Физико-химические основы технологии электронных средств

  Министерство  образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

  «Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого»

  Институт электронных информационных систем

  Кафедра «Проектирование и технология радиоаппаратуры»

  УТВЕРЖДАЮ

  Директор ИЭИС 

  ________

  « ___»________2011 г. 

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ

ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ

Дисциплина для направления 210200.62 – «Проектирование и технология ЭС»

и специальности 210201.65 – «Проектирование и технология РЭС».

  Рабочая программа

СОГЛАСОВАНО	Разработал
Начальник учебно-методического отдела	Проф. каф. ПТРА   ____________
«___»_________2011 г.	«____»__________ 2011 г.
Принято на заседании каф. ПТРА
Протокол №  от  2011 г.
Зав. каф. ПТРА
_______________
«____»____________ 2011 г.

       

  Введение

  Целью  преподавания  дисциплины  является  изучение технологических базовых процессов изготовления интегральных микросхем и микропроцессоров.

В результате изучения дисциплины студент  должен знать:                

- физико-химические основы базовых технологических процессов

- методы и средства практической реализации технологических процессов и маршрутов производства микросхем ;

- методы межоперационного  контроля микросхем;

-основы надежности и управления качеством на этапе изготовления микросхем;

При этом студенты должны уметь применять:

- методы проектирования отдельных технологических операций и в целом технологического процесса производства микросхем в соответствии с требованиями технического задания;

- нормативную технологическую документацию, специальную литературу и другие информационные издания при проектировании технологических процессов производства микросхем.

Настоящая учебная дисциплина объединяет на системном уровне такие дисциплины, как “Физика”,  “Высшая математика” ,” Общая электроника”  ”, “Материаловедение и материалы электронных средств”,” ” с дисциплинами “Основы проектирования ЭС” и “ Технология ЭС”.

1 Объем дисциплины, виды учебной работы, формы контроля

Таблица 1.1  –  Дневная форма обучения

Вид учебной работы	Всего часов	Часов по семестрам
6
Аудиторные занятия:	58	58
- лекции;	42	42
- лабораторные занятия	16	16
Самостоятельная работа :	72	72
- курсовая  работа	60	60
Всего	130	130
Вид итого контроля	экзамен

Таблица 1.2 – Форма обучения заочная

Вид учебной работы	Всего часов	Часов по семестрам
7	8
Аудиторные занятия:	14	2	12
- лекции;	12	2	10
- лабораторные занятия	4	-	4
Самостоятельная работа :	114	114
- курсовая работа	60	-	60
Всего	130	2	128
Вид итого контроля		экзамен

Таблица 1.2 – Форма обучения заочная сокращённая

Вид учебной работы	Всего часов	Часов по семестрам
4	5
Аудиторные занятия:	10	2	8
- лекции;	6	2	4
- лабораторные занятия	4	-	4
Самостоятельная работа :	80	80
- курсовая работа	60	-	60
Всего	90	2	88
Вид итого контроля		экзамен

2  Содержание дисциплины

Таблица 2.1 – Содержание

Тема	Трудоемкость в часах
Очная форма	Заочная форма	Заочная сокращенная
Ауд. Лекц.	СРС	Ауд. Лекц.	СРС	Ауд. Лекц.	СРС
Введение Роль физико-химических процессов в технологии электронных  средств. Химическая термодинамика технологических процессов. Физико-химический анализ как метод научного исследования и обеспечения качества и эффективности производства электронных средств. Общая характеристика технологии производства микросхем. Требования к технологическим помещениям и параметрам воздушной среды. Основы вакуумной гигиены. Исходные материалы и полуфабрикаты для производства ИМС.	3	2	-	10	-	4
2.Физико-химические процессы размерной обработки полупроводниковых материалов. Физико-химические основы трещинообразования. Классификация трещин в кремнии. Закон Ауэрбаха. Мера трещиностойкости. Соотношение Эванса и Чарлза. Критерии Орована и Грифитса. Базовые модели образования трещин в кремнии. Шкала Икорниковой. Электроэррозия материалов. Критерии эрозионной стойкости материалов: критерий Палатника; критерий направленности связей. Физико-химические основы явлений в межэлектродном пространстве. Режимы  электроэррозии. Тепловой механизм разрушения материалов. Модели источников теплового потока, образующихся при  электроэррозии. Электроэррозия в режиме жидкой фазы. Морфология поверхности. Технологические основы электроэрозионной обработки материалов по принципу вырезания и прошивания.. Требования к подложкам. Общая схема технологического процесса изготовления подложек ИМС (ориентации слитков, резка, шлифование, полирование.). Контроль качества нарушенных слоев.	12	4	6	10	4	4
3. Явления и процессы на поверхности раздела двух фаз. Физические условия равновесия гетерогенных систем. Правило фаз Гиббса. Фазовые переходы первого и второго рода. Межфазная поверхность и ее свойства. Поверхностные явления: адсорбция; межфазное натяжение; капиллярные явления. Термодинамика процессов образования  новых фаз. Гомогенное и гетерогенное зародышеобразование. Эпитаксия кремния: общие сведения и определения; задачи эпитаксии. Классификация методов получения эпитаксиальных слоев. Хлоридный процесс получения эпитаксиальных слоев. Методы контроля параметров эпитаксиальных слоев.	6	2	-	12		4
4. Кинетика технологических процессов производства электронных средств. Формальная кинетика химических реакций: условия осуществимости химических реакций; закон действующих масс; молекулярность и порядок реакции; сложные реакции – принцип независимости; влияние температуры на скорость химических реакций. Элементы теории химической кинетики: энергия и механизмы активации химических реакций; уравнение С. Аррениуса; абсолютная скорость реакции; цепные и фотохимические реакции. Методы получения диэлектрических пленок на кремнии :термическое окисление кремния: кинетика, механизм; химические методы осаждения пленок двуокиси кремния. Основные методы контроля качества диэлектрических пленок. Методы получения легированных слоёв диффузией и ионной имплантацией: термическая диффузия в кремнии; варианты процессов диффузии; диффузия в реальных кристаллах; технология диффузионных процессов. Основные методы контроля параметров диффузионных слоев. Ионное легирование: физические основы; влияние технологических факторов на параметры качества ионнолегированных слоев. Методы литографических процессов: актинолитография; теоретические основы литографии (внешний и внутренний фотоэффект; физика и химия разрушения; фотохимия - базовые фотохимические реакции); фоторезисты и их характеристики; основные операции фотолитографических процессов.	18	2	4	12	2	4
5. Основы термодинамики растворов и неравновесных систем: природа растворов; способы выражении состава раствора; структура химических потенциалов компонентов растворов (активность, коэффициент активности). Электрохимические процессы: электрохимическая диссоциация и теория сильных электролитов; термодинамика электрохимических систем; электролиз; поляризационные процессы при электролизе. Методы химической и электрохимической обработки кремния: травление и промывка; осаждение гальванических покрытий.	3	2	2	12	-	4
Итого	42	12	12	56	6	20

  2.1  Методические рекомендации для преподавателя

Изучение дисциплины «Физико-химические основы технологии электронных средств» осуществляется в течение  одного семестра (6-й семестр) и включает лекции, лабораторные занятия, курсовое проектирование и самостоятельную работу студентов. Тематический план лекций и практических занятий включает следующие темы: “Введение. Химическая термодинамика технологических процессов. Физико-химический анализ как метод научного исследования и обеспечения качества и эффективности производства электронных средств”, “ Физико-химические процессы размерной обработки полупроводниковых материалов”, “ Явления и процессы на поверхности раздела двух фаз ”, ” Основы термодинамики растворов и неравновесных систем “.

Параллельно изучению теоретического курса выполняются лабораторные и практические работы. Их содержание соответствует тематике лекций. В процессе выполнения и оформления отчетов, комплекта ТД студенты должны самостоятельно изучить теоретический материал и получить навыки в проектировании и исследовании технологических процессов производства электронных средств. Учитывая большой объем необходимых теоретических сведений и ограниченное число аудиторных занятий (42 часа лекций в семестр), часть  теоретического материала выносится на самостоятельное изучение. Методически обосновано предусмотреть в качестве самостоятельного изучения следующие темы: «Требования к технологическим помещениям и параметрам воздушной среды. Основы вакуумной гигиены. Исходные материалы и полуфабрикаты для производства ИМС», «Технологические основы электроэрозионной обработки материалов по принципу вырезания и прошивания», «Физико-химические основы поучения вакуума», «Методы химической и электрохимической обработки кремния». В конце семестра проводится экзамен.

Таблица 2.2 – Содержание лабораторных  занятий

Тема	Трудоемкость в часах
очная форма	заочная форма	заочная ускор.
ауд.	СРС	ауд.	СРС	ауд.	СРС
1.  Методы получения и измерения вакуума. 2.  Изучение технологической установки для получения тонких пленок методом вакуумного напыления. 3 .  Исследование процессов диффузии. 4. Исследование процесса формирования конфигурации элементов ИМС методом фотолитографии. 5. Исследование параметров  эпитаксиальных слоев шлиф-методом	2 4 4 4 2	- - - -	4	- - - -	- - 4 - -	- - - -
Итого	16	-	4	-	4	-

Таблица 2.3 –  Содержание курсовых работ 

Тема	Трудоемкость в часах
очная форма	заочная форма	заочная ускор.
ауд.	СРС	ауд.	СРС	ауд.	СРС
Разработка технологического процесса изготовления гибридной интегральной микросхемы	60	-	60	-	60	-
Всего	60	60	60

  2.3  Методические указания студентам по изучению дисциплины

На самостоятельную работу студентов планируется 72 часа. Эти часы предусмотрены для изучения теоретического курса, выполнение курсовой работы, подготовки и оформления отчетов по лабораторным работам, подготовки к экзамену, а также для изучения и конспектирования разделов курса, вынесенного на самостоятельное изучение. Для самостоятельного изучения рекомендуются разделы, перечисленные ниже: «Требования к технологическим помещениям и параметрам воздушной среды. Основы вакуумной гигиены. Исходные материалы и полуфабрикаты для производства ИМС», «Технологические основы электроэрозионной обработки материалов по принципу вырезания и прошивания», «Физико-химические основы поучения вакуума», «Методы химической и электрохимической обработки кремния»которые уже частично изучались в курсах физики, химии, технологии деталей, метрологии и измерениях, материаловедении. Также для самостоятельного  изучения предлагаются методы измерения характеристик слоев материалов, их электрофизических свойств которые постоянно совершенствуются, используются в различных областях техники. Необходимую для изучения информацию студенты могут найти в библиографических источниках из основного списка или других изданиях.

  3 Учебно – методическое обеспечение

3.1        Список рекомендуемой литературы

Основная литература

1. Технология материалов микро - и наноэлектроники / Моск. гос. ин-т стали и сплавов (технолог. ун-т). - М. : МИСиС, 2007. 542с.

2. Таиров полупроводниковых и диэлектрических материалов: Учеб. для вузов. - 3-е изд., стер. - СПб. : Лань, 2002. 423с.

3. Григорьев обработки концентрированными потоками энергии : Учеб. пособие для вузов. - Старый Оскол : ТНТ, 2009. 277с.

4. Исаев : Учеб. для студентов техн. ун-тов и вузов / МГТУ им. . - 3-е изд., перераб. и доп. - М., 2000. - 413с.

5.Формальная кинетика : учеб.- метод. пособие / авт.-сост. ; Новгород. гос. ун-т им. Ярослава Мудрого. - Великий Новгород, 2010. - 78c.

6. Байрамов электрохимии : Учеб. пособие для вузов / Под ред. . - М. : Академия, 2005. – 236 с.

  Дополнительная

7. Материаловедение и технология конструкционных материалов : Учеб. для вузов / Авт.: , . - М. : Высшая школа, 2008. 534с.

8. Золь-гель-технология : Учеб. пособие / С.- Петерб. гос. электротехн. ун-т. - СПб.: Издательство СПбГЭТУ "ЛЭТИ", 2004. - 155с.

9.овременная термодинамика. От тепловых двигателей до диссипативных структур = Modern thermodynamics / Пер. с англ. , . - М. : Мир, 2002. - 461с.

10. Задачи по химической термодинамике : Учеб. пособие для вузов. - М. : Химия, 2001. - 120с.

11. Процессы и аппараты химической технологии. Т.2 : Механические и гидромеханические процессы : Явления переноса, макрокинетика, подобие, моделирование, проектирование: Учеб. пособие для вузов: В 5 т. / Под ред. . - 2002. - 599с.

12.Цветков : Учеб. пособие. - 2-е изд., испр. и доп. - М. : Издательство МЭИ, 2005. - 548с.

13.Цирельман и обратные задачи тепломассопереноса. - М.: Энергоатомиздат,  2005. 390 с

14. Швыдкий газов : Справ. - М. : Теплоэнергетик, 2002. - 640с.

3.2  Список методических рекомендаций и указаний

1. Физико-химические процессы технологии электронных средств./ Метод. указания к курсовому проектированию. - Компьютерный набор каф. ПТРА, НовГУ им. Ярослава Мудрого, Великий Новгород, 2006. 9с.

2. Физико-химические основы технологии ЭС.:МУ  по  курсу /Авт.- сост. ; НовГУ. – Новгород,2006. – 15 с.

3. Физико-химические основы технологии ЭС : МУ  лаб. раб. / Авт.-сост. ; НовГУ. – Новгород  2006. – 12 с.

  3.3        Педагогические контрольные материалы

Контрольные вопросы к экзамену Требования к технологическим помещениям. Вакуумная гигиена. Исходные материалы и полуфабрикаты для производства ИМС. Физико-химические основы трещинообразования. Критерии эрозионной стойкости материалов Тепловой механизм разрушения материалов при электроэррозии. Базовые технологического процесса изготовления подложек ИМС Физические условия равновесия гетерогенных систем. Правило фаз Гиббса. Фазовые переходы первого и второго рода. Свойства межфазной поверхности. Поверхностные явления: адсорбция, межфазное натяжение; капиллярные явления Гомогенное и гетерогенное зародышеобразование. Классификация методов получения эпитаксиальных слоев кремния. Хлоридный процесс. Формальная кинетика химических реакций. Элементы теории химической кинетики. Термическое окисление кремния. Кинетика. Термическое окисление кремния. Механизм. Химические методы получения пленок двуокиси кремния. Термическая диффузия примесей в кремнии. Варианты процессов. Физические основы ионной имплантации. Теоретические основы литографических процессов. Базовые технологические операции литографического процесса. Основы термодинамики растворов. Методы химической обработки кремния: травление Методы электрохимической обработки кремния: осаждение гальванических  покрытий

  ВЫПИСКА ИЗ ГОСУДАРСТВЕНННОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО СТАНДАРТА

  ПО НАПРАВЛЕНИЮ  551100 « ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ ЭС»

  ПРИЛОЖЕНИЕ А

ОПД. Ф.09

Физико-химические основы технологии электронных средств: роль физико-химических процессов в технологии электронных  средств; химическая термодинамика технологических процессов; физико-химический анализ как метод научного исследования и обеспечения качества и эффективности производства электронных средств; основы термодинамики растворов и неравновесных систем;  кинетика технологических процессов производства электронных средств, влияние температуры на скорость химических реакций; энергия и механизмы активации химических реакций, цепные и фотохимические реакции; явления и процессы на поверхности раздела двух фаз; электрохимические процессы; электрохимическая диссоциация и теория сильных электролитов; термодинамика электрохимических систем; электролиз; поляризационные процессы при электролизе; электроэррозия материалов.

120

  Карта учебно-методического обеспечения

2010 / 2011 уч. г.

Дисциплина:  Физико-химические основы технологии электронных средств

Для направления (специальности)  210200.62 / 210201.65 зо/ 210201.65 зс

Формы обучения: дневная /заочная

Часов: всего  130 / 130/ 90, лекций  42 / 10/ 6, практ. зан  -,  лаб. раб.  16 / 4/ 4, курс. раб. 60 / 60,

СРС  72 / 116/80

Вид контроля  экзамен

Обеспечивающая кафедра  ПТРА,  Факультет  ИЭИС,  Семестры  6 / 8/ 5

Таблица 1- Обеспечение дисциплины учебными изданиями

Библиографическое описание*  издания (автор, наименование,  вид,  место и год издания, кол. стр.)	Вид занятия, в котором используется	Число часов, обеспечиваемых изданием	Кол. экз. в библ. НовГУ (на каф.)	Приме-чание
Технология материалов микро - и наноэлектроники / Моск. гос. ин-т стали и сплавов (технолог. ун-т). - М. : МИСиС, 2007. 542с.	Все виды   занятий	130	3
Таиров полупроводниковых и диэлектрических материалов: Учеб. для вузов. - 3-е изд., стер. - СПб. : Лань, 2002. 423с	Все виды   занятий	130	22
Григорьев обработки концентрированными потоками энергии : Учеб. пособие для вузов. - Старый Оскол : ТНТ, 2009. 277с.	Лекц.	12	5
Исаев : Учеб. для студентов техн. ун-тов и вузов / МГТУ им. . - 3-е изд., перераб. и доп. - М., 2000. - 413с.	Лекц.	6	3
Формальная кинетика : учеб.- метод. пособие / авт.-сост. ; Новгород. гос. ун-т им. Ярослава Мудрого. - Великий Новгород, 2010. - 78c.	Лекц.	14	10
Байрамов электрохимии : Учеб. пособие для вузов / Под ред. . - М. : Академия, 2005. – 236 с.	Лекц.	4	17

Таблица 2 - Обеспечение дисциплины учебно-методическими изданиями

Библиографическое описание*  издания (автор, наименование,  вид,  место и год издания, кол. стр.)	Вид занятия, в котором используется	Число часов, обеспечиваемых изданием	Кол. экз. в библ. НовГУ (на каф.)	Приме-чание
Физико-химические основы технологии ЭС. Дисциплина для  направления 551100 (210200 по ОКСО) и специальности 200800 ( 210201 по ОКСО ) : Рабочая программа / Сост. ; НовГУ. – Новгород, 2011. – 11  с.	Все виды занятий	130	2
Физико-химические основы технологии ЭС.:МУ  по  курсу /Авт.- сост. ; НовГУ. – Новгород,2006. – 15 с.	Все виды занятий	130	2
Физико-химические основы технологии ЭС: МУ к курс. Проектированию / Авт.-сост. .; НПИ. – Новгород, 2006 . – 9 с	КП	60	2
Физико-химические основы технологии ЭС : МУ  лаб. раб. / Авт.-сост. ; НовГУ. – Новгород  2006. – 12 с.	Лаб. раб.	16	2

Учебно-методическое обеспечение дисциплины  100  %.