表面微细加工-9解析PPT教学课件

为25nm。
用AFM机械刻蚀原理刻
写的亚微米尺寸的唐诗
0 2 4 6 8 10mm
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STM 技术在Si(111)面上形
成的“中国”字样。
最邻近硅原子间的距离为 0.4nm。
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光刻的精度很高，可达微米数量级。
为得到蚀刻线条清晰、边缘陡直、分辨率小于 1μm的超微细图形，近年来发展出：
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纳米量级结构的制作是纳 米技术的关键技术之一。 我国SPM系统在Au-Pd合金膜 表面上机械刻画出的最小线宽 为25nm。
用AFM机械刻蚀原理刻 写的亚微米尺寸的唐诗
0 2 4 6 8 10mm
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STM 技术在Si(111)面上形 成的“中国”字样。 最邻近硅原子间的距离为 0.4nm。
③变形加工，指材料形状发生变化的加工，如塑 性变形、流体变形等。
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集成电路的制作步骤
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MOS晶体管的制作步骤
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许多的微细加工是通过前两种方式的组合来完成， 如先沉积导电薄膜，然后利用光刻技术选择性腐 蚀，将其制成导电图形。
以集成电路的制造为核心的微电子工业的发 展在很大程度上取决于微细加工技术的发展。当 加工精度以微米、纳米、甚至以原子单位(约 0.1～0.2nm)为目标时，常规的加工方法已经无 能为力，需要借助特种加工的方法，如离子溅射 和离子注入、电子束曝射、激光束加工、金属蒸 镀和分子束外延等，极细微地控制表面层物质去 除或添加的量，达到微细加工的目的。
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电子束微细加工
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离子束刻蚀 离子束刻蚀是用具有一定能量的离子束轰击 带有掩模图形的固体表面，使不受掩蔽的固体表面被 刻蚀，从而将掩模图形转移到固体表面的一种微细加 工技术。 离子束刻蚀有两种： ①利用惰性气体离子(如氩离子)在固体表面产生的物 理溅射作用来进行刻蚀，简称离子刻蚀。 其特点是刻蚀方向性好，精度高，适合于任何材料， 包括化学活性很差的材料。 但是这种刻蚀方法的选择性差，而且还存在刻蚀产物 再沉积等缺点。
表面超微图形加工技术
光刻 技术
光致抗蚀剂 光刻SiO2膜
衬底硅
涂光致抗蚀剂
紫外光(193nm) 掩模版
衬底硅
曝光
衬底硅
显影
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SiO2
衬底硅
去胶
衬底硅
腐蚀 22
光刻技术——IC产业的关键技术
当前的光刻技术，采用193nm曝光波长，可实现大于 100nm线宽的图形。
下一代光刻技术，*157nm曝光，小于50nm线宽图形。 再下一代光刻技术，**126nm曝光。
远紫外曝光、x射线曝光、电子束扫描曝光以及等 离子体干法蚀刻等新技术。
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二、电子束与离子束微细加工
电子束与离子束微细加工是通过具有一定能量 的电子束、离子束与固体表面相互作用来改变固 体表面物理、化学性质和几何结构的精密加工技 术。加工精度可达微米、亚微米直至纳米级。
电子束、离子束微细加工是20世纪60年代以来为 满足微电子器件，特别是大规模、超大规模集成 电路的研制而发展起来的，现在正得到越来越广 泛的应用。
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常用微细加工技术
1.光刻工艺 2.掩模板制作工艺 3.电子束与离子束微细加工 4.激光微细加工
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光刻的基本原理： 利用光致抗蚀剂(或称光刻胶)感光后因光化学反 应而形成耐蚀性的特点，将掩模版上的图形刻制 到被加工表面上。
掩膜(mask)的概念: 它是一块印有所需要加工图形的透光玻璃片。当 光线照在掩模版上时，图形区与非图形区对光线 的吸收与透过能力不同。
* 德国的Carl Zeiss公司 美国的劳伦斯·利弗莫尔国家实验室、SVGL公司 日本的尼康公司 荷兰的ASML公司
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德国的Carl Zeiss公司
美国的劳伦斯·利弗莫尔国家实验室
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纳米量级结构的制作是纳
米技术的关键技术之一。
我国SPM系统在Au-Pd合金膜
表面上机械刻画出的最小线宽
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三种类型的微细加工：
①分离型或者去除型加工，即以分解、蒸发、溅 射、刻蚀、切削、破碎等方法将材料中所希望去 掉的部分分离出来的加工方法；
②生长型加工方法，即以一种材料作为基材，在 其上添加另一种材料，形成所需的形状或者图形 的加工方法。按此定义，在前面章节所介绍的物 理气相沉积、化学气相沉积、离子注入、电镀、 化学镀都属于微细加工技术；
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当前，不断发展的微细加工技术正在向纳米制造 技术延伸。
纳米制造技术含盖了近年来由微电子与微机械 集成的微机电系统、由微电子与生物工程结合而 发展起来的生物芯片技术等，是被公认为将影响 21世纪科技发展的三大技术领域之一。
人们预期，这些技术将使人类在认识自然和改 造自然方面的能力实现又一次飞跃，对信息、材 料、生物医疗、航空航天等领域产生重大影响。
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硅基底的氧化
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半导体的制作过程
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半导体芯片中的双层金属布线连接
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半导体芯片中的金属布线连接
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半导体芯片中的金属布线连接
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半导体芯片中的NPN结双极晶体管
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第九章 表面微细加工技术
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机器人技术的应用
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如1Gb的UKSI芯片，条宽只有约0.1μm， 即100nm，单个芯片集成了10亿只晶体管。 目前可以认为晶体管的极限是0.05μm。为了超越这个极
限，必然要进入纳米尺度下的各种研究领域，微细加工
技术也要走进纳米加工工艺。
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表面微细加工技术在微机电系统的应用。
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第九章 表面微细加工技术
表面微细加工技术指那些能够制造微小尺寸元器 件或薄膜图形的方法。
微细加工的
加工尺寸一般在亚毫米(常指低于100μm)至纳 米级范围内，
加工的单元则从微米级、纳米级到原子级(Å 级)。
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主要步骤是： ①涂布光致抗蚀剂； ②套准掩模版并曝光： ③用显影液溶解未感光的光致抗蚀剂层； ④用腐蚀液溶解掉无光致抗蚀剂保护的二氧化硅层； ⑤去除已感光的光致抗蚀剂层。 通过这些步骤，就将掩模版上的图形转化成为SiO2 在衬底上的图形。
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