微电子材料与工艺
微电子加工基础工艺总结
1、分立器件和集成电路区别分立元件：每个芯片只具有一种器件；集成电路：每个芯片具有各种元件。
2、平面工艺特点平面工艺是由Hoerni于1960年提出。
在这项技术中，整个半导体表面先形成一层氧化层，再借助平板印刷技术，通过刻蚀去除某些氧化层，从而形成一种窗口。
P-N结形成办法：①合金结办法A、接触加热：将一种p型小球放在一种n型半导体上，加热到小球熔融。
B、冷却：p型小球以合金形式掺入半导体底片，冷却后，小球下面形成一种再分布结晶区，这样就得到了一种pn结。
合金结缺陷：不能精确控制pn结位置。
②生长结办法半导体单晶是由掺有某种杂质（例如P型）半导体熔液中生长出来。
生长结缺陷：不适当大批量生产。
扩散结形成方式与合金结相似点：表面表露在高浓度相反类型杂质源之中与合金结区别点：不发生相变，杂质靠固态扩散进入半导体晶体内部扩散结长处扩散结结深可以精准控制。
平面工艺制作二极管基本流程：衬底制备——氧化——一次光刻（刻扩散窗口）——硼预沉积——硼再沉积——二次光刻（刻引线孔）——蒸铝——三次光刻（反刻铝电极）——P-N结特性测试3、微电子工艺特点高技术含量设备先进、技术先进。
高精度光刻图形最小线条尺寸在亚微米量级，制备介质薄膜厚度也在纳米量级，而精度更在上述尺度之上。
超纯指工艺材料方面，如衬底材料Si、Ge单晶纯度达11个9。
超净环境、操作者、工艺三个方面超净，如 VLSI在100级超净室10级超净台中制作。
大批量、低成本图形转移技术使之得以实现。
高温多数核心工艺是在高温下实现，如：热氧化、扩散、退火。
4、芯片制造四个阶段固态器件制造分为4个大阶段（粗线条）：①材料制备②晶体生长/晶圆准备③晶圆制造、芯片生成④封装晶圆制备：（1）获取多晶（2）晶体生长----制备出单晶，包括可以掺杂（元素掺杂和母金掺杂）（3）硅片制备----制备出空白硅片硅片制备工艺流程（从晶棒到空白硅片）：晶体准备（直径滚磨、晶体定向、导电类型检查和电阻率检查）→切片→研磨→化学机械抛光（CMP）→背解决→双面抛光→边沿倒角→抛光→检查→氧化或外延工艺→打包封装芯片制造基本工艺增层——光刻——掺杂——热解决5、high-k技术High—K技术是在集成电路上使用高介电常数材料技术，重要用于减少金属化物半导体（MOS）晶体管栅极泄漏电流问题。
微电子材料-第三章-20181016
3.3 光刻技术原理
光刻基本原理 利用光刻胶感光后因光化学反应而形成耐蚀性的特点，与化
学腐蚀相结合，将掩模板上的图形刻制到被加工表面上。
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3.3 光刻技术原理
在集成电路制造中，利用光刻胶图形作为保护膜，对选定区域进行刻蚀， 或进行离子注入，形成器件和电路结构。
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3.4 光刻胶
光学曝光过程中，为了将掩模上的图形转移到圆片上，辐 照必须作用在光敏物质上，该光敏物质必须通过光照，改 变材料性质，使在完成光刻工艺后，达到转移图形的目的。 该光敏物质称为光刻胶。 • 传统I线光刻胶（I线紫外波长365nm，0.35μmCD） • 深紫外（DUV）光刻胶（248nm，0.25μmCD） • 深紫外光刻胶的化学放大（193nm，0.18μmCD）
显影后图形与掩膜版相同。凡是在能量束（光束、电子束、离子束等）的 照射下，以降解反应为主的光刻胶称为 正性光刻胶，简称 正胶。正胶在 感光时，曝光对聚合物起断链作用，使长链变短，使聚合物更容易在显影 液中溶解。
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3.4 光刻胶
两种光刻胶的性能
显影液：
正胶：典型的正胶显影液为碱性水溶液，如： 25%的四甲 基氢氧化氨[TMAH--NH4（OH）4] 水溶液。
金属层：在不同晶体管之间 形成复合互连金属层，具体 布局取决于相应处理器所需 要的不同功能性。芯片表面 看起来异常平滑，但事实上 可能含20多层复杂的电路。
晶圆测试：内核级别，图 中是晶圆的局部，正在接 受第一次功能性测试，使 用参考电路图案和每一块 芯片进行对比。
晶圆切片(Slicing)：晶圆 级别，将晶圆切割成块， 每一块就是一个处理器的 内核(Die)
负胶：典型的负胶显影液为二甲苯。
正胶和负胶的工艺温度： 1. 正胶 前烘：90°C，20分；坚膜：130 °C，30分。 2. 负胶 前烘：85 °C，10分；坚膜：140 °C，30分；
微电子工艺原理的具体应用
微电子工艺原理的具体应用引言微电子工艺是研究和制造微电子器件的技术，它在现代电子领域发挥着重要的作用。
本文将探讨微电子工艺原理在实际应用中的具体情况。
半导体材料的应用•半导体材料是微电子器件的基础材料，具有独特的电子性质，被广泛应用于集成电路、太阳能电池、光电器件等。
半导体材料的特性能够进行电子输运和控制，从而实现各种电子功能的实现。
制造工艺的应用•清洗：微电子器件制造的第一步是对基片进行清洗，以去除表面的杂质和污染物，确保高质量的器件制造。
•沉积：沉积过程用于在基片上生成不同的薄膜层，如金属薄膜、多层介电膜，以及掩模材料等。
•石英湿腐蚀：石英湿腐蚀是一种用于蚀刻、清洗和去除微米级结构的工艺，常用于制造微细通道和微电子传感器等。
•光刻：光刻是一种将芯片图案转移到光刻胶上的过程，通过光刻胶的曝光和显影来形成芯片图形。
制造器件的应用•集成电路：集成电路是微电子器件的主要应用领域之一，它是将成千上万个电子元器件封装在一个芯片上，实现电子功能的高度集成。
•传感器：微电子工艺原理被广泛应用于制造各种传感器，如加速度传感器、压力传感器、温度传感器等。
这些传感器具有高灵敏度和稳定性，可用于测量和监测各种物理量。
•太阳能电池：微电子工艺原理在太阳能电池的制造中起着关键作用，通过在半导体材料上制造pn结构，将太阳能转化为电能。
光电子器件的应用•激光器：激光器是一种利用光电子效应产生激光的器件。
它常用于光通信、激光切割和医学领域等。
•光纤通信：光纤通信是一种利用光信号传输数据的通信技术，光电子器件在光纤通信中起着至关重要的作用。
•光电二极管：光电二极管是一种将光信号转化为电信号的器件，广泛应用于光通信和光电探测等领域。
综述微电子工艺原理在现代电子领域的具体应用非常广泛。
半导体材料的应用、制造工艺的应用、制造器件的应用以及光电子器件的应用等都是微电子工艺原理的重要应用方向。
随着科技的不断进步，微电子工艺原理将继续发展并在更多领域发挥关键作用。
微电子工艺原理的应用
微电子工艺原理的应用1. 简介微电子工艺原理是微电子技术中的核心概念，它涵盖了半导体物理、微加工技术、电子器件、集成电路设计等方面的知识。
本文将重点探讨微电子工艺原理在现代科技领域中的广泛应用。
2. 微电子工艺原理在集成电路制造中的应用在集成电路制造过程中，微电子工艺原理具有重要的应用价值。
•光刻工艺：微电子工艺原理在光刻工艺中起到关键作用。
光刻工艺是指利用光法将电子器件的图形传输到硅片上的加工工艺。
通过硅片表面的光敏化材料，以及光刻机等工艺设备，可以实现图形的高精度转移。
光刻工艺的应用使得集成电路制造中器件的精度和制造效率得到了极大的提升。
•沉积工艺：沉积工艺是将不同材料沉积到硅片上以形成电子器件的工艺过程。
微电子工艺原理在沉积工艺中起到重要作用，可以实现对硅片上特定区域的材料控制和涂覆，制造出高质量的导电膜、绝缘膜等电子器件。
•蚀刻工艺：蚀刻工艺是指通过化学气相或湿法将硅片表面非所需的材料去除，形成所需的器件结构的工艺过程。
微电子工艺原理在蚀刻工艺中可以准确控制蚀刻速率和蚀刻剖面，实现对器件结构的精确加工。
3. 微电子工艺原理在传感器制造中的应用微电子工艺原理在传感器制造领域也有重要的应用。
•MEMS传感器：MEMS（微电子机械系统）传感器是一种集成了微电子器件和微机械器件的传感器，具有小型化、高灵敏度和低功耗等优点。
微电子工艺原理在MEMS传感器制造中可以实现对微机械结构的加工和微电子器件的集成，为传感器的性能提高和功能拓展提供了基础。
•光学传感器：光学传感器是利用光学原理实现对环境光、物体颜色、温度等参数变化的检测和测量。
微电子工艺原理在光学传感器制造中可以实现对光学元件的加工和光电器件的集成，提高传感器的灵敏度和准确度。
•压力传感器：微电子工艺原理在压力传感器制造中可以实现对微机械结构的加工和微电子器件的集成，将压力信息转化为电信号输出。
压力传感器广泛应用于汽车、医疗、工业控制等领域，具有重要的应用价值。
微电子工艺概论1-5
微电⼦⼯艺概论1-51.硅作为电⼦材料的优点·原料充分，占地壳25%，沙⼦是硅在⾃然界中存在的主要形式；·硅晶体表⾯易于⽣长稳定的氧化层，这对于保护硅表⾯器件或电路的结构、性质很重要； ·密度只有2.33g/cm3，是锗/砷化镓的43.8%，⽤于航空、航天；·热学特性好，线热膨胀系数⼩，2.5*10-6/℃，热导率⾼，1.50W/cm ·℃，芯⽚散热； ·单晶圆⽚的缺陷少，直径⼤，⼯艺性能好，⽬前16英⼨；·机械性能良好，MEMS 。
2.硅晶体缺陷——点缺陷·本征缺陷（晶体中原⼦由于热运动）空位 A ：晶格硅原⼦位置上出现空缺；⾃填隙原⼦B ：硅原⼦不在晶格位置上，⽽处在晶格位置之间。
·杂质（⾮本征缺陷：硅以外的其它原⼦进⼊硅晶体）替位杂质C 填隙杂质D 注：·肖特基缺陷：空位缺陷； ·弗伦克尔（Frenkel ）缺陷：原⼦热运动脱离晶格位置进⼊晶格之间，形成的空⽳和⾃填隙的组合；·填隙杂质在微电⼦⼯艺中是应尽量避免的，这些杂质破坏了晶格的完整性，引起点阵的变，但对半导体晶体的电学性质影响不⼤； ·替位杂质通常是在微电⼦⼯艺中有意掺⼊的杂质。
例如，硅晶体中掺⼊Ⅲ、Ⅴ族替位杂质，⽬的是调节硅晶体的电导率；掺⼊贵⾦属Au 等，⽬的是在硅晶体中添加载流⼦复合中⼼，缩短载流⼦寿命。
3.硅晶体缺陷——线缺陷·线缺陷最常见的就是位错。
位错附近，原⼦排列偏离了严格的周期性，相对位置发⽣了错乱。
位错可看成由滑移形成，滑移后两部分晶体重新吻合。
在交界处形成位错。
⽤滑移⽮量表征滑移量⼤⼩和⽅向。
·位错主要有刃位错和螺位错刃（形）位错：晶体中插⼊了⼀列原⼦或⼀个原⼦⾯，位错线AB与滑移⽮量垂直；螺（旋）位错：⼀族平⾏晶⾯变成单个晶⾯所组成的螺旋阶梯，位错线AD 与滑移⽮量平kT E v v e N n /0-=νkTE i i i e N n /0-=1 23 BA 缺陷附近共价键被压缩1、拉长2、悬挂3，存在应⼒·刃形位错的两种运动⽅式：滑移和攀移。
微电子器件的材料与工艺选择
微电子器件的材料与工艺选择在当今科技飞速发展的时代，微电子器件已经成为了我们生活中不可或缺的一部分。
从智能手机、电脑到各种智能家电，微电子器件的身影无处不在。
而微电子器件的性能和质量，很大程度上取决于所选用的材料和工艺。
微电子器件所使用的材料种类繁多，每种材料都有其独特的性质和应用场景。
首先要提到的是硅，它是目前微电子领域中应用最为广泛的半导体材料。
硅具有良好的电学性能、稳定性和易于加工等优点。
通过对硅进行掺杂，可以改变其导电性能，从而制造出各种类型的晶体管和集成电路。
除了硅，砷化镓也是一种重要的半导体材料。
相比于硅，砷化镓具有更高的电子迁移率和工作频率，适用于制造高频、高速的微电子器件，如微波器件和光电器件。
在材料的选择上，还需要考虑材料的纯度和晶体结构。
高纯度的材料可以减少杂质对器件性能的影响，而良好的晶体结构有助于提高电子的传输效率。
在工艺方面，光刻技术是微电子制造中的关键工艺之一。
它就像是在微小的世界里进行精细的雕刻。
通过光刻，可以将设计好的电路图案转移到半导体材料上。
光刻的精度直接决定了器件的尺寸和性能。
薄膜沉积工艺也是至关重要的。
常见的薄膜沉积方法包括化学气相沉积和物理气相沉积。
这些方法可以在半导体表面沉积出各种薄膜，如绝缘层、导电层等，从而构建出复杂的电路结构。
蚀刻工艺则用于去除不需要的材料，以形成特定的器件结构。
有干法蚀刻和湿法蚀刻两种方式，它们各有优缺点，需要根据具体的工艺要求进行选择。
另外，封装工艺对于微电子器件的性能和可靠性也有着重要影响。
好的封装可以保护器件免受外界环境的影响，同时提供良好的散热和电气连接。
在选择微电子器件的材料和工艺时，需要综合考虑多个因素。
首先是性能需求。
如果需要制造高性能、高速的器件，可能会倾向于选择砷化镓等特殊材料，并采用更先进的光刻和蚀刻工艺。
而对于一些对成本较为敏感、性能要求不那么高的应用，硅材料和成熟的工艺可能是更合适的选择。
其次是成本因素。
微电子工艺
微电子工艺微电子工艺引论硅片、芯片的概念硅片：制造电子器件的基本半导体材料硅的圆形单晶薄片芯片：由硅片生产的半导体产品*什么是微电子工艺技术？微电子工艺技术主要包括哪些技术？微电子工艺技术：在半导体材料芯片上采用微米级加工工艺制造微小型化电子元器件和微型化电路技术主要包括：超精细加工技术、薄膜生长和控制技术、高密度组装技术、过程检测和过程控制技术等集成电路制造涉及的五个大的制造阶段的内容硅片制备：将硅从沙中提炼并纯化、经过特殊工艺产生适当直径的硅锭、将硅锭切割成用于制造芯片的薄硅片芯片制造：硅片经过各种清洗、成膜、光刻、刻蚀和掺杂步骤，一整套集成电路永久刻蚀在硅片上芯片测试/拣选：对单个芯片进行探测和电学测试，挑选出可接受和不可接受的芯片、为有缺陷的芯片做标记、通过测试的芯片将继续进行以后的步骤装配与封装：对硅片背面进行研磨以减少衬底的厚度、将一片厚的塑料膜贴在硅片背面、在正面沿着划片线用带金刚石尖的锯刃将硅片上的芯片分开、在装配厂，好的芯片被压焊或抽空形成装配包、将芯片密封在塑料或陶瓷壳内终测：为确保芯片的功能，对每一个被封装的集成电路进行电学和环境特性参数的测试IC工艺前工序、IC工艺后工序、以及IC工艺辅助工序IC工艺前工序：（1）薄膜制备技术：主要包括外延、氧化、化学气相淀积、物理气相淀积(如溅射、蒸发) 等（2）掺杂技术：主要包括扩散和离子注入等技术（3）图形转换技术：主要包括光刻、刻蚀等技术IC工艺后工序：划片、封装、测试、老化、筛选IC工艺辅助工序：超净厂房技术超纯水、高纯气体制备技术光刻掩膜版制备技术材料准备技术微芯片技术发展的主要趋势提高芯片性能（速度、功耗）、提高芯片可靠性（低失效）、降低芯片成本（减小特征尺寸，增加硅片面积，制造规模）什么是关键尺寸（CD）？芯片上的物理尺寸特征称为特征尺寸，特别是硅片上的最小特征尺寸，也称为关键尺寸或CD半导体材料本征半导体和非本征半导体的区别是什么？本征半导体：不含任何杂质的纯净半导体，其纯度在99.999999%（8~10个9）为何硅被选为最主要的半导体材料？a) 硅的丰裕度——制造成本低b) 熔点高(1412 OC)——更宽的工艺限度和工作温度范围c) SiO2的天然生成GaAs相对Si的优点和缺点是什么？优点：a) 比硅更高的电子迁移率，高频微波信号响应好——无线和高速数字通信b) 抗辐射能力强——军事和空间应用c) 电阻率大——器件隔离容易实现主要缺点：a) 没有稳定的起钝化保护作用的自然氧化层b) 晶体缺陷比硅高几个数量级c) 成本高圆片的制备两种基本的单晶硅生长方法。
微电子工程中的新材料与工艺技术
微电子工程中的新材料与工艺技术微电子工程是现代科技领域的重要组成部分，它涉及到电子器件的设计、制造和应用。
随着科技的不断进步，人们对微电子工程的要求也越来越高。
新材料和工艺技术的应用在微电子工程中起着至关重要的作用。
本文将从新材料和工艺技术两个方面来探讨微电子工程的发展。
一、新材料在微电子工程中的应用新材料的应用是推动微电子工程发展的重要因素之一。
在过去，硅材料一直是微电子器件的主要材料，但随着技术的发展，人们发现硅材料的性能已经达到了瓶颈。
因此，寻找新的材料成为了迫切的需求。
1.1 碳纳米管碳纳米管是一种由碳原子构成的纳米材料，具有优异的导电性和机械性能。
由于其独特的结构和性质，碳纳米管被广泛应用于微电子器件中，如场效应晶体管和存储器件。
碳纳米管的引入使得微电子器件的性能得到了大幅度的提升。
1.2 二维材料二维材料是指具有纳米尺度厚度的材料，如石墨烯和二硫化钼等。
这些材料具有优异的电学、光学和力学性能，被广泛应用于微电子器件的制备中。
石墨烯作为一种二维材料，被认为是未来电子器件的理想材料之一，其高导电性和高透明性使得其在柔性显示器件和太阳能电池等领域具有广阔的应用前景。
二、工艺技术在微电子工程中的应用工艺技术是微电子工程中至关重要的一环，它直接影响着器件的性能和可靠性。
随着技术的不断进步，微电子工程中的工艺技术也在不断演进。
2.1 纳米制造技术纳米制造技术是一种用于制备纳米尺度结构的技术，如电子束曝光和原子层沉积等。
这些技术可以精确地控制微电子器件的尺寸和形状，从而提高器件的性能和可靠性。
纳米制造技术的发展使得微电子器件的制备更加精细化和高效化。
2.2 三维集成技术三维集成技术是一种将多个芯片堆叠在一起的技术，以提高芯片的集成度和性能。
通过将多个芯片堆叠在一起，可以减小芯片之间的电阻和电容，提高信号传输的速度和可靠性。
三维集成技术的应用使得微电子器件的功能更加强大，同时减小了器件的尺寸。
结语新材料和工艺技术的应用对微电子工程的发展起着至关重要的作用。
微电子工艺重点总结。半导体 制造工艺
1 集成电路的分类：小规模集成，中规模，大规模，超大规模，巨大规模，系统及芯片。
集成电路指标：集成度，特征尺寸。
2 集成度：单个芯片上集成的元器件数目；特征尺寸：45nm,22nm,15nm。
3 晶胞的分类：素晶胞，面心晶胞，体心晶胞，底心晶胞。
4 硅片的制备：单晶生长---单晶硅锭---单晶去头和径向研磨---定位边研磨--- 硅片研磨----倒角---粘片---硅片刻蚀---抛光。
5 晶体缺陷：点缺陷，线缺陷，面缺陷，体缺陷。
线缺陷又称为位错，分为刃型位错和镙位错。
6 硅的氧化分为干氧氧化Si(固体)+O2(气体)-----SiO2(固体)湿氧氧化Si(固体)+2H2O(气体)-----SiO2(固体)+2H2（气体）7 判定氧化层厚度的方法，颜色对比是主观化的因此不是最精确的判定氧化层厚度的方法。
更精确的方法是表面光度法和椭圆偏光法。
8 光刻定义：光刻就是在超净环境中将掩膜上的几何图形转移到涂在半导体晶片表面的敏光薄层材料上的工艺。
工艺流程：气相成底膜---旋转涂胶---软烘----对准和曝光----曝光后的烘焙---显影---坚膜烘焙----显影检查。
9 曝光设备的性能取决于三个参数：分辨率，对准精度，生产效率。
分辨率是指能精确转移到半导体表面光刻胶上的最小特征尺寸值。
对准精度是指各个掩膜与先前刻在硅片上的图行互相套准的程度。
生产效率是指某次光刻中掩膜在1小时内能曝光的硅片数量。
10 两种基本的曝光方法：遮蔽式与投影式曝光。
11 光刻胶分为正胶和负胶。
正胶有三种成分组成：感光剂，树脂基片和有机溶剂。
负胶是一种有感光剂的聚合物。
正光刻胶;由不可溶变为可溶，加工精度高。
负光刻胶粘附性好。
12 刻蚀分为：干法刻蚀和湿法化学刻蚀。
湿法化学刻蚀的方法有浸泡法和喷射法。
13 刻蚀偏差是指刻蚀后线宽与关键尺寸的变化；选择比是指在同一刻蚀条件下一种材料与另一种材料刻蚀速率的比；均匀性是指衡显刻蚀工艺在一个硅片或在一批之间的参数。
微电子工艺概述
一、微电子技术发展历史
一、微电子技术发展历史
1982 沟槽隔离， Rung，隔离 CMOS（取代其它的绝缘技 术） 1989 化学机械抛光， Davari，各层介电层全面平坦化 （的关键） 1993 铜布线，铝在大电流下有严重的电迁移现象 1999年的 0.18微米工艺、2001年的0.13微米、2003年 的90纳米（0.09微米），2005年的65纳米（0.065微米） 1960´s的25mm(1 英寸）， 1970´s的51mm(2英寸）， 1980´s的100mm(4英寸）， 1990´s的200 mm(8英寸），2000的 300mm(12英寸），现在400mm (16英寸)
微电子技术的 三个发展方向
微电子技术的三个发展方向
21世纪硅微电子技术的三个主要发展方向
特征尺寸继续等比例缩小 集成电路(IC)将发展成为系统芯片(SOC) 微电子技术与其它领域相结合将产生新的产业 和新的学科，例如MEMS、DNA芯片等
微电子器件的特征尺寸继续缩小 第一个关键技术层次：微细加工
工艺流程--前工序
⑺硼再分布（再分布/二次氧化/金扩散。再分布：控制 结深与表面浓度；金扩散:减少集电区少子寿命，缩 短开关管底存储时间，提高开关速度。）→ ⑻刻发射区/二次光刻（刻出发射区窗口）→ ⑼磷预淀积（形成发射区：β =30-40，BVceo>8V, BVcbo≈7V。）→ ⑽磷再分布（再分布/三次氧化；再分布：达到设计要 求，如β =50-60；三次氧化：光刻引线孔的掩蔽膜， 200-300nm。）→
PN结隔离双极型集成电路制造 工艺
工艺流程
⑴衬底制备（ρ =8-13Ω · cm，P型,（111）晶面，300 400μ m）→ ⑵埋层氧化（埋层扩散的掩蔽膜，1-1.5μ m；埋层作用 降低集电极串联电阻）→ ⑶埋层光刻（刻埋层扩散区窗口）→ ⑷埋层扩散（N+,R□≤20Ω /□）→ ⑸外延（N型Si，ρ =0.3-0.5Ω · cm，8-10μ m）→ ⑹隔离氧化（隔离扩散的掩蔽膜，0.6-1μ m）→
微电子领域中的新材料与新工艺研究
微电子领域中的新材料与新工艺研究近年来，随着信息技术的飞速发展，微电子领域成为了科技行业的重要组成部分。
微电子技术对于人类社会的发展起到了重要的推动作用，为现代化的生产和生活提供了必要的技术基础。
然而，在不断进步的微电子技术中，新型材料和新工艺的研究与应用则是一个不断增长的挑战。
在本文中，我们将就微电子领域中的新材料与新工艺研究作一细致探讨。
一、介绍首先我们需要明确：什么是微电子技术？简单来说，微电子技术是指对微小相对物理尺寸范围内的电子器件、电路以及集成系统进行制造、设计、调试和管理等的一系列技术过程。
微电子技术实质上也是一种集成电路设计与制造的技术，其中所用到的材料和工艺组合成了微电子领域内的重要研究方向。
二、新型材料新型材料是微电子领域中的一个重要研究方向。
研究新型材料的主要目的是为了提高器件的性能、强化制备与装配工艺、降低制造成本。
新型材料的种类多样，以下将对其中的几种进行介绍。
1、石墨烯石墨烯是一种由碳原子组成的二维晶体材料，已被认定为一种绝佳的新型纳米材料。
因为它具有卓越的电子输运特性、超高的表面比以及高的强度与韧性等特点，因此得到了人们的广泛关注。
石墨烯可应用于晶体管、太阳能电池、纳米传感器等领域，对于提高微电子技术的性能和制造工艺产生了积极的促进作用。
2、氟化锂氟化锂是一种透明导电材料，可以替代传统导电氧化物材料，如锡氧化物、铟锡氧化物等。
氟化锂是一种重要的无机材料，其特点在于：导电性好、透明度高、反应性强、制造工艺简单、稳定性高、环境友好等等。
氟化锂用于制造触摸屏、平板电视和显示器等多领域，已被认为是一种十分重要的代替材料。
三、新工艺新工艺是指对传统工艺进行改进或直接开展新型工艺的研究。
在微电子领域中，新工艺的研究主要涉及尺寸控制、工艺流程改进与生产效率提升。
下面将就其中的几种进行介绍。
1、退火处理技术退火处理技术是指对半导体材料在高温下进行降温处理的技术。
这项技术被广泛应用于芯片的生产上，因为通过退火处理，可以优化晶体结构和表面粗糙度、消除杂质和缺陷等问题。
微电子器件材料和工艺的专利分析
微电子器件材料和工艺的专利分析摘要：随着时代的发展，微电子器件不仅在封装产业发展中具有较为突出的优势和地位,并且在实际中的应用也比较广泛和普遍,进行微电子器件塑封损伤机理的解析,对于提高微电子器件塑封性能质量,促进塑封微电子器件的生产发展等都具有积极的作用和意义。
关键词：微电子器件材料；工艺；专利分析引言微电子器件的技术创新对经济、科技和国防等领域意义重大。
微电子器件（MicroelectronicDevices）是微电子技术的重要组成部分，是利用微电子工艺技术实现的微型化电子系统芯片和器件，可使电路和器件的性能、可靠性大幅提高而体积和成本大幅度降低。
电子产品的微型化发展需要特殊材料的支持也离不开高端工艺的制约，高度集成、高速度、高性能早已是微电子器件的发展方向。
目前全球在微电子器件材料和工艺方面已有较多突破，如硅材料、半导体材料、石墨烯等材料被应用在微电子器件的研发和使用中，微电子器件的工艺尺寸也已经进入纳米量级，实现了微电子器件在高度集成下的性能提高和成本降低。
1概况为使微电子器件免受温度、湿度等环境变化的影响，或防止因机械震动、冲击所造成的损坏，必须将制得的器件封装起来。
封装形式一般有采用金属、陶瓷、玻璃的气密性封装和采用塑料的非气密性封装。
一般来说，前者的可靠性优于后者，但采用后者可大大降低生产成本和器件重量，缩小器件体积，提高生产率。
而且，随着封装塑料、封装工艺和设备的不断改进，以及器件表面钝化工艺和材料的不断进步，塑封器件的可靠性目前已比七十年代初期至少提高了一个数量级。
2微电子器件材料和工艺的专利分析2.1场效应晶体管场效应晶体管（FET）简称场效应管，是一种利用电场效应控制输出电流大小的半导体器件。
半导体材料性能目前是场效应晶体管技术研发的主攻方向。
以硅（Si）和锗（Ge）为代表的第一代元素半导体材料，原材料丰富、成本低廉，已被广泛应用在光电器件和集成电路；以砷化镓（GsAs）为代表的第二代化合物半导体材料主要应用在高速、微波以及光电器件领域；第三代半导体材料包括碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)等，常用在雷达和无线通信领域；而工艺方面与现有硅器件加工工艺类似，包括：材料制备（如胶带剥离方法、气相沉积法、原子层沉积法和脉冲激光沉积法等）、光刻、沉积金属、剥离和退火等工艺。
微电子器件集成工艺及制备技术研究
微电子器件集成工艺及制备技术研究微电子器件是指集成电路等电子器件中长度达到微米级别的元器件，是现代电子科技中的重要组成部分。
微电子器件集成工艺和制备技术是微电子技术的核心，它的发展对电子信息产业的发展和社会的经济发展具有重要的意义。
微电子器件的制备和集成是一个不断完善的过程，需要综合运用各种化学、物理、工艺等技术手段。
与传统化工过程不同的是，微电子器件制备过程往往需要高度纯净的环境和极小的误差，以保证制造出的器件具有良好的性能和可靠性。
因此，微电子器件集成工艺和制备技术的研究是一个既复杂又具有挑战性的领域。
首先，微电子器件制备需要高纯度的材料。
材料的高纯度和合适的物理特性是实现微电子器件高质量和高效率的关键。
材料的纯度和晶体质量直接影响到器件的特性和性能。
目前，常用的材料有硅、氮化硅、氮化铝、磷化镓等。
这些材料的制备需要高度纯净的化学和物理工艺，例如气相沉积、热蒸发、离子注入、物理气相沉积等。
其次，微电子器件制备需要微细加工技术。
微细加工技术是微电子器件制备中最为重要的环节，它涉及到微米级别的细节和误差。
微电子器件的制备往往需要在纳米级别下进行处理，以达到所需的精度和稳定性。
微细加工技术包括光刻、蚀刻、金属薄膜氧化、电镀、电子束曝光等，这些技术的追求不仅仅是在微米级别下的加工，还需具备完善的仪器设备和操作技巧。
微电子器件集成工艺和制备技术的研究不仅仅是在材料、加工的技术层面上，还需要对器件的设计和测试进行深入研究。
器件的设计需要考虑到微小尺度下的影响，以确保器件具有良好的性能和可靠性。
同时，器件测试技术的发展也是微电子器件集成工艺和制备技术研究的一个重要方向。
测试技术的发展可以提高器件的质量和效率，对于推动微电子技术的发展具有重要的意义。
近年来，随着人工智能、大数据等新技术的不断发展，微电子器件的需求量也在不断增加。
在这个背景下，微电子器件集成工艺和制备技术的研究具有重要的意义。
当下对于微电子器件集成工艺和制备技术的研究，包括了多方面的探索和尝试，例如采用新型材料、新型制备工艺以及集成的测试手段等。
微纳电子材料与工艺1
⒈ MOSFET的临界电压（threshold voltage）主要由栅极与通道材料的 功函数（work function）之间的差异来决定，而因为多晶硅本质上是 半导体，所以可以藉由掺杂不同极性的杂质来改变其功函数。更重要 的是，因为多晶硅和底下作为通道的硅之间能隙（bandgap）相同， 因此在降低PMOS或是NMOS的临界电压时可以藉由直接调整多晶硅 的功函数来达成需求。反过来说，金属材料的功函数并不像半导体那 么易于改变，如此一来要降低MOSFET的临界电压就变得比较困难。 而且如果想要同时降低PMOS和NMOS的临界电压，将需要两种不同 的金属分别做其栅极材料，对于制程又是一个很大的变量。
微电子涉及哪些器件？ 这些器件涉及哪些材料？ 微电子的现状是怎么样？有哪些极限？ 微电子的未来是怎么样的？
1962
1972
Holonyak GaAsP 1960
1980s
1990s
Craford GaP 1970
Brighter AlGaAsP
Even Brighter AlGaInP 2000
传统上，CMOS逻辑门的切换速度与其元件的栅极电容有 关。但是当栅极电容随著MOSFET尺寸变小而减少，同样 大小的芯片上可容纳更多晶体管时，连接这些晶体管的金 属导线间产生的寄生电容效应就开始主宰逻辑门的切换速 度。如何减少这些寄生电容，成了芯片效率能否向上突破 的关键之一
栅极氧化层随著MOSFET尺寸变小而越来越薄，目前主流 的半导体制程中，甚至已经做出厚度仅有1.2纳米的栅极 氧化层，大约等于5个原子叠在一起的厚度而已。在这种 尺度下，所有的物理现象都在量子力学所规范的世界内， 例如电子的穿隧效应（tunneling effect）。因为穿隧效应， 有些电子有机会越过氧化层所形成的位能障壁（potential barrier）而产生漏电流，能源损失的原因之一。
微纳电子材料与工艺PPT课件
是它能够成为低价格太阳能电池的最主要因素。
2、非晶硅的禁带宽度比单晶硅大，随制备条件的不同约在 1.5-2.0eV的范围内变化，这
样制成的非晶硅太阳能电池的开路电压高。
3、制备非晶硅的工艺和设备简单，淀积温度低，时间短，
适于大批生产。
4、由于非晶硅没有晶体所要求的周期性原子排列，可以不考虑制备晶体所必须考虑的材
高的缺陷态密度，它们
提供了电子和空穴复合
的场所，所以，一般说，
非晶硅是不适于做电子
器件的。
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Anderson晶格
势井的深度和分布
区域不规则
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非晶硅的能带
非晶体
晶体
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非晶硅的迁移率边缘
• 当电子态密度增加到一定数量的
时候，局域态会质变成扩展态，
电子便能自由的在非晶硅里迁移，
holes qi = e)
ni = concentration of the charge carrier
i = drift mobility of the charge carrier of species i
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(a) Grain boundaries cause scattering of the eБайду номын сангаасectron and therefore add to the
such as Cu-Ni.
(a) Typical cooling curves
(b) The phase diagram marking
the regions of existence for the
微电子材料与工艺
O-O: 2.27Å Si-Si: 3.12Å
When the atomic structure of silica exhibits long-range order, Three dimensional representation it is crystalline form. The type of two neighboring SiO4 cells, of silica encountered in Si ICs bridged by an oxygen atom. is in its vitreous form.
课程：《 课程： 《微电子材料与工艺 微电子材料与工艺》 》 授课教师：丁士进
Lgate/tox ~ 45 for process technology at Intel for over 25
years.
Q. Why to scale the gate length?
优点：
（1）增加MOSFET的漏端电流Id，提高速度； （2）减小栅极面积，从而降低了充电电容，因此改 善了电路的工作速度； （3）在芯片上可加工的器件密度增加，即单位面积 内器件的数目增多。 缺点：由于短沟道效应，增加了亚阈值漏电流。
Gate oxide equivalent thickness for deep-submicro CMOS Year: 2006 2009 2012
Gate length:
EOT:
100nm
1.5~2nm
70nm
< 1.5nm
50nm
< 1nm
If SiO2 cannot be scaled further to meet future demands, another material with higher reliability will be needed.
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ALD反应所形成的单原子层的结构和密度强烈依赖于材料表面重 构特性。 （1）完整的单原子层生长：对于III-V族材料，已经观察到饱和 密度与体材料晶面原子密度相当。 （2）亚单原子层生长（小于一个“完整的单原子层”）：绝大 多数情况会发生，受表面重构的影响。采用大反应分子可能会减 小单原子层的饱和密度，这是由于位阻效应的存在。
Chapter 2 High-K Dielectrics
(part 1)
Dielectric constant; Permittivity; Static dielectric constant; Dynamic dielectric constant; Optical frequency dielectric constant; Relative dielectric constant; Absolute dielectric constant;
课程：《微电子材料与工艺》
授课教师：丁士进
Atomic layer deposition system
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基本原理
第1种反应物的吸附
多余反应物清除
第2种反应物的通入和反应
反应生成的薄膜和多余反 课应程物：及《副微产电物子清材洗料与工艺》
授课教师：丁士进
不同衬底表面对ALD过程的影响
气相反应分子Bn通过前反应态Bn’和表面 反应活化能 EB’（如表面重构的破坏来 创造一个成键位置），在固相表面A的
吸附。该模型适用于表面交换反应，即
反应物分子的化学吸附伴随着副产物的 能量变化图 生产，且副产物会从表面脱附。
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所有ALD的本质特征是表面反应达到饱和，使得生长停止。因此 薄膜厚度直接正比于表面反应已完成的次数（反应循环数）。
A(s)＋Bn(g)＝A(s)＋n B’ (s) 接着就发生表面反应
A(s)+B’(s)=AB(s)
这个反应又建立了一个新的B(s)表面以备下个生长周期。
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对于选择性解吸附（或脱附），原子A和B(s)表面间的键合能要 比原子A和A(s)间的高。为了利用这个条件，工艺温度和周期时 间应当设置成这样的值，既让原子A从A(s)表面有效脱附，而从 B(s)的脱附几乎不可能。
CdTe单晶
生长在Al2O3非晶表面 上的CdS薄膜（多晶）
对于真正的表面，原子A在B(s)表面的键能是BA(s)表面填充密度 或表面重构的函数。饱和密度是温度的函数，由于在不同的温度
下表面重构不同。表面反应饱和不一定导致完全的单层覆盖。
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2. 用化合物源的交换反应
1) As a gate dielectric material to replace SiO2 in advanced MOSFET structures:
2) As a dielectric material in the capacitor structures of dynamic RAMS (DRAMS);
一种化学气相薄膜淀积方法，其明显特征是通过依次饱和 表面反应来生长薄膜，即将两种或多种前体脉冲交替通入 反应腔中，每次通入后进行吹洗。
最早提出，俄 罗斯科学院的 Valentin Borisovich Aleskovskii
Dr Tuomo Suntola invented ALE in 1974.
5) As tunneling layer, blocking layer and trapping layer in MOSFET for flash memory
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Important High-k Dielectric Materials
Dielectric constant Bandgap (eV) Crystal Structure
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高介电常数的定义： High-k dielectrics are defined as those with a dielectric constant greater than that of silicon nitride (k=7).
高K介质在IC中的主要应用：
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原子层化学气相淀积
• ALE: Atomic layer Epitaxy
• ALD: Atomic Layer Deposition
• ALCVD: Atomic Layer Chemical Vapor Deposition
• MLE: Molecular Layer Deposition
第2种反应气源通入时它只能与其接触到的表面单原子层反应， 生成所需的原子层和气体副产物，反应完毕，薄膜生长停止。 惰性气体又带走未反应完的第2种反应物和反应副产物。
每个周期生长的薄膜都是固定不变的，至多一个单原子层薄膜。
ALD技术的优点：
• 薄膜组成和厚度的原子级控制; • 优异的保形性; • 良好的界面控制性能; • 极好的大面积均匀性和重复性.
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Key deposition techniques for high-k dielectrics
• Atomic layer deposition • Chemical vapor deposition (MOCVD) • Pulsed laser deposition • Physical vapor deposition (reactive sputtering)
低温区
低温区：
L1 － 超过了饱和 原子密度；
L2 －没有达到饱 和原子密度;
可能的原因：
L1：发生了反应源凝结。
L2：在至少一个反应次序中反应的激活能没有达到。
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正常温度 (工艺窗口)
N1-饱和密度，对应于 每个反应循环形成了 一个完整的单原子层。
N2-饱和密度, 对应于 每个反应循环形成部 分单原子层。
ALD Al2O3薄膜
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ALCVD ZrO2厚度4.8nm, 上下 界面层厚度1.1nm (Yudong
Kim, 2001 IEDM)
SEM image of AFM tip coated by 30nm SnO2.
表明了良好的保型性和超薄的 厚度控制能力。
N3-饱和原子密度随温 度增加而减小。
可能的原因： N2：表面重构，反应源中含有大配位体，其位阻效应使得 有利的成键位置不足。
N3：表面某些位置存在分散式的键能，这是无序表面（如： 多晶和非晶表面）的特征。
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授课教师：丁士进
H1: 超过了饱和 密度。
H2: 没有达到饱 和密度。
对于加成反应，每个生长单原子层周期的化学反应描述如下： B(s)＋A(g)＝BA(s) 。当B(s)表面完全转变成BA(s)表面时，反 应停止。意味着A(s)单原子层已经生长在原来固体的表面上。
A(固)单原子层形成的必要条件：A(g)剂量足够大；不能在A(s)
表面上凝聚。这可以通过选择足够高的反应温度来实现，而且 还要求A(s)表面足够稳定(B-A bonds)直到与B(g)反应。可以用 Bn(g)离解成前反应态B’(s)来描述
AXn-k(s)+BYn(g)=A-BYk(s)+(n-k)*X-Y(g) 其中k值大小从0-n。X和Y为配体元素，不参与成膜。
如果表面发生配位体的热脱附作用，反应途径就复杂了。表 面物种的任何分解都导致反应途径依赖于工艺动力学。
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ALD工艺窗口 在ALD工艺中控制饱和机理的最重要参数是工艺温度。温度对 生长的总体影响可以由下图所示的ALD工艺的温度窗口描述。
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授课教师：丁士进
与原子层淀积过程相关的机理
单原子的 元素反应
表面吸附的能量变化模型
气相原子A在固体表面B上的吸附，表面 反应直接发生，不需要前反应态和激活 能；【激活能：由于表面结构的改变需 要产生一个成键位置；由于反应物分子 Bn状态的改变，如分解或结构修饰】这
种反应必须假定表面上没有表面重构，表 面上有直接成键的位置.
高温区
可能的原因： H1：反应源的分解导致非挥发的产物沉积。 H2：大量脱附阻止了单层的形成，表面配位体的离解。
3) As a dielectric material in the capacitor structures of RF and Analog/Mixed-signal devices;
4) As a dielectric in the capacitor structure of non-volatile ferroelectric random access memories (FeRAMs).
只对第一次脉冲过程有影响
ALD源在衬底表面化
ALD源与活性衬底
学吸附致饱和
表面反应致饱和
表面无活性基团 课程：《微电子材料与工艺》
表面有活性基团 授课教师：丁士进
采用不同反应源，ALD化合物AB薄膜
(a) 单质反应源；
（b）化合物反应源
Basic sequences for compound AB. (a) elemental reactants, A and
4. 清除多余的H2S气体及副产物HCl, 留下ZnS薄膜
1st 半反应 (half-reaction)
ClZn*Cl (s)＋2H2S (g) HSZn*SH (s)+2HCl (g)