Технологические процессы в наноинженерии. Книга 2

 
 
 
 
 
 
 
 
КОМПЛЕКТ 

учебно-методических комплексов дисциплин 
по тематическому направлению деятельности 
национальной нанотехнологической сети 

«НАНОИНЖЕНЕРИЯ» 

Технологические процессы в наноинженерии 

БИБЛИОТЕКА «НАНОИНЖЕНЕРИЯ» 

 
В семнадцати книгах 
 
 
 1. МЕТОДЫ МИКРОСКОПИИ 

 2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ 
В НАНОИНЖЕНЕРИИ 

 3. ВЫСОКОВАКУУМНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ 
В НАНОИНЖЕНЕРИИ 

 4. МНОГОКОМПОНЕНТНОЕ 3D-ПРОЕКТИРОВАНИЕ 
НАНОСИСТЕМ 

 5. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОННОЙ ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ 
НАНОСИСТЕМ 

 6. ПРОЕКТИРОВАНИЕ НАНОСЕНСОРОВ 

 7. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОПТИЧЕСКОЙ ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ 
НАНОСИСТЕМ 

 8. ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ КОМПОНЕНТЫ НАНОСИСТЕМ 

 9. МЕТОДЫ ЛИТОГРАФИИ В НАНОИНЖЕНЕРИИ 

 10. ЭЛИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ И НАНОТЕХНОЛОГИИ 

 11. ЭЛЕКТРОННАЯ МИКРОСКОПИЯ 

 12. ОПТИЧЕСКАЯ МИКРОСКОПИЯ 

 13. АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ 
НАНОСИСТЕМ 

 14. ОСНОВЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ МИКРО- 
И НАНОСИСТЕМ 

 15. БИОНАНОИНЖЕНЕРИЯ 

 16. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ НАНОИНЖЕНЕРИИ 

 17. САПР НАНОСИСТЕМ 

 
 
 
 
Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана 
Москва 2011 

Предисловие 
3 

П. И. Варламов, К. А. Елсуков, В. В. Макарчук 
 
 
 
 
 
 
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ 
ПРОЦЕССЫ 
В НАНОИНЖЕНЕРИИ 
 
 
Учебно-методический комплекс 
по тематическому направлению деятельности 
ННС «Наноинженерия» 
 
 
Под редакцией заслуженного деятеля науки РФ, 
члена-корреспондента РАН, профессора 
В. А. Шахнова 
 
 
Допущено учебно-методическим объединением вузов 
по университетскому политехническому образованию 
в качестве учебного пособия для студентов 
высших учебных заведений, обучающихся 
по направлению 152200 «Наноинженерия» 
 
 
 

 

Технологические процессы в наноинженерии 

УДК 621.382 
ББК 30.61 
 
В18 
 
УМК подготовлен в соответствии с заданием государственного контракта 
№ 16.647.12.2008 на выполнение работ в рамках направления 2-й федеральной 
целевой программы «Развитие инфраструктуры наноиндустрии 
в Российской Федерации на 2008–2011 годы» 
 
Рецензенты: 

кафедра «Вакуумная электроника» Московского физико-технического 
института (зав. кафедрой, академик РАН  А. С. Бугаев); 
кафедра «Электроника и информатика» Российского государственного 
технологического университета им. К. Э. Циолковского 
(зав. кафедрой, профессор  С. Б. Беневоленский) 
 
 

В18 

Варламов П. И.

Технологические процессы в наноинженерии : учеб. пособие / 

П. И. Варламов, К. А. Елсуков, В. В. Макарчук. – М. : Изд-во МГТУ 
им. Н. Э. Баумана, 2011. – 176 с. : ил. (Библиотека «Наноинженерия» : 
в 17 кн. Кн. 2).

 
ISBN 978-5-7038-3493-0 (кн. 2) 
 
ISBN 978-5-7038-3509-8 
Методические материалы по дисциплине «Технологические процессы 
в наноинженерии» содержат нормативную базу дисциплины, рекомендации по 
организации и проведению лекций, практических занятий, семинаров, лабораторных 
работ и деловых игр, перечень учебных видео- и аудиоматериалов, 
слайдов, типовых плакатов и другие дидактические материалы для работы 
профессорско-преподавательского состава по данной дисциплине. 
Для студентов, аспирантов и преподавателей высших технических учебных 
заведений по направлению подготовки «Нанотехнология» с профилем 
подготовки «Наноинженерия». Будет полезен всем, занимающимся вопросами 
нанотехнологий, наноинженерии, проектированием МЭМС и НЭМС, созданием 
электронных систем различного назначения. 
 
УДК 621.382 
ББК 30.61 
 
 
 Варламов П. И., Елсуков К. А., 
 
 
Макарчук В. В., 2011 
 
 Министерство образования 
 
 
и науки РФ, 2011 
ISBN 978-5-7038-3493-0 (кн. 2) 
 Оформление. Издательство МГТУ 
ISBN 978-5-7038-3509-8 
 
им. Н. Э. Баумана, 2011 

Предисловие 
5 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

Успех в продвижении России по нанотехнологическому пути 
развития во многом будет зависеть от эффективности системы 
подготовки кадров, для создания и развития которой необходимо 
современное и качественное учебно-методическое обеспечение. 
Основная особенность нанотехнологии – ее междисциплинарный 
характер, который требует особых методических приемов 
и подбора соответствующего научного и учебного материала. 
В настоящее время имеется существенная нехватка учебно-
методического обеспечения такого характера. Поэтому адаптация 
учебно-методического обеспечения для подготовки кадров по программам 
высшего профессионального образования для тематических 
направлений ННС и его апробация на базе ведущих университетов 
Российской Федерации направлены на реализацию инновационной 
модели образования, подразумевающую тесную связь 
учебного и научно-исследовательского процесса на базе проектных 
методов обучения, современных экспериментальных методик 
и перспективных технологических процессов создания наномате-
риалов, наноструктур, приборов, устройств и систем на их основе. 
Современные образовательные программы должны обеспечивать 
приобретение студентами профессиональных навыков и компетенций, 
необходимых для эффективной и самостоятельной работы 
в наноиндустрии. 
В связи с этим актуальной задачей является разработка и издание 
УМК, которые обеспечат учебно-методическую поддержку 
подготовки бакалавров и магистров по основным образовательным 
программам высшего профессионального образования по тематическому 
направлению деятельности ННС «Наноинженерия» образовательными 
учреждениями высшего профессионального образования 
на территории Российской Федерации. 
Целью создания данного комплекта УМК является повышение 
эффективности междисциплинарной подготовки бакалавров и магистров 
путем распространения передового опыта в разработке 

Технологические процессы в наноинженерии 

УМО среди вузов, осуществляющих подготовку по тематическим 
направлениям ННС, и внедрения компонентов вариативного 
маршрутного 
обучения 
на 
базе 
адаптированного 
учебно-
методического комплекса дисциплин по тематическому направлению 
деятельности ННС «Наноинженерия». 
УМК разработаны коллективом авторов в рамках реализации 
федеральной целевой программы «Развитие инфраструктуры 
наноиндустрии в Российской Федерации на 2008–2011 годы». 
На базе представленных УМК создана вариативная система 
маршрутного междисциплинарного обучения студентов по тематическому 
направлению деятельности ННС «Наноинженерия», 
обеспечивающая подготовку квалифицированных специалистов 
с соответствующими профилями. Разработаны электронные версии 
учебно-методических комплексов дисциплин на основе Web-
версии, соответствующей стандарту SCORM 2004, 3rd edition 
(http://nanolab.iu4.bmstu.ru). 
Глубокую благодарность авторы выражают рецензентам: А. С. Бугаеву – 
академику РАН, заведующему кафедрой Московского физико-
технического института, и С. Б. Беневоленскому – профессору, 
заведующему кафедрой Российского государственного технологического 
университета им. К. Э. Циолковского, чьи замечания способствовали 
улучшению содержания УМК. 
Разработанные 17 УМК обеспечат учебно-методическую поддержку 
подготовки бакалавров и магистров по основным образовательным 
программам высшего профессионального образования 
по направлению подготовки «Нанотехнология» с профилем подготовки «
Наноинженерия» образовательными учреждениями высшего 
профессионального образования на территории Российской Федерации. 

Авторы будут признательны читателям за все замечания по содержанию 
УМК, которые следует направлять по адресу: 105005, 
Москва, 2-я Бауманская ул., МГТУ им. Н. Э. Баумана. 
 
В. А. Шахнов 

Предисловие 
7 

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ 

БИС 
– большая интегральная схема 
ГУФ 
– глубокий ультрафиолет 
ГХО 
– газохимическая очистка  
ДВ 
– деионизованная вода 
ЗУПВ 
– запоминающее устройство с произвольной выборкой 
ИМС 
– интегральная микросхема 
КД 
– конструкторская документация 
КМДП – комплементарная металл–диэлектрик–полупроводник 
технология производства интегральных микросхем 
КПД 
– коэффициент полезного действия 
КР 
– курсовая работа 
МДП 
– металл–диэлектрик–полупроводник 
МОП 
– металл–оксид–полупроводник 
ОЗУ 
– оперативное запоминающее устройство 
ПШ 
– промежуточный шаблон 
САПР 
– система автоматизированного проектирования 
СБИС 
– сверхбольшая интегральная схема 
ТВН 
– термическое вакуумное напыление 
ТП 
– технологический процесс 
ТПИ 
– твердые планарные источники 
УБИС 
– ультрабольшая интегральная микросхема 
ХМП 
– химико-механическая планаризация 
AR 
– аspect ratio, отношение высоты рельефа поверхности 
к ширине зазора 
ARC 
– антиотражающее покрытие 
CVD 
– осаждение из паровой фазы 
DIP 
– Dual In line packedg – корпус (пластмассовый) с двух-
рядным расположением выводов. 
LPCVD – осаждение из газовой фазы при пониженном давлении 
N.A. 
– numerical aperture – числовая апертура (мера светосо-
бирающей способности объектива) 
PVD 
– осаждение из газовой фазы 

Технологические процессы в наноинженерии 

ВВЕДЕНИЕ 

Дисциплина «Технологические процессы в наноинженерии» 
относится к специальным дисциплинам программы подготовки 
бакалавров и магистров и изучается в течение 7-го и 8-го семестров 
подготовки будущих специалистов. Обучение дисциплине завершается 
в 9-м семестре выполнением курсовой работы. 
Цель преподавания дисциплины состоит в том, чтобы дать будущему 
специалисту знания в области технологических процессов 
и оборудования, используемых при создании объектов наноинже-
нерии. При этом преподавание дисциплины методически осуществляется 
таким образом, чтобы вызвать у студента интерес к 
данной области знаний и сформировать устойчивую мотивацию к 
самообразованию. 
Методологически дисциплина строится на основе оптимального 
соотношения теоретических и прикладных вопросов с обязательным 
участием студентов в самостоятельном изучении отдельных 
технологических процессов, применяемых при формировании 
объектов наноинженерии. 
Знания, полученные в рамках лекционного курса, студенты закрепляют 
при выполнении лабораторных работ, на которых они 
имеют возможность непосредственно увидеть и исследовать объекты 
наноинженерии. 
Обучение дисциплине завершается выполнением студентами 
курсовой работы, в рамках которой они имеют возможность спроектировать 
цифровое устройство в виде кристалла полупроводниковой 
интегральной микросхемы и разработать полный комплект 
конструкторской документации, необходимой для его выпуска. 
В основу представляемого комплекта документов учебно-методического 
обеспечения положены методические материалы по 
курсу «Технологические процессы в наноинженерии», читаемому 
авторами на факультете «Информатика и системы управления» 
в МГТУ им. Н. Э. Баумана. 

Предисловие 
9 

При разработке данного учебно-методического комплекса материалов 
по дисциплине были использованы следующие нормативные 
документы: 
♦ Закон Российской Федерации «Об образовании» (в редакции 
федерального закона от 13.01.1996 г. № 12-ФЗ). 
♦ Федеральный закон «О высшем и послевузовском профессиональном 
образовании» (от 01.12.2007 г. № 125-ФЗ, 
от 24.10.2007 г. № 232-ФЗ, от 01.12.2007 г. № 307-ФЗ, 
№ 308-ФЗ, № 309-ФЗ, № 313-ФЗ). 
♦ ГОСТ Р ИСО 9001–2001. Система менеджмента качества. 
Требования. 
♦ Приказ Рособрнадзора от 30.09.2005 г. № 1938 «Об утверждении 
показателей деятельности и критериев государственной 
аккредитации высших учебных заведений». 
♦ Приказ Минобразования РФ «О комплексной оценке деятельности 
высшего учебного заведения» (от 12.11.1999 г. № 864). 
♦ Положение об организации учебного процесса в МГТУ 
им. Н. Э. Баумана от 01.06.2000 г. 
♦ Рекомендации разработчикам рабочих программ дисциплин (
Протокол методической комиссии университета 
от 14.04.2005 г. № 9). 

1. КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ 

Цель дисциплины. Изучение основ технологии производства 
интегральных схем, микропроцессоров, микро- и наносборок, 
ознакомление с базовым технологическим оборудованием, методами 
проектирования технологических процессов и контроля качества. 

Задачи дисциплины. Изучить физико-химические явления, 
сопровождающие операции технологического процесса; методику 
выполнения базовых технологических процессов: эпитаксии, избирательного 
легирования, литографии, формирования пленок, 
химической и ионно-плазменной обработки; принципы расчета 
технологических параметров операций технологического процесса 
производства микросхем; принципы проектирования технологических 
маршрутов основных типов интегральных микросхем; особенности 
устройства и применения технологического оборудования; 
методику контроля технологических параметров и параметров 
формируемых структур. 

1.1. МИНИАТЮРИЗАЦИЯ ОБЪЕКТОВ 
НАНОИНЖЕНЕРИИ 

1.1.1. ПОКОЛЕНИЯ ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ 
МИКРО- И НАНОСИСТЕМ 

Наноинженерия как научное направление возникло не на пустом 
месте. Наноинженерия (англ. nanotechnological engineering) – междисциплинарная 
область фундаментальной и прикладной науки 
и техники, предметом которой являются исследования, проектирование 
и совершенствование методов производства и применения 
интегрированных систем, основанных на законах и принципах