集成芯片制造工艺原理（混合式教学）

集成芯片制造工艺原理（混合式教学）

主讲教师：蒋玉龙

教师团队：共2位

蒋玉龙
李炳宗

学校：	复旦大学
开课院系：	微电子学院
专业大类：	电子科学与技术
开课专业：	微电子学与固体电子学
课程英文名称：	Integrated Chip Manufacturing Process Principle
课程编号：	SME620004
学分：	3
课时：	54

课程简介

本课程是一门微电子学与固体电子学专业的研究生学位基础课，主要讲述BJT和MOSFET制造的工艺流程与技术，并且针对器件微缩规律、栅介质、光刻、离子注入、扩散、等离子体、PVD、CVD、干法刻蚀和接触与互连等具体内容进行了详细的讲述。要求学生掌握典型半导体器件制造的基本工艺流程和主要工艺原理与实现方法，能设计合适的工艺实现特定器件的制造。
本课程采用线上线下相结合的混合式教学。教师将提前布置各个小组的学习任务，并预留1周左右的课时供学生线上自学、准备任务相关PPT作业；双周课时教师将在教室组织学生对任务的完成情况进行汇报讨论。

课程代码：SME620004
课程性质：学位基础（专业）      学分：3
课程特色：混合式教学，研讨式教学，小组学习
课表时间：每周二（6-8）
讨论时间：双周周二13:30-16:10
集中答疑：单周周二13:30-16:10（在线）
教室：HGX503
课程特点：知识点多、散，微观过程多
课程要求：主要工艺原理，重要工艺常识
课程考核：平时（50%），期末考试（50%）
期末考试：时间待定，闭卷

在线课程学习步骤

1、访问fudan.mooc.chaoxing.com ；
2、访问页面右上角登录功能，选择UIS登录，使用学校的统一身份认证即可；
3、登录成功后，即可进行学习。

教师团队

蒋玉龙

职称：教授，博导

单位：复旦大学

部门：微电子学院

职位：教师教学发展中心副主任

李炳宗

职称：教授

单位：复旦大学

部门：微电子学院

课程章节

Progress and Main Factors of Semiconductor Technology

1.1

Invention of Transistor and Integrated Circuits
1.2

From SSI to VLSI/ULSI/SLSI
1.3

Device Miniaturization
1.4

Micro-fabrication Technology
1.5

Si and its based Thin Films
1.6

Moore’s Law
1.7

Semiconductor Technology Roadmap
1.8

Leading Edge CMOS Technology
1.9

Microelectronics Revolution and Information Age
1.10

From Micro- to Nano-
1.11

课程思政01

Basic Bipolar and BiCMOS Process Technology

4.1

Requirements and structure of bipolar devices for high performance IC
4.2

Main fabrication process of oxide isolation bipolar IC
4.3

Poly-Si self-aligned (PSA) process for bipolar VLSI technology
4.4

SBD clamps for better speed performance of bipolar logic IC (STTL, LSTTL, ALSTTL, SI2L….)
4.5

Hetero-junction bipolar transistor (HBJT or HBT) technology
4.6

BiCMOS technology
4.7

20141014课堂留影
4.8

课程思政04

Lithography

7.1

Fine line lithography-key for micro-fabrication
7.2

Progress for patterning technology
7.3

Optical alignment and exposure system
7.4

Photoresist
7.5

Optical lithography for sub-micro fabrication
7.6

Light sources for optical lithography
7.7

Phase shifting mask technology
7.8

Novel lithography technology for nanometer CMOS
7.9

Immersion lithography
7.10

EUV and X-ray lithography
7.11

Electron beam lithography
7.12

20141111课堂留影
7.13

课程思政07

Plasma and Sputtering PVD

10.1

Low energy plasma for semiconductor processing:
10.2

Plasma generation and potential
10.3

Principle fundamentals of sputtering process
10.4

Magnetron Sputtering
10.5

RF Plasma and Sputtering
10.6

课程思政10

Contact and Interconnection

13.1

Increasing importance of contact and interconnection for VLSI/ULSI Technology
13.2

Advanced contact & interconnection technology
13.3

Contact resistance
13.4

Al/Si Ohmic contact and interconnect
13.5

Cu interconnection by damascene technology
13.6

Silicide, Polycide and Salicide

Basic VLSI/ULSI Fabrication Process Technology

2.1

Evolution of IC Process Technology
2.2

Main LSI/VLSI processes developed in history
2.3

CMOS core based ULSI technology-basis of present Microelectronics
2.4

Main elemental devices and process flow of IC fabrication
2.5

Major chip fabrication material and technology
2.6

Ultra clean technologies-of vital importance for VLSI/ULSI manufacturing
2.7

课程思政02

Device Scaling-down Principles and Limitations

5.1

MOS device downscaling principles
5.2

Verification of Scaling Relationship of Device Parameters
5.3

Practical Scaling for MOS devices
5.4

Bipolar Device Scaling
5.5

Two approaches of deep submicron CMOS Device Scaling
5.6

Semiconductor Technology Roadmap based on scaling-down principle
5.7

Device Scaling Limitation
5.8

Exploration of the nanometer CMOS technology
5.9

课程思政05

Ion Implantation

8.1

Basic Principle and Method
8.2

Interaction between Incident Ions and Substrate Atoms
8.3

Stopping Power and Projected Range
8.4

Ion Channeling Effect
8.5

Implant Damage
8.6

Thermal Annealing
8.7

课程思政08

Chemical Vapor Deposition

11.1

CVD
11.2

CVD process kinetics
11.3

Plasma Enhanced CVD
11.4

Photo-Enhanced CVD
11.5

CVD of SiO2 and Si3N4

CMOS Process Technology

3.1

Evolution of Si MOSFET
3.2

Si substrate selection for MOS devices
3.3

Basic structure and advantage of CMOS
3.4

Formation of two types MOSFETs on the same Si substrate
3.5

CMOS Device isolation
3.6

A typical CMOS fabrication process flow
3.7

Latch-up effect in CMOS devices
3.8

Sub-micron CMOS device engineering optimization
3.9

课程思政03

SiO2, Si/SiO2 Interface and High-k/Low-k dielectrics

6.1

SiO2---one of the key materials for semiconductor technology
6.2

Structure of SiO2 films
6.3

Growth mechanisms of thermal oxide
6.4

Deal-Grove model of oxidation kinetics
6.5

Oxidation rate dependence on T, P, Orientation
6.6

Impurity effects on oxidation rate
6.7

Si/ SiO2 interface and oxide traps
6.8

Other properties of thermal SiO2
6.9

High-k and low-k dielectrics
6.10

课程思政06

Diffusion

9.1

Diffusion Mechanism
9.2

Diffusion Equation and Distribution of Impurities
9.3

Diffusion impurities and sources
9.4

Field aided extrinsic diffusion
9.5

Concentration dependence and atomistic model of diffusion
9.6

Diffusion coefficient and depth profile of B, As, P
9.7

Oxidation effect on diffusion
9.8

Diffusion in Poly Si
9.9

课程思政09

Dry Etching by Plasma Processing

12.1

Dry etching---one of the key technologies for VLSI/ULSI
12.2

Plasma etching mechanisms
12.3

Various plasma-etching reactors
12.4

Etching Anisotropy
12.5

Dry etching for different materials
12.6

Contamination during Plasma Etching
12.7

Radiation Damage
12.8

Endpoint Detection

教学方法

原位翻转教学

本课程采用混合式教学--原位翻转课堂模式，把16个教学周的传统教学课时按如下计划重构*，以实现更有效的教和学。

第1-2周：教师教室面授，完成学生选课清单最终确认和分组；布置并完成第一次翻转教学的作业；

第3周：学生线上自学，完成翻转教学作业并及时在线提交；

第4周：学生回到教室，按照翻转作业顺序进行课堂汇报讨论和交流；结束第一次翻转教学并布置第二次翻转教学的作业；

第5-16周：重复第3、4周的翻转作业布置、提交、汇报、讨论、新一轮作业开始。。。

*如遇法定节假日与讨论课日期重复，可能需要前置或延后一周讨论，以保证16个教学周中包含8次讨论课。

图2.png

图4.png

教学计划

黄色日期：教室面授交流讨论

09月03日：教师主讲绪论，完成分组；

09月10日：教师主讲1章，确定分组；

09月24日：全部学生应该在线学完2-3章，面授课第1-2组分别讲讨论2-3章，各讲一章（一节课）；

10月08日：全部学生应该在线学完4-5章，面授课第3-4组分别讲讨论4-5章，各讲一章（一节课）；

10月22日：全部学生应该在线学完6-7章，面授课第5-6组分别讲讨论6-7章，各讲一章（一节课）；

11月05日：全部学生应该在线学完8-9章，面授课第1-2组分别讲讨论8-9章，各讲一章（一节课）；

11月19日：全部学生应该在线学完10-11章，面授课第3-4组分别讲讨论10-11章，各讲一章（一节课）；

12月03日：全部学生应该在线学完12-13章，面授课第5-6组分别讲讨论12-13章，各讲一章（一节课）；

12月17日：课堂汇报考核：第1-6组自由选题，每组汇报一个工艺技术最新进展，每组20分钟。

2024年日历.jpg

学习要求

一、在线学习与面授课程环节要求

1、按照研讨课日程安排，我们在对应黄色标记日期(星期二第6-8节)与同学在HGX503教室进行面授课互动；教师将与学生进行面对面课堂指导；其他课时，请自行网络学习；

2、按照预先的分组，本班级将有6个学习小组，学习任务的派发以各个小组为单位；每个小组有一个小组长负责具体联络工作；

3、每次见面互动指导前，学生需要完成教师规定的翻转教学任务要求的所有视频任务点学习和对应的问答、测试题等；没完成就来参加课程互动的，将减少学习行为的成绩；

4、按照小组，各组在完成所有要求视频学习任务的基础上，还要重点针对分配的各小组教学章节任务，及时准备课堂汇报用的PPT材料，并通过在线PBL系统在各个对应小组内按照研究报告附件来提交汇报PPT材料，并在见面课时进行汇报。每次PPT材料作业（每个组一共三次），每个小组的每个成员都要参与撰写自己的部分。每个小组可以在各自对应PBL分组内，进行在线讨论和资料分享，并由组长最终将本组负责讲解的章节提交一份PPT汇报资料即可。PPT命名规则：gX-ChXX.pptx。（X代表第几组，XX代表第几章）

5、按照研讨日程，1-6次见面课时，将为每个小组分配45分钟的课时，请利用自制的PPT材料来归纳、汇总、拓展、讲解教师指定给该小组所负责的章节内容。每个小组每次课堂展示只需要半组（4人左右）人员参与，参与讲解的每个人平均展示两个组员的资料（每人10分钟左右，不超时）。但请注意，用45分钟时间展示一个完整的章节内容，需要合理安排，重点内容需要重点讲解，一般内容可以带过。每个小组的另外半组人员，参加下次课堂展示活动。最后1次课堂汇报考核，每个小组请挑选最合适的1-2名组员代表整个小组进行总结汇报，汇报成绩平均到个人。

二、课程考核以及成绩评定

考核指标	权重	评定标准
出勤 Attendance	10%	缺席一次每人扣1%，最多扣10%即止
课堂表现 Participation	15%	讨论课每次每组5%，逻辑清晰，内容准确，表述明确
作业/实验 Assignment	15%	线上作业每次每人5%，提交及时，格式规范，内容准确
随堂测试 Quiz	10%	每次每人~2%，随堂测试
期末考试 Final Exam	50%	闭卷期末考试每人50%

参考教材

教材：

硅基集成芯片制造工艺原理，李炳宗茹国平屈新萍蒋玉龙编著，复旦大学出版社，2021.

参考书：

•S. Wolf and R. Tauber Silicon Processing for VLSI Era

–V.1 Process Technology

–V.2 Process Integration

–V.3 The Submicron MOSFET

–V.4 Deep-submicron Process Technology

•J. D. Plummer, M. E. Deal, P. B. Griffin Silicon VLSI Technology （已有中文译本）

•C.Y. Chang and S.M. Sze ULSI Technology

•S.M. Sze VLSI Technology

•S.K. Ghandi VLSI Fabrication Principles－Silicon and Gallium Arsenide

•W.R. Runyan and J.R. Brews Semiconductor Integrated Circuit Processing Technology

•E.H. Nicollian and J. R. Brews MOS Physics and Technology

•Y. Taur and T. H. Ning Fundamentals of Modern VLSI Devices

•Stephen A. Campbell The Science and Engineering of Miroelectronic Fabrication

•王阳元等集成电路工艺基础

•关旭东硅集成电路工艺基础

•庄同曾等集成电路制造技术

•M. Quirk, J. Serda箸，韩郑生等译半导体制造技术（电子工业出版社）

•P. Van Zant箸, 赵树武等译，芯片制造－半导体工艺制程实用教程（电子工业出版社）