3518 ФИЗИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ И ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ

Курсовые работы по курсам "Процессы микро- и нанотехнологии", "Физика полупроводниковых и микроэлектронных приборов" выполняются в шестом (седьмом) семестре после изучения части теоретических курсов и прохождения технологической практики на заводах микроэлектронной промышленности. Основными целями курсового проектирования являются углубленное изучение физики процессов в полупроводниковых и микроэлектронных приборах, развитие навыков самостоятельной работы при решении конкретных инженерных задач, способствующих закреплению и расширению теоретических знаний, приобретению инженерных навыков работы с научно-технической литературой и технологической документацией. При курсовом проектировании студенты приобретают опыт экономического обоснования выбора технологических процессов.

2. Тематика курсовых работ

Курсовые работы могут быть посвящены разработке конструкции и технологии изготовления различных полупроводниковых приборов, а также отдельных элементов интегральных схем; разработке технологического процесса одного из этапов производства интегральной схемы или полупроводникового прибора; проведению научно-исследовательской работы, связанной с технологией создания или с физикой процессов в полупроводниковых и микроэлектронных приборах.

Тематика курсового проектирования является сквозной, т.е. проводится технологическое проектирование для прибора (или интегральной схемы), который рассматривается в курсовой работе по курсу ''Физика полупроводниковых и микроэлектронных приборов". Темы курсового проектирования определяются преподавателями, ведущими данные курсы.

3. Содержание и объем курсовой работы по курсу "Физика полупроводниковых и микроэлектронных приборов"

Содержание курсовой работы определяется заданием (приложение 1). Задание на курсовую работу включает в себя следующие элементы:

- название темы;

- исходные данные;

- содержание пояснительной записки.

Объем пояснительных записок к работам по курсу "Физика полупроводниковых и микроэлектронных приборов" не более 20 с. и по курсу "Процессы микро- и нанотехнологии" – 30...40 с.

4. Содержание и оформление пояснительной записки

Пояснительные записки начинаются с титульных листов, которые выполняются на листе формата А4 (см. приложения 2, 3). Пояснительная записка может быть написана от руки с одной или двух сторон листа, имеющих сквозную нумерацию. Номера страниц проставляются вверху в середине листа, начиная с 1-го (страницы с титульным листом и заданием не нумеруются). При оформлении текста необходимо с четырех сторон листа оставлять поля: слева 30 мм для переплета, справа 10 мм, сверху и снизу по 20 мм. Рисунки оформляются на отдельных листах.

В состав пояснительной записки входят:

- задание на курсовую работу;

- оглавление;

- расшифровка буквенных обозначений, используемых при изложении материала;

- анализ технического задания, описание физических процессов, определяющих особенности разрабатываемого прибора;

- содержание пояснительной записки;

- оценка характеристик спроектированного прибора и их соответствия техническому заданию;

- библиографический список;

- графическая часть: чертеж кристалла (структура и топология), последовательность основных технологических операций;

- приложение.

Оглавление содержит перечень разделов пояснительной записки с указанием номеров страниц начала каждого раздела.

Расшифровка буквенных обозначений выполняется на отдельном листе пояснительной записки. Обозначение электрических и физических величин должно соответствовать ЕСКД.

К исходным данным относятся назначение данного прибора, вариант исполнения (дискретное или интегральное), электрические параметры, предельные эксплуатационные данные. В ряде случаев возможно формулирование дополнительных требований, например введение определенных конструктивных или технологических ограничений.

При анализе технического задания отмечаются проблемные вопросы, пути их решения, кратко обсуждаются физические процессы, определяющие "узкие" места при реализации полупроводникового прибора или элемента интегральной схемы.

Выбор конструктивно-технологического варианта прибора. В первую очередь обосновывается выбор конструкции разрабатываемого транзистора. По пробивным напряжениям переходов определяют концентрации носителей заряда в слоях, толщины слоев (эпитаксиальных пленок), сопротивления слоев, глубины залегания переходов, поверхностные концентрации легирующих примесей. Затем проводится разработка маршрута основных технологических операций, связанных с получением легированных слоев.

Расчет примесного профиля структуры. Для расчета примесного профиля биполярного n-p-n-транзистора, МОП-транзистора и полевого транзистора с p-n-переходом можно использовать программу "profile" [l]. Для других приборов на основе анализа физических процессов в приборе рекомендуется составить программу расчета на ПЭВМ с применением пакета программ Mathcad. Далее для биполярного транзистора определяются геометрические размеры эмиттера, а для МОП-транзистора рассчитывается пороговое напряжение (отсечки).

Расчет усилительных свойств транзистора заключается для биполярного транзистора в определении коэффициента инжекции, коэффициента передачи с использованием данных из предыдущего расчета профиля структуры. В МОП-транзисторах рассчитываются крутизна, усиление по напряжению с учетом предварительного анализа концентраций в кармане, канале, областях стока и истока и профилей легирования областей. При расчетах учитываются режимные зависимости коэффициентов усиления от токов и напряжений.

Расчет импульсных и частотных свойств транзистора включает определение предельных и граничных частот, а для импульсных транзисторов – времена задержки, нарастания, спада импульса. Для этого определяют соответствующие сопротивления областей и емкости переходов исходя из их геометрических размеров. В расчете следует привести также электрическую модель прибора, определить ее параметры, в том числе сопротивления омических областей, емкостей переходов.

Расчет входных и выходных вольт-амперных характеристик проводится на основе выбранной электрической модели. Рассчитываются напряжение Эрли, тепловые токи насыщения и т.д.

Оценка характеристик сконструированного прибора и их соответствия исходным данным технического задания проводится путем сравнения полученных и исходных данных. В данном разделе необходимо оценить также предельные эксплуатационные характеристики, максимальные напряжения, токи и мощность, выяснить влияние температуры на параметры прибора. Определяются условия, при которых будут наблюдаться те или иные паразитные эффекты (например эффект Кирка). В заключение делаются выводы о результатах проектирования.

Конструкция прибора включает разработку структуры и топологии, выбор необходимого корпуса.

Графическая часть должна содержать топологический чертеж разработанного кристалла или его фрагмент (приложение 4). Чертеж выполняется в масштабах, кратных 100, т.е. 100:1, 200:1 и т.д. На другом листе выполняются чертеж структуры (разрез кристалла) и таблица с параметрами слоев (приложение 5). На третьем листе приводятся послойные изображения разрабатываемого элемента (каждый слой изображается своим цветом). Общепринятыми цветами являются: скрытый слой – черный; разделительная диффузия (р+) – коричневый; базовая (p) – красный; эмиттерная – синий; .контактные окна – зеленый; металлизация – желтый. Для обеспечения нормального функционирования прибора расстояние между границами совмещаемых областей должно быть не меньше проектного допуска на расположение [2]. На четвертом листе приводится последовательность технологических операций (приложение 6).

Библиографический список включает литературные источники, пронумерованные последовательно в ходе изложения материала. При обращении к тому или иному источнику в тексте пояснительной записки в квадратных скобках ставится цифра, соответствующая номеру источника по списку.

5. Содержание и объем курсовой работы по курсу "Процессы микро- и нанотехнологии”

Содержание курсовой работы определяется заданием (приложение 7). Задание включает в себя следующие элементы:

- название темы;

- исходные данные;

- содержание пояснительной записки.

В состав пояснительной записки входят:

- задание на курсовой проект;

- оглавление;

- расшифровка буквенных обозначений, используемых при изложении материала;

- введение;

- содержание пояснительной записки;

- общие выводы (заключение);

- технологическая документация;

- перечень используемой литературы;

- приложение.

Во введении отражаются перспективы развития технологии создания полупроводниковых приборов (интегральных схем); современные требования, предъявляемые к полупроводниковым приборам.

Содержание пояснительной записки разбивается на разделы (главы, параграф), имеющие сквозную нумерацию. Язык пояснительной записки должен быть кратким, ясным и однозначным по толкованию. Не допускается переписывание содержания книг, журналов; сущность вопроса следует излагать своими словами со ссылкой на источник. Изложение материала следует вести от третьего лица.

Содержание пояснительной записки включает в себя разделы:

- анализ технологии;

- расчет основных технологических режимов;

- разработка технологического процесса.

Анализ технологии и обоснование выбора технологического процесса и оборудования. Здесь необходимо остановиться на анализе состояния технологии, тесно связанной с темой курсовой работы; критически рассмотреть положительные и отрицательные стороны существующих технологических процессов, отметить их недостатки как в технологическом и экономическом плане, так и с точки зрения техники безопасности, экологии с учетом дефицитности и стоимости материалов и оборудования (основываясь на литературных данных и знаниях, полученных во время прохождения технологической практики). Желательно использовать новейшую литературу по технологии изготовления микроэлектронных изделий (книги, журналы). Выбор технологического процесса, оборудования и методов контроля должен быть логически обоснован.

Расчет основных технологических режимов включает определение времени, температуры при диффузионных процессах, доз примесей при ионном легировании. Предварительно рассчитывается структура, т.е. толщины слоев (подложки, эпитаксиального слоя), глубины залегания переходов и поверхностные сопротивления слоев, выбираются диэлектрические слои.

Разработка технологического процесса включает в себя следующие моменты.

1. Определение размера партии, т.е. количества материала, деталей и узлов, одновременно запускаемых в производство с учетом процента выхода годных приборов (при серийном изготовлении) или установление ритма выпуска (при массовом производстве).

2. Выбор оптимального варианта технологического процесса на основании заданных электрических параметров разрабатываемого прибора и анализа существующих технологических процессов.

3. Разбивка выбранного технологического процесса на операции.

4. Установление способов (методов) выполнения операций с одновременным выбором исходных материалов, подбором оборудования и технологического оснащения.

5. Расчет технологических режимов и необходимого количества оборудования.

6. Установление методов контроля в процессе (или после) каждой технологической операции.

7. Составление норм расхода материалов.

8. Оформление документации на принятый технологический процесс.

Основные технологические операции, разработанные в пояснительной записке, сопровождаются рисунками, графиками, таблицами, фотографиями, помогающими лучше понять излагаемый материал. Количество иллюстраций зависит от темы курсовой работы и составляет примерно 10-14 штук. Оформление графического материала осуществляется в соответствии с требованиями, изложенными в сборнике стандартов ЕСКД [22].

Весь иллюстративный материал должен выполняться на листах кальки или миллиметровой бумаги одинакового размера, которые наклеиваются на отдельные листы пояснительной записки. Рекомендуемые размеры рисунков – 100x150 мм, фотографий – 9х12 см. Нумерация рисунков, графиков и таблиц сквозная. Подписи к рисункам должны четко определять характер иллюстраций. Надписи располагаются под рисунком. Номера таблиц и заголовки к ним помещаются сверху над таблицами.

Выводы (заключение) должны содержать (в четкой лаконичной форме) основные результаты процесса разработки технологии полупроводникового прибора (интегральной схемы) с заданными параметрами, возможные рекомендации, перспективные направления развития технологии.