МИНОБРНАУКИ РОССИИ
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ»
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ФРАГМЕНТА ИМС
Методические указания к курсовой работе по дисциплине «Специальные вопросы технологии интегральных микросхем»
Санкт-Петербург Издательство СПбГЭТУ «ЛЭТИ»
2014
УДК 621.382.8
Технологическое моделирование фрагмента ИМС: метод. указания к курсовой работе по дисциплине «Специальные вопросы технологии интегральных микросхем» / сост. О. В. Александров. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ
«ЛЭТИ», 2014. 28 с.
Представлены краткие сведения по моделированию основных технологических процессов изготовления ИМС: термического окисления слабо- и сильнолегированных слоев, ионной имплантации в одно- и двухслойной системах, ионного и диффузионного легирования с низкой и высокой концентрациями примеси, совместной диффузии легирующих примесей.
Предназначены для студентов специальности 210105 «Электронные приборы и устройства» и направления 210100 «Электроника и наноэлектроника», обучающихся по дневной, очно-заочной (вечерней) и заочной формам обучения.
Утверждено редакционно-издательским советом университета
в качестве методических указаний
© СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2014
2
ПРЕДИСЛОВИЕ
Курсовая работа имеет своей целью закрепление и углубление знаний, полученных в лекционном курсе и на практических занятиях по дисциплине «Специальные вопросы технологии интегральных микросхем». Выполнение курсовой работы способствует развитию у студентов навыков самостоятельного решения инженерных задач, связанных с разработкой, расчетом и моделированием технологических процессов изготовления интегральных микросхем (ИМС), работой с научно-технической и справочной литературой. При выполнении курсовой работы студенты должны использовать лекционный материал по данной дисциплине, разделы предшествующих курсу дисциплин: «Технология материалов и изделий электронной техники», «Приборы функциональной электроники», «Проектирование полупроводниковых приборов и интегральных микросхем», «Вычислительная математика», а также литературу, список которой приведен в данных методических указаниях.
1. ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ И ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
Курсовая работа выполняется в соответствии с индивидуальным заданием, максимально приближенным к современным разработкам ИМС. Задание предусматривает разработку, расчет и моделирование технологического процесса изготовления фрагмента ИМС – логического элемента.
Форма задания соответствует «Положению об организации курсового проектирования в институте» [1]. Индивидуальное задание включает: тему работы, исходные данные, содержание пояснительной записки и перечень графического материала; даты выдачи задания, контрольной проверки, представления и защиты выполненной курсовой работы.
Исходными данными для технологического моделирования фрагмента ИМС являются:
–тип логики/технологии логического элемента;
–логическая функция элемента;
–способ межэлементной изоляции;
–параметры подложки и/или эпитаксиального слоя;
–ключевые конструкторско-технологические параметры элементов;
–название моделируемых технологических процессов с указанием расчетных параметров.
Задание на курсовую работу выдается в течение первых двух недель, предусмотренных учебным графиком по данной дисциплине.
3
2.ТРЕБОВАНИЯ К ОФОРМЛЕНИЮ
ИСОДЕРЖАНИЮ КУРСОВОЙ РАБОТЫ
Готовая курсовая работа состоит из пояснительной записки и графической части. Пояснительная записка выполняется на одной стороне листа формата А4 (210 × 297), рекомендуемый объем – не более 25 с. печатного текста. Оформление пояснительной записки и графической части работы должно быть выполнено в соответствии с нормативными документами [1], [2] и ГОСТ 7.32–81. Пояснительная записка должна включать титульный лист, оглавление, задание, перечень принятых в работе обозначений, основную часть, заключение и список используемой литературы. Основная часть работы должна содержать: описание технологического маршрута, расчет режимов и параметров основных технологических операций, моделирование технологических процессов. Графическая часть работы должна содержать: электрическую схему логического элемента, топологический чертеж и поперечное сечение кристалла, пооперационные поперечные сечения, графики моделируемых зависимостей. Курсовая работа оформляется в виде единой брошюры, состоящей из пояснительной записки и графической части. Все используемые в работе справочные данные должны иметь ссылки на литературные источники.
Заданием на курсовую работу предусмотрена контрольная проверка для обеспечения систематической работы студентов, выявления возможных ошибок и коррекции работы. По окончании курсовая работа представляется руководителю в срок, не позднее указанного в задании, и автор допускается к защите. Защита курсовой работы проводится перед комиссией, назначенной заведующим кафедрой. При защите студент должен дать пояснения по существу работы, обосновать выбор технологических решений, расчетных соотношений и алгоритмов.
3.ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ВЫПОЛНЕНИЯ КУРСОВОЙ РАБОТЫ
3.1.Выбор электрической схемы фрагмента ИМС
Вкачестве фрагмента ИМС в курсовой работе взят логический элемент (ЛЭ) цифровой ИМС. Выбор электрической схемы ЛЭ осуществляется на основании исходных данных – типа логики/технологии и вида логической функции. Схемы ЛЭ цифровых биполярных, МОП и КМОП ИМС можно найти в соответствующих курсах лекций, а также в книгах [3]–[5].
4
3.2. Топологический чертеж и поперечное сечение кристалла
При построении топологического чертежа кристалла с фрагментом ИМС следует придерживаться следующих правил. Расположение элементов ИМС на чипе должно обеспечивать минимальные длины и паразитные емкости межсоединений, минимальное число слоев металлизации. Контактные площадки должны размещаться в областях, свободных от элементов ИМС, по периметру чипа. Геометрия резисторов должна соответствовать их номинальному сопротивлению. Поперечное сечение кристалла должно проходить через разнотипные элементы по линии, указанной на топологическом чертеже, и располагаться непосредственно под чертежом. Области разного типа на топологическом чертеже и поперечном сечении необходимо отметить цветом или штриховкой с соответствующими пояснениями.
3.3. Разработка технологического маршрута
Технологический маршрут изготовления фрагмента ИМС разрабатывается на основе анализа исходных данных к курсовой работе, указывающих на тип технологии, способ изоляции элементов и характеристики отдельных технологических процессов и операций. Маршрут представляет собой последовательный перечень технологических операций по изготовлению ИМС с указаниием условий проведения, заданных режимов и получаемых контролируемых параметров этих операций. Примеры построения технологических маршрутов изготовления ИМС различного типа и технологии приводятся в лекциях по данной дисциплине, а также в книгах [6], [7]. Для наглядности ключевые операции технологического маршрута следует снабдить пооперационными сечениями кристалла.
3.4. Моделирование операций технологического маршрута
При описании разработанного технологического маршрута необходимо рассчитать (промоделировать) режимы проведения основных технологических операций (температуру, время, состав газов) и значения выходных контролируемых параметров (толщины оксида, глубины залегания p– n-перехода, слоевого сопротивления) полупроводниковых структур. Расчеты и моделирование соответствующих режимов операций и параметров структур проводятся по формулам и выражениям, приводимым в лекционном курсе и на практических занятиях по данной дисциплине, а также в разд. 5 или, например, в книгах [6], [8]. При их использовании необходимо четко представлять, при каких допу-
5