Процессы микро- и нанотехнологии. Рабочая программа дисциплины

РПД МЭ CД.04 - 2002 ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Факультет радиоэлектроники Кафедра микроэлектроники

Система методического обеспечения учебного процесса Рабочая программа дисциплины

Процессы микро- и нанотехнологии

по подготовке специалиста инженера по направлению 654100 – Электроника и микроэлектроника специальности 200100 – Микроэлектроника и твердотельная электроника

Экземпляр №

Пенза 2002

РПД МЭ СД.04 - 2002 1 РАЗРАБОТАНА на основе государственного образовательного стандарта, рабочего учебного плана, семестровых планов и примерной программы НМС УМО Автор: доцент кафедры микроэлектроники, к.ф.-м.н., доцент

Аверин И.А.

«____» ______________ 2002 г.

2 РЕЦЕНЗЕНТ доцент кафедры микроэлектроники, к.т.н., доцент

Головяшкин А.Н.

«____» ______________ 2002 г.

3 СОГЛАСОВАНА

4 ВНЕСЕНА (ПОДГОТОВЛЕНА к утверждению) Методической группой кафедры микроэлектроники Руководитель доцент кафедры микроэлектроники, к.ф.-м.н., доцент

Медведев С. П.

«____» ______________ 2002 г.

5 УТВЕРЖДЕНА на заседании кафедры микроэлектроники, протокол №__________ Зав. кафедрой д.т.н., профессор

Печерская Р.М.

«____» ______________ 2002 г.

Настоящая программа не может быть использована другими подразделениями университета и другими вузами без разрешения кафедры – разработчика программы.

РПД МЭ CД.04 – 2002 Система методического обеспечения учебного процесса Рабочая программа дисциплины ПРОЦЕССЫ МИКРО- И НАНОТЕХНОЛОГИИ Специальность (направления) 200.100 .Микроэлектроника и твердотельная электроника ____________________________________________________________________________ Дата введения 2002 ____________ 1 Область применения Настоящая рабочая программа (далее программа) устанавливает минимальные требования к знаниям и умениям студента и определяет содержание и виды учебных занятий и отчетности. Предназначена для преподавателей, ведущих данную дисциплину, и студентов специальности 200100 – Микроэлектроника и твердотельная электроника, участвующих в процессе изучения дисциплины. 2 Нормативные ссылки Государственный образовательный стандарт высшего профессионального образования. Направление подготовки специалиста инженера. Учебный план по специальности 200100, утвержденный __________________ 2000 г. Семестровый учебный план на 2001/2002 учебный год. И 151.30.03–2000 Рабочие программы учебных дисциплин, порядок разработки и требования к содержанию. 3 Нормативная трудоемкость дисциплины Трудоемкость дисциплины в часах, исходя из 17-недельного семестра (дробью: всего в семестре / в среднем в неделю): 9 семестр Общая

162/9,5

Обязательная аудиторная

85/5

Лекции

51/3

Лабораторные занятия

34/2

Практические занятия

не предусмотр.

Семинары

не предусмотр

Курсовое проектирование

не предусмотр

Самостоятельная работа студентов, включая подготовку к курсовой работе

76,5/4,5

РПД МЭ СД.04 - 20002 Контроль текущий на занятиях защита курсовой работы (проекта) с оценкой зачет сдача экзамена

9 семестр 9 семестр 9 семестр

4 Цель и задачи дисциплины 4.1 Целью дисциплины является научить студентов способам нанесения, удаления и модифицирования вещества на микро- и наноуровне, используемых при создании компонентов твердотельной электроники и интегральных микросхем. 4.2 В результате изучения дисциплины студент должен: 4.2.1. Знать: − современные операции микро- и нанотехнологии; − физико-технологические и экономические ограничения миниатюризации и интеграции; − принципы организации базовых технологических процессов создания компонентов твердотельной электроники и интегральных микросхем. 4.2.2. Иметь навыки: − реализации современных способов нанесения, удаления и модифицирования материалов при создании элементной базы электронной техники; - работы на оборудовании, используемом в микроэлектронном производстве 5 Место дисциплины в учебном процессе Дисциплина относится к циклу специальных дисциплин, и блоку дисциплин, обеспечивающих конструкторско-технологическую подготовку. Изучение данной дисциплины базируется на следующих дисциплинах: Физика; Технология материалов электронной техники;; Материалы и элементы электронной техники; Химия; Микроэлектроника; Вакуумная и плазменная электроника; Твердотельная электроника. Основные положения дисциплины должны быть использованы в дальнейшем при изучении: Технология полупроводниковых приборов и ИМС; Проектирование и конструирование полупроводниковых ИМС. 6 Сводные данные об основных разделах дисциплины и распределении часов по видам занятий Название раздела

Количество часов занятий Аудиторных лекционных

Практиче- Лаборатор- Самостояских ных тельных занятий

Уровни изучения

Введение Системный подход к процессам микро- и нанотехнологии

2 часа 4 часа

2 часа 2 часа

А1 В1

6 часов

Производственная чистота, гигиена и безопасность. Оборудование и методы нанесения вещества.

6 часов

6 часов

10 часов В1, В2

6 часов

6 часов

10 часов Б1, В1

Оборудование и методы удаления вещества Оборудование и методы модифицирования вещества.

5 часов

2 часа

8 часов

В2

6 часов

2 часа

8 часов

В1

Литографические процессы. Сборка и герметизация.

6 часов.

2 часа

10 часов В1,В2

4 часа

8 часов

8 часов

Интенсификация и интеграция процессов микро- и нанотехнологии

10 часов

2 часа

14 часов В1

2 часа

2 часа

2,5 часа

Заключение.

В1,В2

В2

7.Лекции 7.1. Разделы и их содержание 7.1.1.Введение ( 2 часа). Возникновение и развитие микро- и нанотехнологии. История появления материаловедческо-технологического базиса и основных организационных принципов. 7.1.2.Системный подход к процессам микро- и нанотехнологии ( 4 часов). Системная модель технологического процесса: объект, воздействие, процесс. Классификация процессов микро- и нанотехнологии по физико-химической сущности: механический, термический, химический, корпускулярно-полевой; виду процесса: нанесение, удаление, модифицирование; характеру протекания процессов: тотальный, локальный, селективный, избирательный, анизотропный; способу активации: тепло, излучение, поле. Виды термического и корпускулярно-лучевого воздействий: резистивный, лучистый и индукционный нагрев, электронные и лазерные пучки, плазма и ионные пучки. Каталитические свойства поверхности и атомно-силовое воздействие. 7.1.3. Производственная чистота, гигиена и безопасность ( 6 часов). Чистые помещения: классификация производственных помещений по чистоте воздушной среды и микроклимату, источники загрязнений, способы обеспечения и поддержания чистоты. Вакуум: глубина вакуума, средства откачки и методы контроля. Технологические среды: чистота материалов, воды, газовых сред и жидкостей. Аппаратура и элементы газовых и жидкостных систем. Базовые операции очистки жидких и газообразных сред. Очистка поверхности пластин. Безопасность работы в чистых помещениях: токсичные, взрывоопасные и пожароопасные среды. Утилизация отходов. 7.1.4. Оборудование и методы нанесения вещества ( 6 часов). Оборудование и методы нанесения вещества в вакууме из молекулярных пучков: вакуум-термическое и электронно-лучевое испарение, молекулярно-лучевая эпитаксия. Оборудование и методы ионно-плазменного осаждения: катодное, магнетронное, реактивное распыления; ионно- и плазмохимическое осаждение. Оборудование и методы осаждения из газовой фазы: получение поликристаллического и аморфного гидрогенизированного кремния, оксида и нитрида кремния; пиролитическое осаждение металлов; газофазная эпитаксия кремния, бинарных и многокомпонентных соединений; газофазные методы молекулярной химической сборки. Оборудование и методы осаждения из жидкой фазы: жидкофазная эпитаксия, электрохимическое осаждение слоев, нанесение моно- и мультислоев органических веществ методом Ленмюра-Блоджетт. Золь-гель технология. 7.1.5. Оборудование и методы удаления вещества (5 часов) . Шлифование и полирование пластин. Электрохимическая, ультразвуковая и электроэрозионная обработки. Механическое, лазерное и электронно-лучевое скрайбирование. Вакуум-термическое травление. Процессы химического травления: механизмы травления; оборудование, методы и среды для жидкостного и газового травления; локальное и анизотропное ориентационно-чувствительное травление; маскирующие, «жертвенные» и «стоп»-слои. Электрохимическое травление, получение пористого кремния. Ионно-плазменное травление: оборудование, методы и механизмы травления; ионно-лучевое, плазмохимическое, реактивное ионно-плазменное, ионнохимическое травление. 7.1.6. Оборудование и методы модифицирования вещества ( 6 часов).

Оборудование и методы окисления в газовой и жидких средах: высокотемпературное термическое сухое и влажное окисление, электрохимическое окисление, теоретические модели окисления. Окисление и нитрирование в плазме. Диффузия примесей: распределение примесей при диффузии, стадии загонки и разгонки примесей, оборудование и методы диффузии из газообразных, жидких и твердых источников. Ионная имплантация: распределение примесей, оборудование и методы ионной имплантации. Высокоэнергетические сильноточные процессы ионной имплантации: окисление, нитрирование, протонирование, радиационно- стимулированная диффузия, химический синтез. Имплантография: жидкометаллические источники ионов, ионно-полевая эмиссия. Низкоэнергетическая ионная имплантация методом погружения в плазму. Активация процессов при ионном легировании и химическом синтезе: термический и корпускулярнолучевой отжиг. 7.1.7. Литографические процессы ( 6 часов). Классификация базовых методов литографии: фото- , рентгено-, электроно- и ионолитография. Литографический цикл: резисты и способы их нанесения, позитивные, негативные, жидкие и сухие резисты; методы повышения адгезии, плазмостойкости; планаризация, предэкспозиционная обработка, проявление и сушка. Фотошаблоны. Аппаратура и способы совмещения и экспонирования. Пространственное разрешение. Эволюция процессов экспонирования: высокоэффективные источники дальнего ультрафиолета, оптическая литография с фазовым сдвигом, стереолитография, электроно-, ионо-, рентгенолитография. Литография с использованием синхротронного излучения. Объемная субмикронная литография. 7.1.8. Сборка и герметизация ( 4 часов). Сборка микроэлектронных устройств: монтаж кристаллов, термокомпрессия, ультразвуковая микросварка, пайка выводов; оборудование для микросборки; беспроволочный монтаж. Герметизация микроэлектронных устройств: корпусная и бескорпусная герметизации. Сварка: контактная, под давлением, лазерная, электроннолучева. Герметизация: пайка, обволакивание, заливка, прессование. 7.1.9. Интенсификация и интеграция процессов микро- и нанотехнологии ( 10 часов). Физико-технологические и экономические ограничения миниатюризации и интеграции. Нетермические методы активации физико-химических процессов: локальность, избирательность, скорость протекания процессов. Активация процессов полем и излучением: электрически стимулированная эпитаксия; фото- и СВЧ-стимулированные процессы осаждения, окисления и травления. Туннельно-полевое модифицирование поверхности: квантово-механические принципы локального переноса заряда, энергии, массы; технология атомно-молекулярного массопереноса и модифицирования с наноразрешением. Базовые принципы интеграции процессов: аппаратурная и топохимическая интеграция. Самоформирование: интеграция физико-химических процессов на основе топохимической селективности поверхности, структурно-топологические операции на основе анизотропии, маски дифференциального действия, принцип матрицы. Интегрированные технологические кластерные комплексы: минифабрики, нанотехнологические комплексы на основе туннельно-полевого массопереноса и модифицирования. Системный подход к управлению качеством продукции: ЕСТД и её применение, структура и функции АСУТП, оптимизация контрольно-измерительных операций. 7.1.10. Заключение ( 2 часа). Построение технологических процессов на основе оптимального сочетания принципов управления, самоформирования, самоорганизации: адаптивный синтез микроэлектронных структур, самосогласованные цепи технологических операций. Атомно-молекулярная инженерия. 7.2.Форма проведения занятий. Аудиторная и самостоятельная работа, консультации. 8. Практические занятия

Не предусмотрены. 9. Лабораторные занятия. 9.1. Основные темы: 1. 2. 3. 4. часа). 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11.

Средства контроля чистоты производственных помещений ( 2 часа). Средства откачки и методы контроля вакуума (2 часа). Методы очистки и контроля поверхности пластин ( 2 часа). Нанесение диэлектрических слоев методом термического испарения в вакууме ( 4 Диффузия примесей из твердого источника ( 4 часа). Изучение методов микроконтактирования ( 4 часа). Герметизация корпусов ИМС методом лазерной сварки ( 4 часа). Разделение кремниевых подложек на лазерной установке «Квант-12» ( 4 часа). Разделение пластин и подложек методом скрайбирования алмазным резцом ( 2 часа). Микросварка выводов микросхем на лазерной установке «Квант-12» ( 4 часа). Заключительное занятие ( 2 часа).

9.2. Форма проведения занятий. Аудиторная и самостоятельная работа, консультации. 10. Семинарские занятия. Не предусмотрены. 11. Курсовой проект (работа). Не предусмотрен 12. Методические материалы. 12.1. Аверин И.А., Головяшкин А.Н., Лежнев Д.В., Тиллес В.Ф. Получение и исследование свойств материалов микроэлектроники. Мет.указания по лабораторным работам. Пенз. ГУ, 2001.- 56 с. 12.2. Головяшкин А.Н., Рябов П.В. Лазерные технологии в микроэлектронике. Мет. Указания к лабораторным работам. Пенз.ГУ, 1997.-23 с. 13. Учебная литература. 13.1. Основная. 1. Чистяков Ю.Д., Райнова Ю.П. Физико-химические основы технологии микроэлектроники. М., Металлургия, 1979.- 238 с. 2. Пигучин И.Г., Таиров Ю.М. Технология полупроводниковых приборов. М., В.Ш., 1984.287 с. 3. Аброян И.А., Андронов А.Н., Титов А.И.. Физические основы электронно-ионной технологии.Учебное пособие для вузов М., В.Ш., 1984.-319 с. 4. Вендик С.Г., Горин Ю.Н., Попов В.Ф.. Корпускулярно-фотонная технология. М., В.Ш., 1984. 5. Курносов А.И., Юдин В.В. Технология производства полупроводниковых приборов и интегральных микросхем. М., В.Ш., 1986. 6. Черняев В.Н. Физико-химические процессы в технологии РЭА. М., В.Ш., 1987.- 375 с. 7. Коледов Л.А. Технология и конструирование микросхем, микропроцессоров и микросборок. Радио и связь, 1989. 8. Драгунов В.П., Неизвестный И.Г., Гридчин В.А. Основы наноэлектроники. Учебное пособие для вузов. Новосибирск, Центр «Интеграция»,2000.-331 с.

13.2. Дополнительная. 1. Брюэр Дж. Р.. Электронно-лучевая технология в изготовлении микроэлектронных приборов. Радио и связь, 1984. 2. Броудай И., Мерей Дж.. Физические основы микротехнологии. М., Мир, 1985.- 494 с. 3. Риссел Х., руге И. Ионная имплантация. Пер. с нем. под ред. М.И. Гусева. М., радио и связь, 1985. 4. Таруи Я. Основы технологии сверхбольших интегральных схем. М., Радио и связь, 1985. 5. Валиев К.А., Раков А.В. Физические основы субмикронной литографии. М.: Радио и связь, 1985. 6. Дорфман В.Ф. Синтез твердотельных структур. М., Мир, 1986. 7. Технология СБИС, под ред. С.Зи, пер. с англ. под ред. Чистякова Ю.Д., М., Мир, 1986. ( 2 тома). 8. Киреев В.Ю., Данилин Б.С. Применение низкотемпературной плазмы для травления и очистки материалов. М., Радио и связь, 1987. 9. Панфилов Ю.В., Рябов В.Т., Цветков Ю.Б. Оборудование производства интегральных микросхем и промышленные роботы. М., Радио и связь, 1988. 10. Молекулярно-лучевая эпитаксия и гетероструктуры. Под ред Ченга Л., Плога К. -М., Мир, 1989. 11. Моряков О.С. Устройство и наладка оборудования полупроводникового производства. М., В.Ш., 1989. 12. Готра З.Ю. Технология микроэлектронных устройств. Справочник. М., Радио и связь, 1991. 13. Высоковакуумное производство в микроэлектронной промышленности. Под ред. Дюваль А. -М., Мир, 1991. 14. Моро У. Микролитография. М., Мир, 1991. 15. Автоматизация технологического оборудования микроэлектроники. Под ред. Сазонова А.А. М., В.Ш., 1991. 16. Пипко А.И., Плисковский В.Я. Основы вакуумной техники. М., Энергоиздат, 1992. 14. Переутверждение программы на очередной учебный год и регистрация изменений Учебный год

Учебная группа

Решение Кафедры (№ протокола, дата, подпись зав. кафедрой)

Решение выпус кающей кафедры (№ протокола, дата, подпись зав. кафедрой)

Лектор

Изменение, №