《微電子技術及應用》課程教學大綱一、課程基本情況課程代碼：101145223324課程名稱（中/英文）：微電子技術及應用/MicroelectronicsTechnologyandApplications課程類別：專業選修課程學分：2總學時：32理論學時：24實驗/實踐學時：8適用專業：材料成型及控制工程適用對象：本科先修課程：大學物理、物理化學、材料科學基礎教學環境：多媒體教室/實驗室開課學院：材料科學與工程學院二、課程簡介1．課程任務與目的本課程的任務與目的是通過該課程的學習，使學生對制造半導體器件的基本工藝原理和工藝加工步驟有比較全面、系統的認識；同時，對集成電路的制造加工有基本的了解與掌握，培養學生分析和解決半導體工藝基礎問題的能力。這門課為學生后續專業課程的學習和進一步獲取有關專業知識奠定必要的理論基礎。在本課程集成電路制造的環節，加入對中國改革開放以來我國半導體技術及集成電路制造業的發展歷史和取得的成果的回顧，起到激發學生道路自信，投入經濟建設一線建功立業的熱情。2．對接培養的崗位能力通過本課程學習使學生從事實際工作提供一定的實踐動手能力，培養學生提出問題和分析問題的能力，使學生理論聯系實際的能力有所提高和發展，開闊學生的眼界、啟迪并激發學生的探索和創新精神，更深層次的提升其研究素質，為將來把基礎理論與半導體技術最新需求相結合提高工作能力做好儲備。三、課程教學目標1.課程對畢業要求的支撐[畢業要求指標點4.1]掌握材料成型及控制工程相關的各類物理、化學基礎知識，基于工程科學原理，通過文獻信息綜合或相關方法，分析材料成型過程中的復雜工程問題。[畢業要求指標點5.2]能夠根據現代材料成型方法，開發或選擇使用恰當的現代專業設備或者測試技術解決材料成型復雜工程問題，同時能夠充分認識各種方法和技術的優點和存在問題。2.課程教學目標對應畢業要求指標點，具體內容如下教學目標1：通過本課程的學習，學生應對制造半導體器件基本工藝原理和加工步驟有清晰、全面的認識；了解微電子技術及其發展趨勢和應用。通過本課程的學習，掌握微電子技術領域集成電路的制造基本原則，并能將創新思想融入解決方案。能夠通過文獻信息綜合或相關方法，設計相關的測試實驗，分析微電子技術領域中的復雜工程問題。（支撐畢業要求指標點4.1）教學目標2：能夠利用所學解決復雜結構或環境下的微電子技術及應用問題，具有選擇與利用集成電路的能力，能夠對各種集成電路制造方法的優點，并對存在的問題有明確的了解。（支撐畢業要求指標點5.2）四、教學課時安排（一）學時分配主題或知識點教學內容總學時學時完成課程教學目標講課實驗實踐主題1半導體制造工藝基礎22001、2主題2晶體生長22001、2主題3硅的氧化22001、2主題4光刻22001、2主題5刻蝕22001、2主題6擴散42201、2主題7離子注入44001、2主題8薄膜沉積42201、2主題9工藝集成22001、2主題10集成電路制造62401、2主題11未來趨勢和挑戰22001、2合計322480（二）實驗教學安排序號實驗項目名稱實驗/實踐學時實驗/實踐類型實驗/實踐要求每組人數備注1擴散實驗2必做52薄膜沉積實驗2必做53集成電路制造—釬焊實驗2必做54集成電路制造—3D打印實驗2必做5五、教學內容及教學設計主題1半導體制造工藝基礎1．教學內容半導體硅材料的特性、半導體器件、半導體工藝技術、基本工藝步驟；半導體器件發展的歷史進程。在緒論中介紹半導體器件的發展歷史與現狀，我國芯片制造“卡脖子”的原因及現狀，未來加快芯片制造技術的發展和產業鏈的完善，提高自主創新能力和核心競爭力。2．教學重點半導體工藝技術。3．教學難點基本半導體工藝步驟。4．教學方案設計（含教學方法、教學手段）采用混合式教學，結合多媒體授課，同時授課過程中采用問題討論式、案例式、啟發式等多種教學方法。主題2晶體生長1．教學內容晶體結構特點、晶體生長技術、區熔法、直拉法、砷化鎵晶體的生長技術、柴可拉斯基單晶爐的結構。融入定向凝固技術在材料加工領域的應用，鼓勵學生學好專業知識，開闊學生的眼界、啟迪并激發學生的探索和創新精神。2．教學重點晶體生長技術中直拉法的過程和特點、區熔法。3．教學難點晶體結構特點、砷化鎵晶體的生長技術。4．教學方案設計（含教學方法、教學手段）采用混合式教學，結合多媒體授課，同時授課過程中采用問題討論式、案例式、啟發式等多種教學方法。主題3硅的氧化1．教學內容硅片的標準清洗方法、熱氧化的本質與過程、干氧氧化、濕氧氧化、水汽氧化的過程、氧化過程中的雜志再分布、二氧化硅的掩模特性、氧化質量、氧化層厚度特性、氧化模擬。介紹硅在半導體行業的重要性，“硅谷”的由來——即最早研究和生產以硅為基礎的半導體芯片的地方；鼓勵學生學習我國科學家在芯片等“卡脖子”問題上堅持不懈，不斷創新的精神。2．教學重點干氧氧化、濕氧氧化、水汽氧化的過程與特點、氧化的本質。3．教學難點氧化的兩個過程、幾種氧化的異同點。4．教學方案設計（含教學方法、教學手段）采用混合式教學，結合多媒體授課，同時授課過程中采用問題討論式、案例式、啟發式等多種教學方法。主題4光刻1．教學內容光刻膠的組成、正性光刻膠和負性光刻膠的區別、光刻工藝的每個步驟、接觸式曝光、接近式曝光、投影式曝光、步進式曝光、四種曝光系統、光刻的精度。融入光刻機的原理和技術壁壘，強調創新發展的意義。2．教學重點光刻膠的組成、正性光刻膠和負性光刻膠的區別、光刻工藝的流程、勻膠、前烘、曝光、顯影、堅膜、檢測。3．教學難點接觸式曝光、接近式曝光、投影式曝光、步進式曝光、光刻的精度。4．教學方案設計（含教學方法、教學手段）采用混合式教學，結合多媒體授課，同時授課過程中采用問題討論式、案例式、啟發式等多種教學方法。主題5刻蝕1．教學內容干法刻蝕、濕法刻蝕、IC工藝中四種被刻蝕的材料和主要的刻蝕劑、IC工藝的刻蝕過程、各向異性刻蝕、各向同性刻蝕、刻蝕精度、刻蝕工藝中的危險。不同的刻蝕方法有不同的應用產品，各有利弊，根據實際選擇最優的方法，并鼓勵學生進行技術創新。2．教學重點干法刻蝕、濕法刻蝕、IC工藝的刻蝕過程。3．教學難點各向異性刻蝕、各向同性刻蝕、刻蝕精度。4．教學方案設計（含教學方法、教學手段）采用混合式教學，結合多媒體授課，同時授課過程中采用問題討論式、案例式、啟發式等多種教學方法。主題6擴散1．教學內容擴散機制、間隙式擴散、替位式擴散、擴散的過程、各向異性摻雜、各向同性摻雜、菲克第一定律、菲克第二定律、恒定表面濃度擴散的主要特點、有限表面源擴散的特點、兩步擴散、雜質擴散的方法、擴散效果的測量。菲克第一定律及菲克第二定律都既適用于穩態擴散也適用于非穩態擴散，只是由于菲克第一定律沒有給出擴散物質濃度與時間的關系。難以將其用來全面描述濃度隨時間不斷變化的非穩態擴散過程。通過菲克定律啟迪并激發學生的探索和創新精神。2．教學重點擴散機制、間隙式擴散、替位式擴散、擴散的過程、兩步擴散法。3．教學難點菲克第一定律、菲克第二定律、恒定表面濃度擴散的主要特點、有限表面源擴散的特點、兩步擴散。4．教學方案設計（含教學方法、教學手段）采用混合式教學，結合多媒體授課，同時授課過程中采用問題討論式、案例式、啟發式等多種教學方法。主題7離子注入1．教學內容離子束的性質、離子束的用途、離子注入機制、掩模方式（投影方式）、聚焦方式、離子注入系統、離子源、離子注入過程、平均投影射程與初始能量的關系、離子注入的特點、離子注入控制、溝道效應、陰影效應、注入損傷、退火。離子注入在現代硅片制造過程中有廣泛應用，其中最主要的用途是摻雜半導體，離子注入能夠重復控制雜質的濃度和深度。離子注入有很多優點，但是也有缺點，鼓勵學生分析事物應辯證的看問題，考慮全面，揚長避短。2．教學重點離子注入機制、掩模方式（投影方式）、聚焦方式、離子注入系統、離子源、離子注入過程、平均投影射程與初始能量的關系、離子注入的特點。3．教學難點離子注入機制、溝道效應、陰影效應。4．教學方案設計（含教學方法、教學手段）采用混合式教學，結合多媒體授課，同時授課過程中采用問題討論式、案例式、啟發式等多種教學方法。主題8薄膜沉積1．教學內容外延生長技術、外延層結構及缺陷、電介質淀積、多晶硅淀積、金屬化、化學氣象沉積（CVD）、物理氣相沉積（PVD）。薄膜沉積是集成電路制造過程中必不可少的環節，但是不同的方法具有不同的工藝特性，適合不同的材料，根據不同的要求選擇不同的方法，提升學生的研究素質，為將來提高工作能力做好儲備。2．教學重點二氧化硅外延生長技術、常壓化學氣相沉積技術、低壓化學氣相沉積技術和等離子體增強化學氣相沉積技術、濺射法和真空蒸發法。3．教學難點外延層結構及缺陷、電介質沉積。4．教學方案設計（含教學方法、教學手段）采用混合式教學，結合多媒體授課，同時授課過程中采用問題討論式、案例式、啟發式等多種教學方法。主題9工藝集成1．教學內容無源單元、雙極型工藝技術、CMOS技術、MESFET技術、MEMS技術、鈍化技術、工藝模擬。不同的工藝集成技術適用不同的材料及環境要求，啟發學生在以后的學習和工作中根據現實條件選擇合適的技術，學以致用。2．教學重點雙極型工藝技術、CMOS技術。3．教學難點CMOS技術、MESFET技術、MEMS技術、鈍化技術。4．教學方案設計（含教學方法、教學手段）采用混合式教學，結合多媒體授課，同時授課過程中采用問題討論式、案例式、啟發式等多種教學方法。主題10集成電路制造1．教學內容集成電路發展歷史、雙極型工藝技術、CMOS技術、電測試、電子封裝、統計工藝控制、統計實驗設計、成品率、計算機集成制造。在介紹基礎電路的發展歷史時，講述集成電路在通信中的廣泛應用，回顧我國導航系統如何從當初卡脖子到現在服務全球的輝煌歷程，彰顯道路自信和制度自信。2．教學重點雙極型工藝技術、CMOS技術、電測試、電子封裝。3．教學難點CMOS技術、計算機集成制造。4．教學方案設計（含教學方法、教學手段）采用混合式教學，結合多媒體授課，同時授課過程中采用問題討論式、案例式、啟發式等多種教學方法。主題11未來趨勢和挑戰1．教學內容半導體技術的應用發展趨勢、半導體工業所面臨的挑戰、微電子技術的個發展方向。學生通過學習了解該領域的發展現狀及面臨的問題，鼓勵學生進行科學探索及技術創新。2．教學重點半導體技術的應用發展趨勢、半導體工業所面臨的挑戰、微電子技術的四個發展方向。3．教學難點半導體工業所面臨的挑戰。4．教學方案設計（含教學方法、教學手段）采用混合式教學，結合多媒體授課，同時授課過程中采用問題討論式、案例式、啟發式等多種教學方法。六、學生成績評定1.課程考核方式及比例本課程考核學生獲取知識的能力、應用所學知識分析問題和解決問題能力、實踐動手能力和創新能力等；考核方式采用出勤、作業評測、課堂表現、平時階段測驗等多種形式、多個階段等全過程的考核，使學生成績評定更加合理多樣，優化課程評價體系，進一步提升本課程教學效果。學生成績評定表考核方式平時成績期中考試期末考試出勤作業課堂表現階段測驗答辯項目小論文實驗√√√√√成績比例%51051010602.課程考核方式評價權重本課程教學目標與考核方式評價權重如表所示：課程教學目標支撐畢業要求指標點考核評價方式權重（%）過程性考核實驗期末考試合計出勤及課堂表現作業及階段測驗教學目標1指標點4.1510530~3550~55教學目標2指標點4.2510525~3045~50合計102010601003.課程成績評價標準平時成績評定及考核標準考核環節考核結果及標準評估項目及權重優秀（90~100分）良好（80~89分）中等（70~79分）及格（60~69分）不及格（<60分）出勤及課堂表現（10%）無遲到、早退、曠課現象。積極參加課堂討論，并有自己獨到的見解，能夠準確回答問題，并有自己獨到的見解偶爾有遲到、早退現象。較為積極參加課堂討論，能夠準確回答問題，并提出自己的見解有遲到、早退現象。能夠主動參加課堂討論，能夠回答問題有遲到、早退、偶爾有曠課現象。參與課堂討論，基本能回答相關問題遲到、早退、曠課較多。不能有效參加課堂討論，回答不出所有問題作業（10%）能夠獨立完成作業，作業完成質量優秀，能夠靈活運用所學知識和理論解決問題，并獲得正確結論能夠獨立完成作業，完成質量較高，能夠運用所學知識和理論解決問題，并獲得正確結論能夠獨立完成作業，完成質量符合要求，能夠運用所學知識和理論解決問題，并獲得有效結論基本能夠獨立完成作業，部分題目解答存在抄襲現象，運用所學知識和理論解決問題的能力基本符合要求不能獨立完成作業，存在明顯抄襲現象，不具備運用所學知識和理論解決問題的能力階段測驗（10%）完成所有階段測驗，根據參考答案評分，總評成績為優秀完成所有階段測驗，根據參考答案評定分，總評成績為優良完成所有階段測驗，根據參考答案評分，總評成績為中等完成所有階段測驗，根據參考答案評分，總評成績為及格沒有完成階段測試，根據參考答案評分，總評成績不及格實驗（10分%）實驗報告能夠獨立完成，內容完整，數據合理，數據處理正確，圖表規范。能夠正確完成實驗報告中提出的問題，并對實驗中遇到的問題進行深入的討論，提出自己的見解。實驗報告能夠獨立完成，內容完整，數據合理，數據處理正確，圖表基本規范。能夠完成實驗報告中提出的問題，并對實驗中遇到的問題進行討論，提出意見。實驗報告能夠完成，內容完整，數據基本合理，能夠進行數據處理，圖表基本規范。能夠基本完成實驗報告中中提出的問題，對實驗中遇到的問題進行討論。實驗報告基本能夠獨立完成，內容完整，數據圖表齊全，基本完成實驗報告中提出的問題。實驗報告不能獨立完成，存在抄襲現象，報告中提出的問題沒有或基本沒有回答。課程教學目標評價標準考核環節考核結果及標準評估項目及權重優秀（90~100分）良好（80~89分）中等（70~79分）及格（60~69分）不及格（<60分）教學目標1熟練掌握制造半導體器件基本工藝原理和加工步驟；熟練掌握微電子技術及其發展趨勢和應用。熟練掌握微電子技術領域集成電路的制造基本原則，并能將創新思想融入解決方案。能夠通過文獻信息綜合或相關方法，設計相關的測試實驗，分析微電子技術領域中的復雜工程問題。準確掌握制造半導體器件基本工藝原理和加工步驟；熟練掌握微電子技術及其發展趨勢和應用。準確掌握微電子技術領域集成電路的制造基本原則，并能將創新思想融入解決方案。能夠通過文獻信息綜合或相關方法，設計相關的測試實驗，分析微電子技術領域中的較為復雜的工程問題。掌握制造半導體器件基本工藝原理和加工步驟；熟練掌握微電子技術及其發展趨勢和應用。掌握微電子技術領域集成電路的制造基本原則，并能將創新思想融入解決方案。能夠通過文獻信息綜合或相關方法，設計相關的測試實驗，分析微電子技術領域中的一般工程問題。基本熟練掌握制造半導體器件基本工藝原理和加工步驟；熟練掌握微電子技術及其發