Содержание дисциплины

№ пп

Название темы

Содержание

Объем в часах

Второй семестр

1.

Введение. Разновидности электронных компонентов, образующих твердотельные функциональные структуры, полупроводниковых и гибридных интегральных схем. Основные определения.

2

Раздел 1. Физико-химические основы полупроводников, металлов и диэлектриков для создания элементов изделий микроэлектроники

2.

Кристаллическое строение твердых тел, дефекты кристаллического строения

Строение твёрдых тел: аморфные, стеклоподобные, кристаллические. Кристаллическая решетка, ее типы и параметры. Обозначения плоскостей и направлений. Поли‑ и изоморфизм. Классификация дефектов кристаллического строения (точечные, линейные, двумерные, и объёмные), их влияние на свойства твёрдых тел.

2

3.

4.

Основы физико-химического фазового анализа: диаграммы состояния

Представления о компонентах и фазовых составляющих сплавов. Типы фаз двойных сплавов: механические смеси, твёрдые растворы и химические соединения. Разновидности твёрдых растворов (растворы замещения, внедрения и вычитания) и химических соединений (электронные соединения, фазы Лавеса, упорядоченные твёрдые растворы, фазы внедрения, -фазы). Понятие о диаграммах состояния термодинамических систем. Тройная точка. Критические точки. Диаграмма состояния. Линия ликвидуса, линия солидуса. Системы с ограниченной взаимной растворимостью компонентов в твердом состоянии. Равновесные диаграммы состояния с ограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии эвтектического типа. Равновесные диаграммы состояния с ограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии перитектического типа.

4

5.

Механические свойства материалов

Перечень характеристик механических свойств, зависящих от состава и структуры материала и определяющих его технологические свойства. Связь между напряжением и деформацией металлических конструкционных материалов в условиях растяжения. Основные характеристики: предел прочности, модуль нормальной упругости, коэффициент удлинения, модуль сдвига, модуль объёмного сжатия, относительное изменение объёма, коэффициент Пуассона. Обобщённый закон Гука, связь между упругими константами. Виды нагружения материалов: растяжение, сдвиг, кручение, изгиб.

Классификация методов механических испытаний. Основы статических методов испытания: на растяжение, сжатие, изгиб, кручение; измерение твёрдости и др. Динамические методы испытания: ударные испытания на маятниковых и крутильных копрах (представление о критической температуре хрупкости), на усталостную выносливость.

2

6.

Электрические и магнитные свойства материалов

Классификация материалов по электрическим свойствам на основе зонной теории на проводники, полупроводники и диэлектрики. Электропроводность металлов и собственных полупроводников, влияние подвижности носителей заряда. Удельная электропроводность и электросопротивление; температурный коэффициент сопротивления, удельное поверхностное и контактное сопротивление. Поведение материалов во внешних электрических полях. Поляризация в диэлектриках. Диэлектрическая восприимчивость и диэлектрическая проницаемость, поляризация в сегнетоэлектриках. Диэлектрические потери (обусловленные сквозным током и током абсорбции): величина потерь, связь с tg . Виды и механизмы пробоя в диэлектриках (теплового, электрического, поверхностного, ионизационного, электрохимического). Основные магнитные свойства материалов: намагниченность (момент в единице объёма), магнитная восприимчивость. Классификация материалов по магнитным свойствам на диа‑, пара‑, ферро‑, антиферро- и ферримагнетики. Величина магнитной индукции для магнитных и немагнитных материалов. Магнитные потери и механизм намагничивания ферромагнитных материалов по мере роста величины напряженности внешнего магнитного поля.

2

Раздел 2. Физико-химические процессы формирования микро- и наноструктур твердотельных компонентов изделий микроэлектроники

7

Классификация и физико-химические основы процессов формирования активных и пассивных электронных компонентов внутри и на поверхности твердых тел (подложек)

Классификация процессов по характеру их протекания и температурному диапазону: удаление веществ, диффузия, плавление, окисление, эпитаксия, спекание, термообработка, рекристаллизация, фотолитография, сушка, обезгаживание и т.д. Место термических процессов в технологии изделий микроэлектроники. Базовые технологические процессы, стимулируемые температурой. Основные способы передачи тепла в термических процессах: теплопроводность, конвекция, излучение.

2

8

Физико-химические основы диффузионных процессов

Основные положения термической диффузии. Механизм диффузии примесей в идеальных и реальных кристаллах. Законы диффузии. Коэффициент диффузии. Зависимость коэффициента диффузии от температуры, концентрации примесей, электрического поля. Методы решения II-го уравнения диффузии. Диффузия из бесконечного и конечного источников. Распределение примесей при диффузии. Влияние взаимной диффузии и реакций на характеристики изделий микроэлектроники. Химия и физика границ раздела. Монокристаллические и поликристаллические слои. Аморфные мелко- и крупнокристаллические слои. Диффузия по границам зерен. Электродиффузия в тонких слоях. Взаимодиффузия и реакции в контактах металл-металл. Образование силицидов.

2

9

Физико-химические основы процессов окисления

Основные положения процессов окисления материалов. Физико-химические процессы, протекающие при термическом окислении кремния. Физико-математические модели, описывающие процесс окисления кремния. Законы роста оксидных слоев. Физическая модель процесса пассивного окисления (модель Дила-Гроува). Механизм роста термического оксида атомная модель. Плазменное окисление.

1

9.

Физико-химические основы процесса ионной имплантации

Физические основы ионного распыления. Пробеги ионов в аморфных и монокристаллических мишенях. Распределение пробегов. Электронное и ядерное торможение. Эффект каналирования в монокристаллах. Пространственное распределение внедренных ионов. Образование радиационных дефектов при ионной имплантации. Радиационно-стимулированная диффузия. Отжиг дефектов. Модификация структуры твердых тел под действием ионной бомбардировки.

1

10.

Физико-химические основы нанесения тонких слоев в вакууме

Термодинамика и кинетика процессов испарения простых и сложных веществ. Процессы, протекающие при испарении из тиглей и сублимацией. Состав конденсируемого слоя при испарении. Особенности физико-химических процессов при электронно-лучевом испарении. Классификация и основные характеристики процессов электронно-лучевой технологии в микроэлектронике. Физические основы взаимодействия ускоренных электронов с веществом. Пробеги электронов в твердом теле. Тепловые эффекты при электронно-лучевой технологии. Распределение температуры в твердом теле при электронно-лучевой обработке. Физико-химические основы нетермических электронно-лучевых процессов.

1

10.

Физико-химические основы получения многокомпонентных пленок термическим испарением в вакууме

Состав осаждаемой пленки при испарении сплавов. Физико-химические факторы и технологические параметры процесса получения пленок при термическом испарении. Пространственное распределение потока частиц при испарении.

1

11.

Физико-химические основы ионных и ионно-плазменных процессов получения пленок

Характеристики разряда и основные параметры неравновесной плазмы. Физико-химические основы получения пленок катодным и ионно-плазменным распылением. Физико-химические основы получения пленок высокочастотным и магнетронным распылением. Физико-химические основы ионного распыления. Понятие о коэффициенте распыления и его математическое описание. Зависимость коэффициента распыления от различных факторов. Пространственное распределение потока распыленных частиц при распылении аморфных и монокристаллических материалов. Распыление много компонентных материалов. Модель распыления бинарной системы.

2

12.

Физико-химические основы реактивных ионных и ионно-плазменных процессов получения пленок

Основы реактивных ионных и ионно-плазменных процессов получения пленок. Процессы, протекающие в плазменных ускорителях при нанесении пленок. Обратная диффузия и обратное рассеяние частиц при ионно-плазменном распылении.

2

13.

Физико-химические основы осаждения и роста пленок из раствора и электрохимическое осаждение

Термодинамика химического осаждения пленок. Кинетика химического осаждения пленок. Связь физико-химических и технологических характеристик процесса осаждения. Основные химические реагенты для осаждения пленок в микроэлектронике. Механизм роста химически осаждаемых пленок. Термодинамика электрохимического осаждения и растворения металлов и полупроводников. Электрохимическое осаждение металлических пленок. Влияние физико-химических факторов и технологических параметров осаждения на структуру и свойства осаждаемых металлических пленок.

2

14.

Физико-химические основы эпитаксиальных процессов и пленок

Гомогенное и гетерогенное зарождение новой фазы. Влияние физико-химических факторов и параметров процесса на структуру и свойства слоев. Автоэпитаксия и гетероэпитаксия из газовой и жидкой фаз. Особенности оборудования и рабочих сред при росте эпитаксиальных слоев. Эпитаксия соединений А_IIIB_V и твердых растворов на их основе.

2

15.

Физико-химические процессы удаления веществ с поверхности твердых тел

Термодинамика процессов, протекающих на поверхности раздела фаз. Адсорбционные процессы на поверхности. Энергия взаимодействия атомных частиц с поверхностью. Термодинамика поверхностных реакций. Факторы, влияющие на адгезию. Физико-химические основы процессов очистки и отмывки пластин и подложек.

2

16.

Физико-химические основы процессов жидкостного химического растворения и ионно-плазменного травления

Термодинамика процессов растворения. Основы кинетики растворения твердых тел. Механизмы растворения кремния, германия и арсенида галлия. Травление поверхности твердого тела. Расчет кинетических параметров очистки поверхности пластин и подложек. Состав и свойства травителей. Физико-химические основы процесса ионно-плазменного травления твердого тела. Классификация ионно-плазменных процессов травления, основные характеристики процесса: скорость, селективность, равномерность, анизотропия. Физико-химические основы процесса ионно-химического травления. Физико-химические основы процесса плазмохимического травления твердых тел. Кинетика процессов травления.

2

17.

Физико-химические основы процессов создания неразъемных соединений электронных компонентов. Классификация и сравнительные характеристики неразъемных соединений

Процессы при формировании паяных, микросварных и клеевых соединений. Структура микрообъемов сформированных соединений. Критерии качества соединений.

2

Итого: 2 семестр

34

№ пп

Название темы

Содержание

Объем в часах

1

2

3

4

Второй семестр

1.

Механические свойства материалов

Исследования механических свойств конструкционных материалов

4

2.

Электрические и магнитные свойства материалов

Определение электрофизических характеристик полупроводниковых материалов

4

3.

Классификация и физико-химические основы процессов формирования активных и пассивных электронных компонентов внутри и на поверхности твердых тел (подложек) по заданному рисунку (фотолитографией)

Формирование конфигурации элементов интегральных схем на поверхности полупроводниковой пластины проекционной литографией

4

4.

Физико-химические основы диффузионных процессов

Исследование процесса диффузии

4

5.

Физико-химические основы процессов окисления

Исследование механизма и кинетики процесса термического окисления кремния

4

Физико-химические основы процесса ионной имплантации

Исследование физико-химических процессов формирования твердотельных структур ионной имплантацией

2

6.

Физико-химические основы нанесения тонких слоев в вакууме

Технология нанесения тонких пленок в вакууме

4

7.

Физико-химические процессы удаления веществ с поверхности твердых тел

Физико-химические особенности процесса удаления пленок с поверхности подложек интегральных схем в плазме

4

9.

Физико-химические основы процессов создания неразъемных соединений электронных компонентов. Классификация и сравнительные характеристики неразъемных соединений

Исследование процессов сварки и пайки при создании неразъемных соединений

4

Итого: 2 семестр

34