моделирования технологических процессов. Принципы анализа технологических процессов. Технологическое обеспечение надежности изделий и контроль качества технологического процесса. Требования к чистоте воздушной среды и климатическим параметрам. Основные положения электронной гигиены.

5.1.2. Модуль 2. Базовые технологии основных типов ИМС.

Технология биполярных интегральных микросхем. Конструктивно-технологические особенности биполярных ИМС и их влияние на электрические параметры, основные этапы технологии биполярных ИМС, вопросы электрической изоляции в технологии биполярных ИМС, усовершенствованные конструктивно-технологические варианты.

Базовая технология МДП-интегральных микросхем. Основные конструктивно-технологические варианты МДП - ИМС. Влияние физических и технологических факторов на электрические параметры МДП - ИМС. Базовая технология производства МОП - ИМС.

Пути повышения эффективности технологических процессов. Технология и маршруты: изготовления МОП-ИМС двойной диффузией; МОП-ИМС с кремниевым затвором; МОП-ИМС с многослойным диэлектриком; ИМС на пассивных подложках; комплементарных МОП-ИМС; ИМС V-МОП типа; ИМС на основе приборов с зарядовой связью; ИМС на основе арсенида галлия; ЦМД-ИМС; комбинированных БП-МОП ИМС.

Е2IС-технология (технология с использованием приподнятых электродов); PSA-технология (технология с самосовмещением с использованием поликремния); Модифицированный PSA-процессу (APSA-процесс); Самосовмещенный с вертикальной изоляцией биполярный интегральный транзистор VIST; Суперсамосовмещенная технология изготовления биполярного интегрального транзистора SST I, SST II, SST III; Самосовмещенный биполярный интегральный транзистор с двумя слоями поликремния

5.1.3. Модуль 3. Технология монтажа и сборки полупроводниковых приборов и ИС.

Конструктивно-технологические варианты монтажа кристаллов; технология изготовления ленточных носителей и монтажа кристаллов на гибкую ленту. Технологические особенности монтажа и сборка ГИС, микросборок, быстродействующих ИМС и микропроцессоров. Технология герметизации полупроводниковых приборов и ИМС.

5.1.4. Модуль 4. Технология гибридных интегральных микросхем и микросборок.

Технология тонкопленочных гибридных интегральных микросхем и микросборок. Пленки для интегральных микросхем. Технология коммутационных элементов микросхем. Технология изготовления тонкопленочных резисторов из металлов и сплавов. Технология изготовления тонкопленочных конденсаторов. Типовые технологические процессы и маршруты изготовления тонкопленочных интегральных микросхем.

Технология гибридных толстопленочных интегральных микросхем. Конструктивно-технологические особенности толстопленочных ИМС. Типовые технологические процессы, оборудование и маршруты изготовления толстопленочных интегральных микросхем.

5.1.5. Модуль 5. Оборудование: принципы функционирования, принципиальные схемы, пути выбора.

Технология и оборудование для выращивания монокристаллов. Технология и оборудование для получения тонких пленок в вакууме. Технология и оборудование для получения эпитаксиальных слое. Оборудование для получения диффузионных и диэлектрических слоев в термических печах. Оборудование оптической литографии (генераторы изображений, фотоповторители, установки совмещения и экспонирования и др.). Оборудование электронной литографии. Рентгеновское литографическое оборудование. Оборудование ионно-лучевой литографии. Технология и оборудование для создания р-n переходов. Технология оборудование контактной, дуговой, холодной сварки и пайки. Технология и оборудование электрофизических и электрохимических методов обработки.

Мировые производители оборудования.

  1. Лабораторный практикум

Не предусмотрен.
  1. Практические занятия (семинары)

Тематика практических занятий соответствует тематике лекционного курса. На практических занятиях производится разбор технологий формирования структур ИМС с акцентированием внимания на особенностях реализации отдельных технологических операций.

Пример задания:

Предложить профильную схему технологии изготовления БиКДМОП ИМС с изоляцией p-n переходом 1 ПКК 1 металл, NДMOП/PДMOП высоковольтные транзисторы.

Характеристика процесса:

Кол-во фотолитографий, шт. 19

Средняя проектная норма, мкм 4.0

Подложка: 27КЭФ8/30КЭС5,5/300КДБ2.0

460КДБ60 (100)

Изоляция: p-n переход

Глубина P-кармана, мкм 6.5

Глубина базы NДMOП, мкм 3.0

Подзатворный SiO2, Å 900

Глубина p-базы NPN, мкм 2.5

Глубина N+эмиттера, мкм 0.8

Межслойный диэлектрик – СTФСС 0,55мкм+SIPOS 0.1мкм+ СTФСС 1,1мкм

Длина канала по затвору:

NДMOП/PДMOП, мкм 6

шаг ПКК, мкм 8

контакты, мкм 4

шаг по металлу, мкм 12
  1. Примерная тематика курсовых проектов (работ)

Курсовые проекты или работы данной дисциплине не предусмотрены.
  1. Образовательные технологии и методические рекомендации по организации изучения дисциплины

Чтение лекций по данной дисциплине проводится с использованием мультимедийных презентаций. Слайд-конспект курса лекций включает более 400 слайдов. Презентация позволяет преподавателю четко структурировать материал лекции, экономить время, затрачиваемое на рисование на доске схем, написание формул и других сложных объектов, что дает возможность увеличить объем излагаемого материала. Кроме того, презентация позволяет очень хорошо иллюстрировать лекцию не только схемами и рисунками которые есть в учебном пособии, но и полноцветными фотографиями, рисунками, портретами ученых и т.д. Электронная презентация позволяет отобразить физические и химические процессы в динамике, что позволяет улучшить восприятие материала. Студентам предоставляется возможность копирования презентаций для самоподготовки и подготовки к экзамену.

Поскольку лекции читаются для одной группы студентов (10 – 15 чел.) непосредственно в аудитории контролируется усвоение материала основной массой студентов путем тестирования по отдельным модулям дисциплины.

При работе в малоконтингентной группе, сформированной из достаточно успешных студентов, целесообразно использовать диалоговую форму ведения лекций с использованием элементов практических занятий, постановкой и решением проблемных задач и т.д. В рамках лекционных занятий можно заслушать и обсудить подготовленные студентами рефераты.

При проведении практических занятий не менее 1 часа из двух (50% времени) отводится на самостоятельное решение задач. Практические занятия целесообразно строить следующим образом:

Вводная преподавателя (цели занятия). Постановка технологической проблемы.

Беглый опрос.

Самостоятельный поиск путей решения поставленной задачи.

Разбор типовых ошибок при решении (в конце текущего занятия).

По результатам самостоятельного решения задач следует выставлять по каждому занятию оценку.

По материалам модуля или раздела целесообразно выдавать студенту домашнее задание и на последнем практическом занятии по разделу или модулю подвести итоги его изучения (например, провести контрольную работу в целом по модулю), обсудить оценки каждого студента, выдать дополнительные задания тем студентам, которые хотят повысить оценку за текущую работу.

При организации внеаудиторной самостоятельной работы по дисциплине преподавателю рекомендуется использовать следующие ее формы:
  • подготовка и написание рефератов, докладов, очерков и других письменных работ на заданные темы.
  • выполнение домашних заданий разнообразного характера. Это - решение задач; подбор и изучение литературных источников; подбор иллюстративного и описательного материала по отдельным разделам курса в сети Интернет.
  • выполнение индивидуальных заданий, направленных на развитие у студентов самостоятельности и инициативы. Индивидуальное задание может получать как каждый студент, так и часть студентов группы;
  1. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов

Всего по текущей работе студент может набрать 50 баллов, в том числе:

- работа в рамках лабораторного практикума – 15 баллов;

- контрольные (тестовые) работы по каждому модулю – всего 25 баллов;

- реферат –10 балла.

Зачет проставляется автоматически, если студент набрал по текущей работе не менее 26 баллов. Минимальное количество баллов по каждому из видов текущей работы составляет половину от максимального.


Итоговый экзамен по дисциплине

- письменный экзамен, который проводится по вопросам, приводимым ниже. Экзаменационный билет включает два вопроса из приводимого ниже перечня. В обязательном порядке один из вопросов касается конкретного технологического процесса формирования структуры ИМС, ответ на вопрос должен содержать профильную схему процесса, преимущества и недостатки процесса, особенности реализации отдельных операций (самосовмещения и т.п.). Второй вопрос обязательно содержит вопрос касательно технологического оборудования. Ответ на вопрос должен содержать принцип действия и реализуемую данным оборудованием технологическую операцию, основные узлы оборудования и их назначение, важные с точки зрения технолога параметры оборудования. Ответ на каждый вопрос оценивается из 20 баллов.

- беседа с преподавателем по отдельным вопросам курса в целом. Способность студента ориентироваться в структуре курса и умение сопоставлять знания из различных разделов дисциплины оценивает максимум в 10 баллов.

Результат экзамена (максимум 50 баллов) определяется как сумма письменной и устной частей.

Экзаменационные вопросы по дисциплине
  1. Интегральная микросхема: Определение, классификация, особенности производства.
  2. Технология биполярных ИМС. Классификация основных методов электрической изоляции элементов ИМС.
  3. Базовый процесс формирования биполярной ИМС с изоляцией элементов при помощи p-n-перехода на примере интегрального n-p-n-транзистора.
  4. Метод коллекторной изолирующей диффузии. Метод базовой изолирующей диффузии.
  5. Технология БиП ИМС на основе трех фотошаблонов. Технология БиП ИМС на основе двойной диффузии.
  6. ЭПИК (EPIK) – процесс изготовления БиП ИМС. КВД и VIP процессы изготовления БиП ИМС.
  7. Декаль-процесс изготовления БиП ИМС. КНС-технология изготовления БиП ИМС.
  8. Изопланарная технология изготовления БиП ИМС: Изопланар-1, Изопланар-2.
  9. Эпипланарная и полипланарная технологии изготовления БиП ИМС.
  10. Совмещенная технология изготовления БиП ИМС.
  11. Технология МДП ИМС. Сравнение базовых технологий МДП и БиП ИМС.
  12. Базовый технологический процесс изготовления МДП ИМС.
  13. Изготовление МДП ИМС методом двойной диффузии. Технология МДП ИМС на пассивных подложках.
  14. Технология комплиментарных МДП ИМС.
  15. Е2IС-технология (технология с использованием приподнятых электродов)
  16. PSA-технология (технология с самосовмещением с использованием поликремния)
  17. Модифицированный PSA-процесс (APSA-процесс)
  18. Самосовмещенный с вертикальной изоляцией биполярный интегральный транзистор VIST
  19. Суперсамосовмещенная технология изготовления биполярного интегрального транзистора SST I
  20. Суперсамосовмещенная технология изготовления биполярного интегрального транзистора SST II
  21. Суперсамосовмещенная технология изготовления биполярного интегрального транзистора SST III
  22. Самосовмещенный биполярный интегральный транзистор с двумя слоями поликремния
  23. Технология выращивания монокристаллов по методу Чохральского. Принципиальная схема установки и основные требования к ней.
  24. Тепловой узел установки выращивания монокристаллов по методу Чохральского: назначение, требования к узлам, принципиальные схемы.
  25. Система экранирования и тигли установки выращивания монокристаллов по методу Чохральского: виды, требования.
  26. Методы нанесения тонких пленок в технологии ИМС. Требования к оборудованию и конструкционным материалам для осаждения пленок.
  27. Установка осаждения тонких пленок: принципиальная блок-схема.
  28. Термическое испарение в вакууме: сущность метода, принципиальная схема установки, виды испарителей и требования к ним.
  29. Катодное, ионно-плазменное и магнетронное распыление: сущность методов, принципиальные схемы диодный и триодных систем.
  30. Ионно-термическое испарение: сущность, схемы ионно-термических источников распыления, достоинстава и недостатки метода.
  31. Эпитаксия из газовой фазы: основные этапы, требования к установке и ее основные конструктивные элементы.
  32. Реакторы установок эпитаксиального наращивания: требования, материалы, конструкции.
  33. Системы нагрева установок эпитаксиального наращивания: классификация. Описания гидродинамической обстановки, тепло- и массообмена в реакторе (критерии подобия).
  34. Основные типы парофазной эпитаксии кремния (сводная таблица).
  35. Особенности оборудования для эпитаксиального наращивания полупроводниковых соединении типа AIIIBV.
  36. Молекулярно-лучевая эпитаксия: сущность метода, преимущества, принципиальная схема установки, особенности легирования при МЛЭ.
  37. Диффузионные и диэлектрические слои в технологии ИМС: виды, назначение. Последовательность обработки полупроводниковых подложек в диффузионной печи.
  38. Требования к термическому оборудованию. Нежелательные факторы и явления, возникающие при эксплуатации печей.
  39. Функциональная схема автоматизированной трехтрубной диффузионной печи. Конструкция термических камер.
  40. Автоматические загрузчики и газовый шкаф: назначение, требования к ним.
  41. Основные направления в создании оборудования для диффузии и окисления.
  42. Фотолитография: сущность, назначение, основные этапы.
  43. Комплект оборудования для фотолитографии. Участок химико-технологической обработки линии «Лада–125». Основные агрегаты линии.
  44. Автомат гидромеханической отмывки линии «Лада–125». Автомат нанесения фоторезиста линии «Лада–125».
  45. Совмещение и экспонирование: классификация методов контактой фотолитографии, принципиальная схема установки совмещения и контактного экспонирования.
  46. Назначение и комплектация устройства совмещения. Остветительное устройство: схема растрового осветителя.
  47. Проявлением рисунка фоторезиста: способы подачи реагента на поверхность. Полуавтомат проявления типа ППФ-2.
  48. Оборудование для травления окисла и металла.
  49. Электронно-лучевые сканирующие системы: стстемы формирования пучка, способы перемещения пучка.
  50. Электронно-лучевые проекционные системы: две разновидности лучевых проекционных систем.
  51. Рентгеновская литография как разновидность оптической безконтактной печати. Принципиальная схема установки. Геометрические эффекты рентгеновской литографии.
  52. Ионно-лучевая литография: сущность, особенности процесса.
  53. Типы установок ионно-лучевой литографии.
  54. Ионное легирование: сущность метода, преимущества перед диффузионным легированием, основные узлы установки.
  55. Основные требования к промышленным установкам ионного легирования. Типы установок по системам ускорения ионов. Типы установок по величине дозы.
  56. Схемы основных типов установок ионно-лучевого легирования.
  57. Ионные источники установок ионного легирования: классификация, принципиальные схемы, эксплуатационные характеристики.
  58. Система извлечения ионов, формирования и ускорения ионных пучков.
  59. Основные требования к процессу сборки микросхем в корпус. Классификация оборудования для сборки, сварки и пайки изделий. Требования к оборудованию для монтажа.
  60. Требования к способам и оборудованию для сварки. Способы микросварки.
  61. Основные узлы и механизмы сборочного оборудования: рабочий столик, механизм давления, и т.д.
  62. Контроль и испытание полупроводниковых приборов и ИМС.



  1. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины:

а) основная литература:
  1. Королев М.А., Крупкина Т.Ю., Ревелева М.А. Технология, конструкции и методы моделирования кремниевых интегральных микросхем. М.: Бином. Лаборатория знаний, 2009. Т.1
  2. Королев М.А., Крупкина Т.Ю., Ревелева М.А. Технология, конструкции и методы моделирования кремниевых интегральных микросхем. М.: Бином. Лаборатория знаний, 2009. Т.2
  3. Шутов Д.А. Технологии производства основных типов интегральных схем: учебное пособие. – Иваново: Иван. гос. хим.–технол. ун-т., 2010..
  4. Черняев В.Н. Технология производства интегральных микросхем и микропроцессоров: учебник для вузов. - М.: Радио и связь, 1987.
  5. Берлин Е.В., Сейдман Л.А. Ионно-плазменные процессы в тонкопленочной технологии. – М.: Техносфера, 2010.

б) дополнительная литература:
  1. Панфилов Ю.В., Рябов В.Т., Цветков Ю.Б. Оборудование производства интегральных микросхем и промышленные роботы: учебник для техникумов. – М.: Радио и связь, 1988.
  2. Аваев Н.А., Наумов Ю.Е., Фролкин В.Т. Основы микроэлектроники: учебник для вузов. М.: Радио и связь, 1991.
  3. Росадо Л. Физическая электроника и микроэлектроника / пер. с исп.; под ред.В.А.Терехова. - М.: Высш. шк., 1991.
  4. Масленников П.Н., Лавреньтьев К.А., А.Д. Гингис и др. Оборудование полупроводникового производства. – М.: Радио и связь, 1981.
  5. Попов В.Ф., Горин Ю.Н. Процессы и установки электронно-лучевой технологии. – М.: Высшая школа, 1988.



  1. Материально-техническое обеспечение дисциплины (модуля)

Лекции по дисциплине проводятся в аудитории, оснащенной видеопроектором.


Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с учетом рекомендаций и ПрООП ВПО по направлению и профилю подготовки .

Автор (Шутов Д.А.)

Заведующий кафедрой (Светцов В.И.)

Рецензент (ы)

(подпись, ФИО)


Программа одобрена на заседании научно-методического совета факультета неорганической химии и технологии ИГХТУ от «_____» ________ 201__ года, протокол № ____.

Председатель НМС _______________ (ФИО)