微电子技术综合实践

Comprehensive Practice of Microelectronics Technology

主撰：王彩琳               审核：                批准：

一、课程基本信息

课程名称	微电子技术综合实践					课程代码	04111990
学    分	2	总学时	80（2周）	讲课学时	2	上机学时	0	实验学时	0
课程A/B类归属		B类	开课学期
先修课程	半导体器件物理（04110030）/或微电子技术基础（04110640）、半导体工艺原理（04110670）/集成电路工艺原理（04110040））、电力半导体器件原理与设计（04113550）/功率器件与集成（04113510）
适用专业	电子科学与技术专业、微电子科学与工程专业
开课单位	自动化与信息工程学院电子工程系

二、课程性质与目的

    微电子技术综合实践是电子科学与技术和微电子科学与工程两个专业的一门重要实践课。

本课程旨在使学生掌握半导体器件物理与半导体工艺原理的基础理论，熟悉半导体集成器件和分立器件的结构特点与基本特性，掌握器件特性设计和工艺分析方法，使学生具有分析与设计各种半导体器件的基本能力。

三、教学目标及其对毕业要求的支撑

（一）教学目标

    微电子技术综合实践是训练学生半导体集成器件和分立器件的基本特性与制作工艺分析与设计等专业知识的实践课程。通过对CMOS与VDMOS芯片的结构特点、基本特性及制作工艺的综合设计实践，培养学生综合运用课程知识的能力、团队合作能力与创新意识，加深学生对半导体器件物理（或微电子技术基础）、半导体工艺原理（或集成电路工艺原理）及电力半导体器件原理与设计（或功率器件与集成）等课程知识的理解和掌握，初步建立环境保护与可持续发展的意识。

教学目标具体要求如下：

1. 要求学生了解CMOS或VDMOS芯片的结构特点与基本特性，分析影响器件特性的结构参数和工艺参数及其对各相特性的相互制约关系；

2. 要求学生掌握CMOS或VDMOS芯片特性与制作工艺的分析方法；

3. 要求学生能够根据给定的特性指标，利用专业仿真软件进行各种CMOS或VDMOS芯片的设计与分析,并能理论联系实际，考虑工艺方案对环境保护、资源利用、能源消耗等社会可持续发展因素的影响；

4. 要求学生具有团队合作的精神，撰写设计报告及口头表达设计思想的交流和沟通能力。  

（二）教学目标对毕业要求的支撑矩阵

教学目标对毕业要求的支撑关系如下表：

四、教学内容

（一）设计内容结构关系图

（二）具体实践内容

1．设计任务布置与资料查询（8学时）

（1）设计任务与分配原则

设计题目分别为n阱CMOS芯片的设计、p阱CMOS芯片的设计及n沟VDMOS芯片的设计。设计内容包括器件特性设计与模拟、结构参数设计与优化、工艺流程分析与模拟、工艺条件的设计与优化、设计参数验证及工艺方案的确定等。由于每个题目的设计任务较重，需要同学们分工协作来完成。全班同学共分为三个大组，每大组（7~10人）一个题目，需要5个小组（1~2人）来完成。具体设计任务分为必做和选做两部分（详见任务书中的分配图）。必做内容要求每位同学都必须完成，选做部分由同学自由选择，但不能重复。每位同学的侧重点不同，其设计内容之间有一定的联系。要完成自己的具体任务，必须搞清楚整个题目所包含的知识点。整个设计任务既要全组成员相互协作、又有具体的个人分工。

（2）实施步骤

    为了顺利完成任务，设计时可参考以下实施步骤：

    1）明确自己的设计任务。了解题目设计内容，详细分析题目的具体要求；

2）确定总体设计思路。根据特性指标要求，分析影响器件特性的关键结构参数，以及相互制约关系，给出设计方案；

    3）关键特性的设计计算，或建立器件结构模型，利用ISE软件进行特性仿真，提取最佳的结构参数；

    4）分析半导体芯片的结构特点，初步确定其工艺流程；

    5）分析芯片制作的关键工艺及其相互制约的关系，选择适当的工艺实现方法；

    6）工艺条件的设计计算，或者利用ISE软件进行工艺流程以及工艺条件的模拟；

    7）工艺条件的优化，提取满足结构设计参数所对应的最优化工艺条件；

    8）设计参数验证，确定最终的工艺实施方案；

    9）根据设计分析结果，给出特性曲线图、工艺流程剖面图、掺杂浓度分布图、光刻版示意图等；

   10）编写设计报告，总结实践过程中的体会、收获及建议。

（2）对毕业要求的支撑

本知识点的实践和学习，可以支撑“毕业要求3设计/开发解决方案”中“指标点3-3能够综合利用专业知识设计满足特定需求的器件，电路，系统或工艺流程，体现创新意识”；也可以支撑“毕业要求7环境和可持续发展”中“指标点7-3能够在解决复杂工程实践中考虑并评价对环境与可持续发展的影响，学习运用技术手段降低负面影响及局限性”。

（3）作业及课外学习要求

作业：熟悉与设计任务相关的专业基础课程的内容；

课外学习：通过网络资料，了解各种CMOS与VDMOS芯片的结构特点、基本特性及制作工艺等基本知识。

2．器件特性分析与设计（28学时）

（1）设计内容

包括芯片结构分析与特性设计。针对自己的设计任务，进行问题分析。首先要熟悉特性参数与结构参数之间的关系，分析结构参数变化对特性参数的影响，如栅氧化层厚度对V_T、BV_GS的影响，沟道掺杂浓度对V_T、BV_DS的影响，沟道宽/长比对BV_DS和g_m、I_Dsat及f_max的影响等；然后，找出关键结构参数的上、下限，选择合适的结构参数值。

（2）对毕业要求的支撑

本知识点的实践和学习，可以支撑“毕业要求3设计/开发解决方案”中“指标点3-3能够综合利用专业知识设计满足特定需求的器件，电路，系统或工艺流程，体现创新意识”；也可支撑毕业要求5使用现代工具”中“指标点5-3能利用不同技术和工具进行结果对比分析，理解所采用的技术、资源、工具的优势与局限性”。

（3）作业及课外学习要求

作业：熟悉ISE软件的用法、查阅器件特性设计相关资料；

课外学习：通过书籍或网络资料，学习MOSFET或VDMOS器件特性的设计方法。

3．芯片工艺设计（28学时）

（1）设计内容

包括芯片工艺流程分析、工艺条件的设计与验证，以及工艺实施方案的确定。每位同学根据所确定的结构参数和工艺流程，设计单项工艺的条件（如扩散的具体温度、时间，离子注入的剂量、能量，薄膜加工的具体温度、时间或流量、速度等），并要考虑前、后道工艺之间的相互影响。最后，通过工艺条件优化，确定最佳的工艺条件和实施方案。

本知识点的实践和学习，可以支撑“毕业要求3设计/开发解决方案”中“指标点3-3能够综合利用专业知识设计满足特定需求的器件，电路，系统或工艺流程，体现创新意识”；也可支撑“毕业要求5使用现代工具”中“指标点5-2熟练掌握计算机软件及相关仿真工具，针对不同复杂工程问题，合理选择、开发相关仿真方法，进行预测和模拟”。

（3）作业及课外学习要求

作业：熟悉ISE软件的用法、查阅器件工艺设计相关资料；

课外学习：通过书籍或网络资料，学习MOSFET或VDMOS芯片工艺的设计方法。

4. 撰写设计报告（8学时）

（1）主要内容

    整理设计参数，分析总结，撰写设计报告。报告字数5000字左右，可采用统一规范的稿纸书写，也可以用16K纸按照撰写规范单面打印，并装订（顶部）成册。基本格式规范要求与内容包括：

1）封面（包括题目、院系、专业班级、学生学号、学生姓名、指导教师姓名、职称、起止时间等）

2）目录

3）设计题目与要求

4）任务分析与设计思路

5）特性设计计算或仿真步骤

6）设计结构参数汇总

7）工艺流程与方法分析

8）工艺条件设计计算或仿真步骤

9）结果优化与参数验证

10）工艺实施方案的确定

11）设计体会或存在问题分析

12）参考文献

（2）对毕业要求的支撑

本知识点的实践和学习，可以支撑“毕业要求5使用现代工具”中“指标点5-3能利用不同技术和工具进行结果对比分析，理解所采用的技术、资源、工具的优势与局限性”。

（3）作业及课外学习要求

作业：熟悉设计参数的专业术语及其单位的表征方法；

课外学习：通过网络资料，了解课程报告的撰写方法。

5. 验收与答辩（8学时）

（1）验收内容

首先老师查收学生的设计报告，然后学生阐述自己的设计思路与方案。老师提出质疑问题，同组学生可以一起答辫。根据学生回答问题的情况，老师做出点评，并根据设计质量进行答辩打分。

（2）对毕业要求的支撑

本知识点的实践和学习，可以支撑“毕业要求9个人和团队”中“指标点9-2能够在团队合作中承担个人、团队成员以及负责人的角色，进行有效沟通并发挥团队协作精神”。

（3）作业及课外学习要求

作业：交流设计经验，分析设计方案中存在问题或不足。

    课外学习：通过网络资料，了解答辩用ppt的制作方法及表达技巧。

五、教学方法

课程教学采用多媒体和传统教学相结合的方式，以学生实践为主，通过作业、答疑及考勤等多环节训练和督促检查，巩固实践成果。本课程安排每环节的任务需按进度计划完成，不得拖延。

设计步骤以指标分析—特性设计—结构参数优化—工艺流程分析—工艺条件设计与优化—参数验证—工艺方案确定为主线，通过n阱CMOS、p阱CMOS或VDMOS芯片的实例设计，实现教学目标。

六、考核及成绩评定

课程成绩由平时成绩、验收答辩成绩和报告成绩三个环节的成绩综合评定产生。各评价环节所占比例及对教学目标的支撑如下表所示。

通过平时答疑与验收答辩等对学生专业核心知识、设计分析能力、创新意识、环境保护与可持续发展意识等进行考核，通过撰写报告等对学生理解与运用知识、书面表达及理论联系实际等能力进行考核，即对毕业要求3、5、7、9的相关指标点的达成度进行评估。

七、教学进程（详见授课日历）

八、教材及参考书

1. 王彩琳编著，《电力电子新器件及其制造技术》，北京：机械工业出版社，2015

2. 王蔚，田丽，任明远编著，《集成电路制造技术——原理与工艺》，电子工业出版社，2010

3. Donald A. Neamen著，赵毅强等译《半导体器件物理》电子工业出版社, 2010

4. 关旭东，《集成电路工艺基础》，北京大学出版社，2005

5. 陈贵灿，邵志标，程军，林长贵编，《CMOS集成电路设计》，西安:西安交通大学出版社，2000

6. 李乃平主编，《微电子器件工艺》，华中理工大学出版社，1995

8. 黄汉尧，李乃平编《半导体器件工艺原理》，上海：科学技术出版社，1986

9. 张屏英，周佑膜编，《晶体管原理》，上海：科学技术出版社，1985

10.ISE软件使用指南。

九、执行大纲应注意的问题

1. 实践中应注重基本知识、基本理论和基本方法的练习，注意少讲多练。

2. 大纲内章节的顺序和内容的安排仅供参考，教师可根据情况作适当的变动。