《微电子技术及应用》课程教学大纲

《微电子技术及应用》课程教学大纲一、课程基本情况课程代码：101145223324课程名称（中/英文）：微电子技术及应用/MicroelectronicsTechnologyandApplications课程类别：专业选修课程学分：2总学时：32理论学时：24实验/实践学时：8适用专业：材料成型及控制工程适用对象：本科先修课程：大学物理、物理化学、材料科学基础教学环境：多媒体教室/实验室开课学院：材料科学与工程学院二、课程简介1．课程任务与目的本课程的任务与目的是通过该课程的学习，使学生对制造半导体器件的基本工艺原理和工艺加工步骤有比较全面、系统的认识；同时，对集成电路的制造加工有基本的了解与掌握，培养学生分析和解决半导体工艺基础问题的能力。这门课为学生后续专业课程的学习和进一步获取有关专业知识奠定必要的理论基础。在本课程集成电路制造的环节，加入对中国改革开放以来我国半导体技术及集成电路制造业的发展历史和取得的成果的回顾，起到激发学生道路自信，投入经济建设一线建功立业的热情。2．对接培养的岗位能力通过本课程学习使学生从事实际工作提供一定的实践动手能力，培养学生提出问题和分析问题的能力，使学生理论联系实际的能力有所提高和发展，开阔学生的眼界、启迪并激发学生的探索和创新精神，更深层次的提升其研究素质，为将来把基础理论与半导体技术最新需求相结合提高工作能力做好储备。三、课程教学目标1.课程对毕业要求的支撑[毕业要求指标点4.1]掌握材料成型及控制工程相关的各类物理、化学基础知识，基于工程科学原理，通过文献信息综合或相关方法，分析材料成型过程中的复杂工程问题。[毕业要求指标点5.2]能够根据现代材料成型方法，开发或选择使用恰当的现代专业设备或者测试技术解决材料成型复杂工程问题，同时能够充分认识各种方法和技术的优点和存在问题。2.课程教学目标对应毕业要求指标点，具体内容如下教学目标1：通过本课程的学习，学生应对制造半导体器件基本工艺原理和加工步骤有清晰、全面的认识；了解微电子技术及其发展趋势和应用。通过本课程的学习，掌握微电子技术领域集成电路的制造基本原则，并能将创新思想融入解决方案。能够通过文献信息综合或相关方法，设计相关的测试实验，分析微电子技术领域中的复杂工程问题。（支撑毕业要求指标点4.1）教学目标2：能够利用所学解决复杂结构或环境下的微电子技术及应用问题，具有选择与利用集成电路的能力，能够对各种集成电路制造方法的优点，并对存在的问题有明确的了解。（支撑毕业要求指标点5.2）四、教学课时安排（一）学时分配主题或知识点教学内容总学时学时完成课程教学目标讲课实验实践主题1半导体制造工艺基础22001、2主题2晶体生长22001、2主题3硅的氧化22001、2主题4光刻22001、2主题5刻蚀22001、2主题6扩散42201、2主题7离子注入44001、2主题8薄膜沉积42201、2主题9工艺集成22001、2主题10集成电路制造62401、2主题11未来趋势和挑战22001、2合计322480（二）实验教学安排序号实验项目名称实验/实践学时实验/实践类型实验/实践要求每组人数备注1扩散实验2必做52薄膜沉积实验2必做53集成电路制造—钎焊实验2必做54集成电路制造—3D打印实验2必做5五、教学内容及教学设计主题1半导体制造工艺基础1．教学内容半导体硅材料的特性、半导体器件、半导体工艺技术、基本工艺步骤；半导体器件发展的历史进程。在绪论中介绍半导体器件的发展历史与现状，我国芯片制造“卡脖子”的原因及现状，未来加快芯片制造技术的发展和产业链的完善，提高自主创新能力和核心竞争力。2．教学重点半导体工艺技术。3．教学难点基本半导体工艺步骤。4．教学方案设计（含教学方法、教学手段）采用混合式教学，结合多媒体授课，同时授课过程中采用问题讨论式、案例式、启发式等多种教学方法。主题2晶体生长1．教学内容晶体结构特点、晶体生长技术、区熔法、直拉法、砷化镓晶体的生长技术、柴可拉斯基单晶炉的结构。融入定向凝固技术在材料加工领域的应用，鼓励学生学好专业知识，开阔学生的眼界、启迪并激发学生的探索和创新精神。2．教学重点晶体生长技术中直拉法的过程和特点、区熔法。3．教学难点晶体结构特点、砷化镓晶体的生长技术。4．教学方案设计（含教学方法、教学手段）采用混合式教学，结合多媒体授课，同时授课过程中采用问题讨论式、案例式、启发式等多种教学方法。主题3硅的氧化1．教学内容硅片的标准清洗方法、热氧化的本质与过程、干氧氧化、湿氧氧化、水汽氧化的过程、氧化过程中的杂志再分布、二氧化硅的掩模特性、氧化质量、氧化层厚度特性、氧化模拟。介绍硅在半导体行业的重要性，“硅谷”的由来——即最早研究和生产以硅为基础的半导体芯片的地方；鼓励学生学习我国科学家在芯片等“卡脖子”问题上坚持不懈，不断创新的精神。2．教学重点干氧氧化、湿氧氧化、水汽氧化的过程与特点、氧化的本质。3．教学难点氧化的两个过程、几种氧化的异同点。4．教学方案设计（含教学方法、教学手段）采用混合式教学，结合多媒体授课，同时授课过程中采用问题讨论式、案例式、启发式等多种教学方法。主题4光刻1．教学内容光刻胶的组成、正性光刻胶和负性光刻胶的区别、光刻工艺的每个步骤、接触式曝光、接近式曝光、投影式曝光、步进式曝光、四种曝光系统、光刻的精度。融入光刻机的原理和技术壁垒，强调创新发展的意义。2．教学重点光刻胶的组成、正性光刻胶和负性光刻胶的区别、光刻工艺的流程、匀胶、前烘、曝光、显影、坚膜、检测。3．教学难点接触式曝光、接近式曝光、投影式曝光、步进式曝光、光刻的精度。4．教学方案设计（含教学方法、教学手段）采用混合式教学，结合多媒体授课，同时授课过程中采用问题讨论式、案例式、启发式等多种教学方法。主题5刻蚀1．教学内容干法刻蚀、湿法刻蚀、IC工艺中四种被刻蚀的材料和主要的刻蚀剂、IC工艺的刻蚀过程、各向异性刻蚀、各向同性刻蚀、刻蚀精度、刻蚀工艺中的危险。不同的刻蚀方法有不同的应用产品，各有利弊，根据实际选择最优的方法，并鼓励学生进行技术创新。2．教学重点干法刻蚀、湿法刻蚀、IC工艺的刻蚀过程。3．教学难点各向异性刻蚀、各向同性刻蚀、刻蚀精度。4．教学方案设计（含教学方法、教学手段）采用混合式教学，结合多媒体授课，同时授课过程中采用问题讨论式、案例式、启发式等多种教学方法。主题6扩散1．教学内容扩散机制、间隙式扩散、替位式扩散、扩散的过程、各向异性掺杂、各向同性掺杂、菲克第一定律、菲克第二定律、恒定表面浓度扩散的主要特点、有限表面源扩散的特点、两步扩散、杂质扩散的方法、扩散效果的测量。菲克第一定律及菲克第二定律都既适用于稳态扩散也适用于非稳态扩散，只是由于菲克第一定律没有给出扩散物质浓度与时间的关系。难以将其用来全面描述浓度随时间不断变化的非稳态扩散过程。通过菲克定律启迪并激发学生的探索和创新精神。2．教学重点扩散机制、间隙式扩散、替位式扩散、扩散的过程、两步扩散法。3．教学难点菲克第一定律、菲克第二定律、恒定表面浓度扩散的主要特点、有限表面源扩散的特点、两步扩散。4．教学方案设计（含教学方法、教学手段）采用混合式教学，结合多媒体授课，同时授课过程中采用问题讨论式、案例式、启发式等多种教学方法。主题7离子注入1．教学内容离子束的性质、离子束的用途、离子注入机制、掩模方式（投影方式）、聚焦方式、离子注入系统、离子源、离子注入过程、平均投影射程与初始能量的关系、离子注入的特点、离子注入控制、沟道效应、阴影效应、注入损伤、退火。离子注入在现代硅片制造过程中有广泛应用，其中最主要的用途是掺杂半导体，离子注入能够重复控制杂质的浓度和深度。离子注入有很多优点，但是也有缺点，鼓励学生分析事物应辩证的看问题，考虑全面，扬长避短。2．教学重点离子注入机制、掩模方式（投影方式）、聚焦方式、离子注入系统、离子源、离子注入过程、平均投影射程与初始能量的关系、离子注入的特点。3．教学难点离子注入机制、沟道效应、阴影效应。4．教学方案设计（含教学方法、教学手段）采用混合式教学，结合多媒体授课，同时授课过程中采用问题讨论式、案例式、启发式等多种教学方法。主题8薄膜沉积1．教学内容外延生长技术、外延层结构及缺陷、电介质淀积、多晶硅淀积、金属化、化学气象沉积（CVD）、物理气相沉积（PVD）。薄膜沉积是集成电路制造过程中必不可少的环节，但是不同的方法具有不同的工艺特性，适合不同的材料，根据不同的要求选择不同的方法，提升学生的研究素质，为将来提高工作能力做好储备。2．教学重点二氧化硅外延生长技术、常压化学气相沉积技术、低压化学气相沉积技术和等离子体增强化学气相沉积技术、溅射法和真空蒸发法。3．教学难点外延层结构及缺陷、电介质沉积。4．教学方案设计（含教学方法、教学手段）采用混合式教学，结合多媒体授课，同时授课过程中采用问题讨论式、案例式、启发式等多种教学方法。主题9工艺集成1．教学内容无源单元、双极型工艺技术、CMOS技术、MESFET技术、MEMS技术、钝化技术、工艺模拟。不同的工艺集成技术适用不同的材料及环境要求，启发学生在以后的学习和工作中根据现实条件选择合适的技术，学以致用。2．教学重点双极型工艺技术、CMOS技术。3．教学难点CMOS技术、MESFET技术、MEMS技术、钝化技术。4．教学方案设计（含教学方法、教学手段）采用混合式教学，结合多媒体授课，同时授课过程中采用问题讨论式、案例式、启发式等多种教学方法。主题10集成电路制造1．教学内容集成电路发展历史、双极型工艺技术、CMOS技术、电测试、电子封装、统计工艺控制、统计实验设计、成品率、计算机集成制造。在介绍基础电路的发展历史时，讲述集成电路在通信中的广泛应用，回顾我国导航系统如何从当初卡脖子到现在服务全球的辉煌历程，彰显道路自信和制度自信。2．教学重点双极型工艺技术、CMOS技术、电测试、电子封装。3．教学难点CMOS技术、计算机集成制造。4．教学方案设计（含教学方法、教学手段）采用混合式教学，结合多媒体授课，同时授课过程中采用问题讨论式、案例式、启发式等多种教学方法。主题11未来趋势和挑战1．教学内容半导体技术的应用发展趋势、半导体工业所面临的挑战、微电子技术的个发展方向。学生通过学习了解该领域的发展现状及面临的问题，鼓励学生进行科学探索及技术创新。2．教学重点半导体技术的应用发展趋势、半导体工业所面临的挑战、微电子技术的四个发展方向。3．教学难点半导体工业所面临的挑战。4．教学方案设计（含教学方法、教学手段）采用混合式教学，结合多媒体授课，同时授课过程中采用问题讨论式、案例式、启发式等多种教学方法。六、学生成绩评定1.课程考核方式及比例本课程考核学生获取知识的能力、应用所学知识分析问题和解决问题能力、实践动手能力和创新能力等；考核方式采用出勤、作业评测、课堂表现、平时阶段测验等多种形式、多个阶段等全过程的考核，使学生成绩评定更加合理多样，优化课程评价体系，进一步提升本课程教学效果。学生成绩评定表考核方式平时成绩期中考试期末考试出勤作业课堂表现阶段测验答辩项目小论文实验√√√√√成绩比例%51051010602.课程考核方式评价权重本课程教学目标与考核方式评价权重如表所示：课程教学目标支撑毕业要求指标点考核评价方式权重（%）过程性考核实验期末考试合计出勤及课堂表现作业及阶段测验教学目标1指标点4.1510530~3550~55教学目标2指标点4.2510525~3045~50合计102010601003.课程成绩评价标准平时成绩评定及考核标准考核环节考核结果及标准评估项目及权重优秀（90~100分）良好（80~89分）中等（70~79分）及格（60~69分）不及格（<60分）出勤及课堂表现（10%）无迟到、早退、旷课现象。积极参加课堂讨论，并有自己独到的见解，能够准确回答问题，并有自己独到的见解偶尔有迟到、早退现象。较为积极参加课堂讨论，能够准确回答问题，并提出自己的见解有迟到、早退现象。能够主动参加课堂讨论，能够回答问题有迟到、早退、偶尔有旷课现象。参与课堂讨论，基本能回答相关问题迟到、早退、旷课较多。不能有效参加课堂讨论，回答不出所有问题作业（10%）能够独立完成作业，作业完成质量优秀，能够灵活运用所学知识和理论解决问题，并获得正确结论能够独立完成作业，完成质量较高，能够运用所学知识和理论解决问题，并获得正确结论能够独立完成作业，完成质量符合要求，能够运用所学知识和理论解决问题，并获得有效结论基本能够独立完成作业，部分题目解答存在抄袭现象，运用所学知识和理论解决问题的能力基本符合要求不能独立完成作业，存在明显抄袭现象，不具备运用所学知识和理论解决问题的能力阶段测验（10%）完成所有阶段测验，根据参考答案评分，总评成绩为优秀完成所有阶段测验，根据参考答案评定分，总评成绩为优良完成所有阶段测验，根据参考答案评分，总评成绩为中等完成所有阶段测验，根据参考答案评分，总评成绩为及格没有完成阶段测试，根据参考答案评分，总评成绩不及格实验（10分%）实验报告能够独立完成，内容完整，数据合理，数据处理正确，图表规范。能够正确完成实验报告中提出的问题，并对实验中遇到的问题进行深入的讨论，提出自己的见解。实验报告能够独立完成，内容完整，数据合理，数据处理正确，图表基本规范。能够完成实验报告中提出的问题，并对实验中遇到的问题进行讨论，提出意见。实验报告能够完成，内容完整，数据基本合理，能够进行数据处理，图表基本规范。能够基本完成实验报告中中提出的问题，对实验中遇到的问题进行讨论。实验报告基本能够独立完成，内容完整，数据图表齐全，基本完成实验报告中提出的问题。实验报告不能独立完成，存在抄袭现象，报告中提出的问题没有或基本没有回答。课程教学目标评价标准考核环节考核结果及标准评估项目及权重优秀（90~100分）良好（80~89分）中等（70~79分）及格（60~69分）不及格（<60分）教学目标1熟练掌握制造半导体器件基本工艺原理和加工步骤；熟练掌握微电子技术及其发展趋势和应用。熟练掌握微电子技术领域集成电路的制造基本原则，并能将创新思想融入解决方案。能够通过文献信息综合或相关方法，设计相关的测试实验，分析微电子技术领域中的复杂工程问题。准确掌握制造半导体器件基本工艺原理和加工步骤；熟练掌握微电子技术及其发展趋势和应用。准确掌握微电子技术领域集成电路的制造基本原则，并能将创新思想融入解决方案。能够通过文献信息综合或相关方法，设计相关的测试实验，分析微电子技术领域中的较为复杂的工程问题。掌握制造半导体器件基本工艺原理和加工步骤；熟练掌握微电子技术及其发展趋势和应用。掌握微电子技术领域集成电路的制造基本原则，并能将创新思想融入解决方案。能够通过文献信息综合或相关方法，设计相关的测试实验，分析微电子技术领域中的一般工程问题。基本熟练掌握制造半导体器件基本工艺原理和加工步骤；熟练掌握微电子技术及其发