Физика полупроводниковых приборов

Вид материала

Документы

Содержание Примерный перечень тем лабораторных работ Примерный перечень тем курсовых работ Системы автоматизированного проектирования В.Е. Борисенко И.И. Абрамов Кафедра интеллектуальных систем Пояснительная записка Содержание дисциплины Ионной имплантацией Полупроводников диффузией Рисунка элементов имс Элементов имс в микроэлектронике Технологии изготовления сбис Проектирования радиоэлектронных приборов И смешанных аналого-цифровых имс Примерный перечень тем лабораторных Примерный перечень компьютеров

Подобный материал:

• Рабочая программа дисциплины "Физические основы полупроводниковой микро- и оптоэлектроники, 119.56kb.
• Министерство образования и науки РФ московский энергетический институт (технический, 83.36kb.
• Учебно-методический комплекс для специальности, 359.2kb.
• Реферат по дисциплине " Технологические процессы микроэлектроники " на тему: Технологические, 1398.5kb.
• Программа курса лекций, 30.09kb.
• Разработка фоточувствительных полупроводниковых приборов с отрицательной дифференциальной, 398.26kb.
• Полупроводниковые приборы, 355.8kb.
• Методика анализа, прогнозирования и повышения надежности изделий микроэлектроники,, 21.62kb.
• Материалы микроэлектроники, 673.1kb.
• Годовой отчет ОАО «ниипп» за 2010 год, 374.58kb.

^

ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

Часть 1

1. Окисление кремния в цикле сухой-влажный-сухой кислород.
   
2. Высокотемпературное легирование кремния бором и фосфором.
   
3. Ионное легирование кремния бором и фосфором.
   
4. Химическое травление технологических слоев.
   
5. Газофазная эпитаксия кремния.
   
6. Взрывная литография.
   
7. Получение алмазоподобных пленок.
   
8. Химическое удаление фоторезиста.
   

Часть 2

1. Исследование процессов изготовления КМОП ИС на тестовых структурах.
   
2. Исследование процессов изготовления n-МОП ИС на тестовых структурах.
   
3. Исследование процессов изготовления СВЧ ИС на тестовых структурах.
   
4. Исследование процессов изготовления ТТЛШ ИС на тестовых структурах.
   
5. Измерения основных параметров базовых тестовых структур.
   
6. Исследование процессов изготовления БиКМОП ИС на тестовых структурах.
   

Часть 3

1. Технология электрохимического окисления в производстве МКМ. Плотные и пористые оксиды.
   
2. Диэлектрические основания для МКМ.
   
3. Многоуровневая система металлизации МКМ.
   
4. Технология поверхностного монтажа компонентов в производстве МКМ.
   
5. Тестовые структуры для контроля электрических свойств металлизации МКМ.
   
6. Особенности технологии сборки МКМ.
   

^

ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ КУРСОВЫХ РАБОТ

1. Разработать маршрутную технологию блока изоляции ИС на ТТЛШ- элементах (5 вариантов).
   
2. Разработать маршрутную технологию блока изоляции ИС на n-МОП- элементах (5 вариантов).
   
3. Разработать маршрутную технологию блока изоляции ИС на КМОП-элементах (5 вариантов).
   
4. Разработать маршрутную технологию блока изоляции ИС на БиКМОП-элементах (5 вариантов).
   
5. Разработать маршрутную технологию блока активной структуры ИС на ТТЛШ- элементах (5 вариантов).
   
6. Разработать маршрутную технологию блока активной структуры ИС на n-МОП элементах (5 вариантов).
   
7. Разработать маршрутную технологию блока активной структуры ИС на КМОП-элементах (5 вариантов).
   
8. Разработать маршрутную технологию блока активной структуры ИС на БиКМОП-элементах (5 вариантов).
   
9. Разработать маршрутную технологию блока металлизации ИС на ТТЛШ-элементах (5 вариантов).
   
10. Разработать маршрутную технологию блока металлизации ИС на n-МОП-элементах (5 вариантов).
    
11. Разработать маршрутную технологию блока металлизации ИС на КМОП-элементах (5 вариантов).
    
12. Разработать маршрутную технологию блока металлизации ИС на БиКМОП-элементах (5 вариантов).
    

ЛИТЕРАТУРА

1. Готра З.Ю. Технология микроэлектронных устройств: Справочник. – М.: Радио и связь, 1991.
   
2. Моро У. Микролитография: Принципы, методы, материалы. – М.: Мир, 1990.
   
3. Родионов Ю.А. Литография в производстве интегральных микросхем. –Мн.: Дизайн ПРО, 1998.
   
4. Кисель А.М., Родионов Ю.А. и др. Химическая обработка в технологии ИМС. – Полоцк.: ПГУ, 2001.
   
5. Технология СБИС: В 2 кн.; Пер. с англ. / Под ред. С. Зи. – М.: Мир,1986.
   
6. Gise Peter. Modern Semiconductor Fabrication Technology; University San Jose, 1998.
   
7. Campbell Stephen A.. The Science and Engineering of Microelectronic Fabrication; Oxford University, 2001.
   
8. Madou Mark J. Fundamentals of Microfabrication. New York, 2002.
   
9. Ферри Д. и др. Электроника ультрабольших интегральных схем. – М.: Мир, 1991.
   
10. Черных А.Г., Лантасов Ю.А. Лабораторный практикум «Тестовые структуры для контроля технологического процесса изготовления СБИС». –Мн.: БГУИР, 1997.
    
11. Черных А.Г., Гришков В.Н. Лабораторный практикум «Анализ технологических маршрутов изготовления ИС». – Мн.: БГУИР, 2000.
    
12. Черных А.Г. Маршрутная технология интегральных схем: Метод. указания по курсовому проектированию. – Мн.: БГУИР, 2003.
    

Утверждена

УМО вузов Республики Беларусь

по образованию в области информатики

и радиоэлектроники

« 03 » июня 2003 г.

Регистрационный № ТД-41-021/тип.


^ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ


Учебная программа для высших учебных заведений

по специальности 1-41 01 03 Квантовые информационные системы


Согласована с Учебно-методическим управлением БГУИР

« 28 » мая 2003 г.





Составители:

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

^ 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:

Н.А. Цырельчук, ректор Учреждения образования «Минский государственный высший радиотехнический колледж», профессор, кандидат технических наук;

^ Кафедра интеллектуальных систем Учреждения образования «Белорусский национальный технический университет» (протокол № 8 от 24 февраля 2003 г.)


Рекомендована к утверждению в качестве типовой:

Кафедрой микроэлектроники Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол № 6 от 13 января 2003 г.);


Научно-методическим советом по направлениям 1-36 Оборудование и 1-41 Компоненты оборудования УМО вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики и радиоэлектроники (протокол № 3 от 28 марта 2003 г.)


Действует до утверждения Образовательного стандарта по специальности


^ ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА


Типовая программа “Системы автоматизированного проектирования интегральных микросхем” составлена для специальности 1-41 01 03 Квантовые информационные системы высших учебных заведений.

Целью изучения дисциплины "Системы автоматизированного проектирования интегральных микросхем" является формирование знаний и навыков математического моделирования основных технологических процессов и элементов современных интегральных микросхем, изучение и овладение современными системами автоматизированного проектирования в микроэлектронике и приобретение практических навыков технологического и схемотехнического проектирования и моделирования интегральных микросхем (ИМС).

Базовыми дисциплинами для изучения “Систем автоматизированного проектирования интегральных микросхем” являются:

• «Высшая математика» – основы теории множеств, математической логики и теории графов, дифференциальные уравнения, вычислительные методы, методы оптимизации, в том числе методы дискретной оптимизации;
  
• «Микросхемотехника»;
  
• «Физика полупроводниковых приборов»;
  
• «Физика твердого тела»;
  
• «Технологические процессы в микроэлектронике».
  

В результате освоения дисциплины “Системы автоматизированного проектирования интегральных микросхем” студент должен получить представление:

• о роли и месте систем автоматического проектирования (САПР) ИМС в общем цикле производства изделий микроэлектроники;
  
• об основных тенденциях развития и современных достижениях методов и систем автоматизированного проектирования больших интегральных схем (БИС) и сверхбольших интегральных схем СБИС;
  
  • знать:
    
  • какими физическими и математическими моделями описываются базовые технологические процессы, используемые при изготовлении интегральных микросхем, и элементы интегральных микросхем;
    
  • роль САПР в разработке и проектировании БИС и СБИС;
    
  • уровни проблем, решаемых в ходе разработки БИС и СБИС с использованием инструментария САПР микроэлектроники;
    
  • основные особенности этапов проектирования БИС и СБИС: физико-технологического, функционально-логического, схемотехнического, топологического;
    
  • методы и средства автоматизированного проектирования БИС и СБИС;
    
  • назначение и характеристики основных программных комплексов САПР микроэлектроники;
    

• уметь характеризовать:
  
• модели, используемые для расчетов технологических процессов и элементов ИМС;
  
• физико-математические модели, лежащие в основе программных комплексов САПР микроэлектроники;
  
• методы решения задач, используемые в основных программных комплексах САПР микроэлектроники;
  
• уметь применять:
  
• основные функциональные возможности и программные пакеты САПР микроэлектроники на главных этапах процессов проектирования БИС и СБИС;
  
• методы анализа и синтеза при проектировании БИС и СБИС с использованием инструментария САПР микроэлектроники;
  
• приобрести навыки:
  
• анализа преимуществ и ограничений существующих моделей технологических процессов и элементов интегральных микросхем;
  
• моделирования на персональном компьютере технологических процессов и элементов интегральных микросхем;
  
• самостоятельной работы в среде основных программных комплексов САПР микроэлектроники;
  
• анализа функциональных характеристик изделий микроэлектроники на основе результатов расчетов, получаемых с использованием прикладных пакетов САПР микроэлектроники.
  

Программа рассчитана на 165 аудиторных часов. Примерное распределение учебных часов по видам занятий: лекций – 65 часов, лабораторных работ – 100 часов.


^ СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ


Раздел 1. МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ

ПРОЦЕССОВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИМС


Тема 1.1. ТЕРМООБРАБОТКА ПОЛУПРОВОДНИКОВ

1. Механизмы нагрева. Режимы нагрева полупроводников излучением (адиабатический, теплопроводности, теплового баланса).
   
2. Моделирование тепловых полей в полупроводниковых пластинах.
   
3. Термоупругие напряжения.
   

Тема 1.2. ЛЕГИРОВАНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВ

^ ИОННОЙ ИМПЛАНТАЦИЕЙ

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).
   
2. Моделирование распределения имплантированной примеси и выделенной энергии в кристаллических и аморфных мишенях.
   
3. Особенности распределения примесей и выделенной энергии в монокристаллических мишенях.
   

Тема 1.3. ДИФФУЗИОННОЕ ЛЕГИРОВАНИЕ

^ ПОЛУПРОВОДНИКОВ ДИФФУЗИЕЙ

1. Механизмы диффузии примеси в полупроводниках. Диффузия в равновесных условиях.
   
2. Равновесная растворимость примесей в полупроводниках.
   
3. Диффузия в неравновесных условиях.
   
4. Радиационно-стимулированная диффузия.
   
5. Диффузионное перераспределение примесей при высокотемпературной обработке.
   
6. Силицидообразование. Окисление.
   

Тема 1.4. ФОРМИРОВАНИЕ ТОПОЛОГИЧЕСКОГО

^ РИСУНКА ЭЛЕМЕНТОВ ИМС

1. Оптическая литография. Закономерности образования рельефа фоторезиста при экспонировании и проявлении.
   
2. Моделирование топологии при травлении/осаждении материалов.
   
3. Моделирование эпитаксии.
   

Тема 1.5. ФИЗИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ИМС

1. Физико-математические модели технологических операций изготовления элементов ИМС.
   
2. Численная реализация физико-математических моделей технологических операций изготовления элементов ИМС.
   
3. Стационарные границы.
   
4. Движущаяся граница кремния (Si).
   
5. Пространственная дискретизация; генерация временного шага.
   
6. Формат задания на технологическое моделирование.
   
7. Структура выходных данных технологического моделирования.
   

Раздел 2. МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ИМС


Тема 2.1. ОСНОВЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ИМС

1. Основные задачи моделирования элементов ИМС.
   
2. Общая классификация и подходы к синтезу моделей элементов ИМС.
   
3. Класс диффузионно-дрейфовых моделей.
   

Тема 2.2. МОДЕЛИРОВАНИЕ БИПОЛЯРНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ИМС

1. Упрощенные физико-топологические и электрические модели биполярных транзисторов одномерного приближения.
   
2. Представление интегрального биполярного транзистора в одномерном приближении. Модель Эберса–Молла и ее разновидности. Интегральное соотношение Гуммеля. Модель Гуммеля–Пуна.
   
3. Вольт-амперные характеристики. Эффекты высокого уровня инжекции. Коэффициент передачи и граничная частота.
   
4. Эффекты второго порядка. Понятие об упрощенных моделях двухмерного приближения.
   
5. Численное моделирование биполярного транзистора. Одно-, двух- и трехмерные модели.
   
6. Конечно-разностная аппроксимация – переход к дискретной модели. Численные методы. Методы Ньютона и Гуммеля.
   
7. Расчет статических и динамических характеристик, параметров электрических моделей. Специфика моделирования мощных биполярных транзисторов.
   
8. Моделирование И2Л-элемента. Принцип построения упрощенных моделей. Двухмерная модель.
   
9. Статические характеристики. Эффекты высокого уровня инжекции.
   

Тема 2.3. МОДЕЛИРОВАНИЕ МДП-ТРАНЗИСТОРОВ

1. Упрощенные модели металл-диэлектрик-полупроводник (МДП) транзисторов. Физико-топологические модели длинноканального транзистора металл-окисел-полупроводник (МОП). Параметры транзистора. Эффекты, связанные с малыми размерами.
   
2. Электрические модели МОП-транзисторов. Граничная частота. Специфика моделирования различных разновидностей МДП-транзисторов.
   
3. Модель для эффекта защелкивания комплиментарных МОП-структур (КМОП).
   
4. Численное моделирование МОП-структур. Двух- и трехмерные модели МОП-транзисторов. Дополнительные допущения. Численные методы.
   
5. Специфика моделирования элементов с непланарными границами раздела. Специфика численного моделирования КМОП-элемента.
   

Тема 2.4. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ

1. Модели диодов и пассивных элементов ИМС.
   
2. Идентификация параметров моделей.
   
3. Классификация рассмотренных моделей элементов ИМС.
   

Раздел 3. САПР В МИКРОЭЛЕКТРОНИКЕ


Тема 3.1. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ САПР И МОДЕЛИРОВАНИЯ

^ ЭЛЕМЕНТОВ ИМС В МИКРОЭЛЕКТРОНИКЕ

1. Роль САПР в совершенствовании разработки и проектирования СБИС.
   
2. Основные особенности САПР СБИС. Уровни проблем, решаемых в ходе разработки СБИС.
   
3. Этапы проектирования СБИС: технологии, элементов, проектирование функционально-логическое, схемотехническое, топологическое, архитектурное, проектирование систем на кристаллах.
   
4. Методы и средства автоматизированного проектирования СБИС.
   
5. Назначение и характеристики основных программных комплексов САПР микроэлектроники.
   

Тема 3.2. СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ И ОПТИМИЗАЦИЯ

^ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СБИС

1. Методы многофакторного статистического проектирования и оптимизации технологии СБИС.
   
2. Планирование эксперимента.
   
3. Статистическое моделирование и оптимизация технологии СБИС с использованием метода поверхности откликов.
   
4. Статистический анализ результатов компьютерного моделирования технологии СБИС с использованием программ моделирования технологических операций микроэлектроники.
   
5. Примеры статистического анализа результатов моделирования и натурных экспериментов по формированию СБИС.
   
6. Программная реализация многофакторного статистического проектирования и оптимизации технологии ИМС.
   

Тема 3.3. СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО

^ ПРОЕКТИРОВАНИЯ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРОВ

1. Ввод и редактирование компонентов и принципиальной электрической схемы.
   
2. Программные средства ввода и редактирования компонентов и принципиальной электрической схемы.
   
3. Создание графического изображения компонента.
   
4. Структура слоев чертежа электрической схемы.
   
5. Организация построения чертежа электрической схемы.
   
6. Методы преобразования исходной информации в схемотехническую модель ИМС.
   
7. Языки описания ИМС для схемотехнического моделирования.
   

Тема 3.4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ АНАЛОГОВЫХ, ЦИФРОВЫХ

^ И СМЕШАННЫХ АНАЛОГО-ЦИФРОВЫХ ИМС

1. Моделирование аналоговых ИМС. Общие сведения. Программные средства и описание задания на моделирование аналоговых ИМС. Примеры моделирования аналоговых устройств.
   
2. Моделирование цифровых устройств. Общие сведения. Программные средства для моделирования цифровых ИМС. Примеры моделирования цифровых устройств.
   
3. Моделирование смешанных аналого-цифровых устройств. Основные понятия о моделировании смешанных аналого-цифровых устройств. Описание задания на моделирование смешанных аналого-цифровых устройств.
   
4. Программные средства для моделирования смешанных аналого-цифровых устройств. Примеры моделирования смешанных аналого-цифровых устройств.
   
5. Библиотеки параметров полупроводниковых приборов и цифровых микросхем.
   

Тема 3.5. СОВРЕМЕННЫЕ СИСТЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СБИС

1. Проектирование заказных СБИС.
   
2. Базовые матричные кристаллы (БМК) и проектирование полузаказных СБИС.
   
3. Проектирование программируемых СБИС.
   
4. Проектирование полностью заказных СБИС.
   
5. Классификация программного обеспечения численного моделирования элементов и фрагментов интегральных схем и тенденции его развития.
   
6. Организация процесса сквозного моделирования в многоуровневых системах.
   

^ ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ 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. Двухмерное стационарное моделирование МОП-приборов.
   
7. Моделирование стационарных и переходных процессов в биполярных транзисторах в одномерном приближении.
   
8. Ознакомление со структурой файла задания на моделирование и входным языком программы SUPREM моделирования технологии ИМС.
   
9. Моделирование формирования структуры биполярного транзистора с использованием программы SUPREM.
   
10. Моделирование формирования структуры МОП-транзистора с использованием программы SUPREM.
    
11. Исследование электрических характеристик элементов ИМС на основании результатов моделирования технологии их формирования.
    
12. Статистический многофакторный анализ результатов компьютерного моделирования технологии СБИС.
    
13. Ввод и редактирование компонентов и принципиальной электрической схемы.
    
14. Исследование физико-математических моделей компонентов ИМС, используемых в программных пакетах проектирования ИМС.
    
15. Проведение аналогового моделирования ИМС.
    
16. Проведение логического моделирования цифровых устройств.
    
17. Проведение моделирования смешанных аналого-цифровых устройств.
    
18. Ознакомление со средствами проектирования заказных, полузаказных, программируемых и полностью заказных СБИС.
    

^ 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, SIMOS, SUPREM) и специально разработанные профессиональные программы для моделирования технологических процессов изготовления элементов интегральных микросхем и их электрических характеристик.


ЛИТЕРАТУРА


ОСНОВНАЯ


Раздел 1

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.
   

Раздел 2

1. Бубенников А.Н. Моделирование интегральных микротехнологий, приборов и схем. – М.: Высш. шк., 1989.
   
2. Абрамов И.И. Курс лекций "Моделирование элементов интегральных схем". – Мн.: БГУ, 1999.
   

Раздел 3

1. Серия «Автоматизация проектирования БИС»: Учеб. пособие для втузов. Кн. 1-6 /Под. ред. Г.Г. Казеннова. – М.: Высш. шк., 1990.
   
2. Гурский Л.И., Степанец В.Я. Проектирование микросхем. – Мн.: Наука и техника, 1991.
   
3. Hodges D.A., Jackson H.G. Analysis and design digital integrated circuits. – McGrowHill Book Company, New York, 1988.
   
4. Ефимов И.Е., Козырь И.Я., Горбунов А.Ю. Микроэлектроника. Проектирование, виды микросхем, функциональная микроэлектроника: Учеб. пособие для втузов. – М.: Высш. шк., 1987.
   

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ


Раздел 1

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.