Технология полупроводниковых материалов и приборов

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Физический факультет
Кафедра радиофизики, полупроводниковой микро- и наноэлектроники
УТВЕРЖДАЮ
Проректор по учебной работе
_______________В.П. ГАРЬКИН
«_____»_______________ 2012 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ И ПРИБОРОВ
основная образовательная программа специальности 010701.65 Физика
(цикл «Дисциплины специализации»; раздел «Вузовский компонент»)
Квалификация выпускника
Специалист
Форма обучения
Очная
Курс 4, семестр 8
Самара
2012
Рабочая программа составлена на основании Государственного образовательного
стандарта высшего профессионального образования специальности 010701 Физика,
утвержденного 17.03.00.(номер государственной регистрации 172 ен/сп) и типовой
(примерной) программы дисциплины «Физика диэлектриков», одобренной Советом по
физике УМО по классическому университетскому образованию.
Составитель рабочей программы: к.ф.-м.н., доцент В.А. Покоева
Рецензент: д.т.н., профессор А.Н. Комов
Рабочая программа утверждена на заседании кафедры радиофизики, полупроводниковой
микро- и наноэлектроники
(протокол № от «____» _________ 2012 г.)
Заведующий кафедрой
«____» _____________ 2012 г.
________________ Г.П.ЯРОВОЙ
СОГЛАСОВАНО
Декан
факультета
«____» _____________ 2012 г.
________________ В.В. ИВАХНИК
Начальник
методического отдела
«___»_____________ 2012 г.
_______________ Н.В. СОЛОВОВА
ОДОБРЕНО
Председатель
методической
комиссии факультета
«___»_____________ 2012 г.
_______________ И. С. ЦИРОВА
1. Цели и задачи дисциплины, ее место в учебном процессе, требования к
уровню освоения содержания дисциплины
1.1. Цели и задачи изучения дисциплины
Прогресс современной науки и техники неразрывно связан с прогрессом в
получении различных новых материалов, в том числе полупроводниковых материалов и
структур и в изготовлении на их основе новых полупроводниковых приборов и
интегральных схем.
В данном спецкурсе «Технология полупроводниковых материалов и приборов»
рассмотрены основные технологические процессы изготовления полупроводниковых
материалов и структур, такие как выращивание и очистка полупроводников, легирование,
получение полупроводниковых пленок и методы изготовления полупроводниковых
приборов и интегральных микросхем различного назначения. При этом, наряду с
рассмотрением физических основ процессов, существенное внимание уделяется
практическим приемам их проведения.
Отдельные его разделы будут более обстоятельно рассмотрены в спецкурсах
«Физика тонких пленок», «Физика полупроводниковых приборов».
1.2. Требования к уровню подготовки студента, завершившего изучение данной
дисциплины
Студенты, завершившие изучение данной дисциплины, должны:
 иметь четкое представление об основных направлениях развития технологии
полупроводниковых материалов и приборов;
 обладать теоретическими знаниями основных методов, процессов, применяемых
в современной технологии;
 приобрести
навыки
теоретического
расчета
основных
параметров
полупроводниковых материалов;
 освоить некоторые методики и приемы, а также получить навыки работы на
некоторых современных технологических и измерительных установках.
1.3. Связь с предшествующими дисциплинами
Данный лекционный курс основан на курсах общей физики, спецкурсах «Физика
полупроводников», «Физика твердого тела», «Основы кристаллографии».
1.4. Связь с последующими дисциплинами
Получение студентами знания и умения при изучении данного курса необходимы
при выполнении курсовых и дипломных работ студентами специализации «Физика
полупроводников».
2. Содержание дисциплины
2.1. Объем дисциплины и виды учебной работы (в часах)
ОЧНАЯ ФОРМА ОБУЧЕНИЯ, 8-й семестр – экзамен
Вид учебных занятий
Всего часов аудиторных занятий
Количество
часов
32
Лекции
Практические занятия
Всего часов самостоятельной работы
Подготовка к лекционным и практическим
занятиям
Решение задач
Подготовка к экзамену
Всего часов по дисциплине
28
4
48
16
2
30
80
2.2. Разделы дисциплины и виды занятий
№
п/п
Название раздела
дисциплины
Введение
Методы очистки и получения
полупроводниковых материалов
3. Получение сложных
полупроводниковых соединений
4. Диффузия в полупроводниках
5. Получение полупроводниковых пленок
6. Обработка полупроводниковых
пластин и кристаллов
7. Получение выпрямляющих переходов
8. Омические контакты
9. Защита p-n переходов
10. Планарная технология полупроводниковых приборов и интегральных схем
1.
2.
Количество часов
лекции
практические
занятия
3
4
2
2
4
2
2
2
2
1
2
4
Контрольные работы
2
Итого
28
4
2.3. Лекционный курс
ТЕМА 1. ВВЕДЕНИЕ
Предмет и задачи курса. Основные направления развития технологии. Роль и
значение технологии на современном этапе развития физики и техники полупроводников.
Основные электрофизические характеристики полупроводников. Требования,
предъявляемые к полупроводниковым материалам, химическим реактивам, окружающей
атмосферы, обслуживающему персоналу.
Основные физико-химические и технологические свойства германия, кремния,
арсенида, галлия, карбида кремния. Влияние примесей и дефектов структуры на
электрофизические свойства указанных проводников. Маркировка кристаллов и структур.
ТЕМА 2. МЕТОДЫ ОЧИСТКИ И ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ
МАТЕРИАЛОВ
Особочистые
вещества
и
монокристаллы.
Методы
очистки
веществ
полупроводниковой
электроники.
Транспортные
химические
реакции.
Кристаллизационные методы. Зонная перекристаллизация (зонная плавка, метод Пфанна).
Бестигельная зонная плавка. Теория метода Пфанна. Метод вытягивания кристаллов из
расплава (метод Чохральского). Метод нормальной направленной кристаллизации (метод
Бриджмена). Метод Стокбаргера. Теория методов Чохральского и Бриджмена. Методы
выравнивания концентраций примесей в кристаллах. Легирование кристаллов при
выращивании. Радиационное легирование полупроводников.
ТЕМА 3. ПОЛУЧЕНИЕ СЛОЖНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ
Технологические особенности полупроводников А3В5. Технология синтеза, очистки
и выращивания монокристаллических соединений А3В5.
ТЕМА 4. ДИФФУЗИЯ В ПОЛУПРОВОДНИКАХ
Основные механизмы диффузии примесей в полупроводниках. Закономерности
процесса диффузии. Законы Фика, Аррениуса. Распределение примесей в
полупроводниках при условии диффузии из постоянного источника, мгновенного
источника, полубесконечного полупроводника. Корреляция между диффузией и
растворимостью примесей в кремнии и германии. Особенности диффузии примесей в
полупроводниках при больших концентрациях. Методы измерения основных
диффузионных параметров. Методы исследования диффузии в полупроводниках (прямые,
косвенные).
ТЕМА 5. ПОЛУЧЕНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПЛЕНОК
Методы получения. Термическое испарение в вакууме. Физическое катодное и
реактивное катодное распыление, химический метод. Ионно-плазменное распыление.
Эпитаксиальные пленки. Методы получения и легирование пленок. Применение
эпитаксиальных пленок в производстве полупроводниковых приборов и ИС.
ТЕМА 6. ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ И ИС
Механическая обработка полупроводников. Резка слитков, пластин. Шлифовка,
полировка. Требования к качеству обработки поверхности. Химическая обработка
полупроводников. Химико-динамическая полировка, ионно-плазменная обработка,
плазмохимическое травление. Обработка после травления.
ТЕМА 7. ПОЛУЧЕНИЕ ВЫПРЯМЛЯЮЩИХ ПЕРЕХОДОВ
Контакт металл- полупроводник, p-n переход. Методы получения переходов
(сплавление, формовка, ионное облучение, диффузия и др.).
ТЕМА 8. ОМИЧЕСКИЕ КОНТАКТЫ
Омические контакты, изготовление омических контактов.
ТЕМА 9. ЗАЩИТА p-n ПЕРЕХОДОВ
Способы защиты, материалы, устройства. Герметизация приборов.
ТЕМА 10. ПЛАНАРНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ
ПРИБОРОВ И ИС
Особенности планарной технологии. Основные способы получения слоев окиси
кремния. Фотолитография, рентгенолитография, электронная и ионная литографии.
Шаблоны, резисты. Локальные эпитаксии, диффузия, окисление. Пример изготовления
ИС на основе p-n-p транзистора. Основные тенденции развития технологии ИС.
2.4. Практические (семинарские) занятия
№
п/п
1.
Номер
раздела
2
Количество
часов
2
2.
4
2
Тема практического занятия
Расчет распределения концентрации примесей
вдоль слитка после выращивания
Расчет диффузионных распределений легирующих
примесей в полупроводниках
3.Организация текущего и промежуточного контроля знаний
3.1. Контрольные работы
Тематика контрольных работ
Сроки проведения
1. Физико-технологические свойства
полупроводниковых материалов,
выращивание, очистка полупроводников
7,8-я лекция
2. Диффузия в полупроводниках
12,13-я лекция
Темы
дисциплины
1-3
4
3.2. Комплекты тестовых заданий
Проведение коллоквиумов по курсу не предусмотрено.
3.3. Самостоятельная работа
Самостоятельная работа заключается в подготовке к зачету. Итоговый контроль
проводится в 8-м семестре в виде зачета.
3.3.1. Поддержка самостоятельной работы (сборники тестов, задач, упражнений и
др.)
1. Комов А.Н., Покоева В.А., Рожков В.А. и др. Сборник задач и вопросов по
дисциплинам специализации «Физика полупроводников». – Самара: Изд-во
«Самарский университет», 1994. (Раздел 2) - 100%.
2. Комов А.Н., Покоева В.А. Практикум по технологии полупроводниковых
материалов и приборов. – Куйбышев: Изд-во Куйбышевского гос. университета,
1985 - 100 %.
3. Антипов Б.Л., Сорокин В.С., Терехов В.А. Материалы электронной техники.
Задачи и вопросы. – СПб.: Лань, 2005. (Глава 3; § 3.6) – 1 экз.
3.3.2. Тематика рефератов
Написание рефератов по курсу не предусмотрено.
3.3. Балльно-рейтинговая система
Максимальная сумма баллов, набираемая студентом по дисциплине и закрываемая
итоговой аттестацией, равна 100.
На основе набранных баллов, успеваемость студентов в семестре определяется
следующими оценками:
- «Отлично» - от 86 до 100 баллов – теоретическое содержание курса освоено
полностью, без пробелов, необходимые практические навыки работы с освоенным
материалом сформированы. Все предусмотренные программой обучения учебные задания
выполнены, качество их выполнения оценено числом баллов, близким к максимальному;
- «Хорошо» - от 74 до 85 баллов - теоретическое содержание курса освоено
полностью, без пробелов, необходимые практические навыки работы с освоенным
материалом сформированы недостаточно, все предусмотренные программой обучения
учебные задания выполнены, качество их выполнения ни одного из них не ценено
максимальным числом баллов, некоторые виды заданий выполнены с ошибками;
- «Удовлетворительно» - от 61 до 73 баллов - теоретическое содержание курса
освоено частично, но пробелы не носят существенного характера, необходимые
практические навыки работы с освоенным материалом в основном сформированы,
большинство предусмотренных программой обучения учебных заданий выполнены,
качество их выполнения ни одного из них не ценено максимальным числом баллов,
некоторые из выполненных заданий содержат неточности.
- «Неудовлетворительно» - 60 и менее баллов - теоретическое содержание курса не
освоено, но пробелы не носят существенного характера, необходимые практические
навыки работы не сформированы, выполненные учебные задания содержат грубые
ошибки, дополнительная самостоятельная работа над материалом курса не приведет к
существенному повышению качества выполнения учебных заданий
Баллы, характеризующие успеваемость студента по дисциплине, набираются им в
течении всего периода обучения за изучение отдельных тем и отдельных видов
выполненных работ.
Распределение баллов, составляющих основу оценки работы студента по изучению
дисциплины «Экология» в течении 18 недель 1 семестра:
1. Посещение занятий
до 20 баллов;
2. Выполнение практико-ориентированных заданий
до 20 баллов;
3. Участие в групповом обсуждении авторских докладов
до 20 баллов;
4. Выполнение лабораторных заданий
до 20 баллов;
5.Ответы на экзамене
до 20 баллов;
Итого:
до100 баллов.
3.4. Курсовая работа, её характеристика; примерная тематика
1. Полупроводниковые структуры карбида кремния на кремнии. Изготовление,
исследование свойств с целью последующего получения на их основе датчиков
различного назначения.
2. МДП-структуры с использованием окислов редкоземельных элементов.
Получение, исследование свойств.
3. Численное моделирование процессов легирования полупроводников и
полупроводниковых структур с помощью ПЭВМ.
Курсовые работы выполняются студентами 3, 4-х курсов специализации «Физика
полупроводников».
Итоговый контроль проводится в виде зачета в 8 семестре. Зачет ставится на основании
выполнения и отчета по лабораторным работам, ответам и выступлениям на практических
занятиях, результатам контрольных работ и на основании ответов по программе дисциплины.
4. Технические средства обучения и контроля, использование ЭВМ

Компьютеры, используемые при выполнении спецпрактикума, курсовых и
дипломных работ.
5. Активные методы обучения (деловые игры, научные проекты)

Выполнение экспериментальных лабораторных работ с элементами
исследования.
 Выполнение курсовых работ по численному моделированию с помощью ПЭВМ,
процессов легирования полупроводников и структур (составление программы,
расчет концентрационных профилей примеси, глубины залегания p-n переходов).
Определение оптимальных параметров диффузионных процессов.
6. Материальное обеспечение дисциплины




Установка вакуумного напыления;
интерференционный и металлографический микроскопы;
диффузионная печь;
полумикроаналитические весы;

установка
для
зондовых
измерений
удельного
сопротивления
полупроводниковых образцов;
 вытяжной шкаф и набор химических реактивов для химической обработки
образцов и др. приспособления.
7. Литература
Одновременно дисциплину изучают 15 человек.
7.1. Основная
1. Курносов А.И., Юдин В.В. Технология производства полупроводниковых
приборов и интегральных микросхем. – М.: Высшая школа, 1996 - 2 экз.
2. Парфенов О.Д. Технология микросхем. – М.: Высшая школа, 1986 – 2 экз.
3. Антипов Б.Л., Сорокин В.С., Терехов В.А. Материалы электронной техники.
Задачи и вопросы. – СПб.: Изд-во «Лань», 2003 - 1 экз.
4. Таиров Ю.М., Цветков В.Д. Технология полупроводниковых и диэлектрических
материалов. – М.: Высшая школа, 1990 – 10 экз.
7.2. Дополнительная
1. Горелик С.С., Дашевский М.Я. Материаловедение полупроводников и
диэлектриков. – М.: Металлургия, 1988 - 3 экз.
2. Пичугин И.Г., Таиров Ю.М. Технология полупроводниковых приборов. – М.:
Высшая школа, 1984 - 2 экз.
3. Комов А.Н., Покоева В.А. Практикум по технологии
полупроводниковых
материалов и приборов.– Куйбышев: КГУ, 1983. – 100% .
4. Комов А.Н., Покоева В.А., Рожков В.А. и др. Сборник задач и вопросов по
дисциплинам специализации «Физика полупроводников и диэлектриков». –
Самара: Изд-во «Самарский университет», 1994 – 100 %.
7. 3. Учебно-методические материалы по дисциплине
1. Физика твердого тела. Лабораторный практикум. Т.1. Методы получения твердых
тел и исследования их структуры. Под редакцией А.Ф.Хохлова.- М.: Высшая
школа, 2001 - 12 экз.
2. Комов А.Н., Покоева В.А., Латухина Н.В. Практикум по физике полупроводников
и диэлектриков. – Самара: Изд-во «Самарский университет», 2001 – 100%