微电子芯片技术
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微电子芯片技术
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2020/11/14
ຫໍສະໝຸດ Baidu
微电子芯片技术
•复习
1，小尺寸器件会带来哪些问题，如何解决？
➢ 器件尺寸缩小，导致短沟道效应 。 〉〉多晶硅栅极由单掺杂发展为双掺杂 。
➢ 带来pMOS中B的渗透问题 。 〉〉SiNxOy能有效克服。较大介电常数，低漏电密度和高抗老化击穿。
➢ 器件尺寸进一步缩小，导致栅绝缘介质隧穿电流的出现。 〉〉高K栅介质材料以增加栅介质厚度。
•§2.4 存储电容材料
SiO2是传统的电容介质材料（dielectric） DRAM(Dynamic Random-Access Memory)动态随 机存储器电容绝缘介质层材料；
高介电常数的氧化物铁电材料 NVFRAM(Non-Volatile Random Access Memory)非挥发性的铁电随机存储器是 指断电后仍能保持数据的一种RAM。
•复习
•4，高，低介电常数介质材料的定义与功用。
•1）介电常数k比Si3N4(k>7)大的材料称为高介电常数材料。 •随着特性尺寸的减少，需要用合适的高介电常数材料传统的电容介质 材料二氧化硅以减少介质层厚度增加电容。大k值介电材料可以用于制 造非易失铁电随机存取存储器(FeRAM),如钛锆铅(PZT)或钽锶铋(SBT)。
•2007年●法国科学家阿尔贝·费尔●德国科学家彼得·格林贝格尔。发 现“巨磁电阻”效应
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•§2. 微电子芯片技术发展对材料的需 求
§2.1 概述 §2.2 衬底材料 §2.3 栅结构材料 §2.4 存储电容材料 §2.5 局域互连材料 §2.6 金属互连材料 §2.7 钝化材料
•§2.4 存储电容材料/半导体存储器
•U盘是USB盘的简称，采用Flash芯片存储的，Flash芯片属于电擦
写电门。在通电以后改变状态，不通电就固定状态。所以断电以后
资料能够保存。 1999年朗科研发出全球第一款USB闪存盘，成功启
动了全球闪存盘行业。
•与传统的电磁存储技术相比有许多优点:
存储信息的过程中没有机械运动,这使
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•复习 •3 微电子芯片最重要的CMOS结构中，各功能部分所用材料 。
•1）衬底材料：单晶硅片；衬底材料是制备微电子元件的基础。2）栅极结
构：由多晶硅或其它难熔硅化物来制备。3）npn晶体管：由源极，漏极和栅
极组成。是集成电路中最重要的器件，可以实现基本的逻辑功能；4）浅槽隔
•2） k值比SiO2（k<3.9）小的材料称为低介电常数材料。 •使用低介电常数材料替代传统的绝缘材料二氧化硅，使得连线之间难 于传递电压；
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•诺贝尔物理奖
•2012年●法国物理学家塞尔日·阿罗什●美国物理学家戴维·瓦恩兰，以 表彰他们在量子物理学方面的卓越研究。瓦恩兰困住带电原子或离子， 通过光或光子来控制和测量它们；而阿罗什却让原子通过一个陷阱，从 而控制和测量被困光子和光的粒子。
•PROM：可编程存储器。 EPROM：紫外线擦除的可编程只读存储器。这种芯片可以擦除的次 数有限。 FLASH：闪速存储器，它和EPROM类似，写上去的东西也可以擦掉重 写，但它要方便一些，不需要光照了，只要用电学方法就可以擦除， 所以就方便许多，而且寿命也很长。
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•信息功能材料>> §2. 微电子芯片技术发展对材料的需求 >
•2011年●美国天体物理学家萨尔·波尔马特 ●美国/澳大利亚物理学家 布莱恩·施密特 ●美国科学家亚当·里斯。通过观测遥远超新星发现宇宙 的加速膨胀。
•2010年●英国科学家安德烈·海姆●康斯坦丁·诺沃肖洛夫。在石墨烯 材料方面进行卓越研究。
•2009年●英国华裔科学家高锟。光学通信方面取得突破性成就。●美 国科学家威拉德·博伊尔和乔治·史密斯。发明半导体成像器件电荷耦合 器件(CCD) •2008年●美国科学家南部阳一郎。发现次原子物理的对称性自发破缺 机制。●日本科学家小林诚、利川敏英。发现对称性破缺的来源。
•SiO2介电率为3.9；PZT介电率1300。
•C=.S/d
•大介电常数材料，使电容器电介质可维持其“坚固”的厚度，又 能提供有效的电荷存储，尽管其面积和存储电压在继续下降。
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•信息功能材料>> §2. 微电子芯片技术发展对材料的需求 >
•§2.4 存储电容材料/DRAM的单元
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•信息功能材料>> §2. 微电子芯片技术发展对材料的需求 >
•§2.4 存储电容材料/半导体存储器
•半导体存储器有两大体系： 易失性存储器，例如SRAM和DRAM，在没有电源的情况下都不能 保存数据。但拥有高性能，易用等优点。 非易失性存储器，像EPROM,EEPROM和FLASH，能在断电后仍保存 数据。但由于所有这些存储器均起源自只读存储器(ROM)技术, 所 以它们都有不易写入的缺点。
•所有的DRAM基本存储单元都是由一个晶体管和一个电容组成。大量存 储单元组成存储矩阵。
•电容的状态决定着内存基本存储单 元的逻辑状态： 充满电荷的电容器代表逻辑“1”； “空”的电容器代表逻辑“0”。
晶体管控制电容空或满。一个存 储单元只能存储一位二进制数码“1” 或“0”，
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得它的运行非常的稳定。
不存在类似软盘,硬盘,光盘等的高速
旋转的盘片,所以它的体积往往可以做得
很小。
•朗科公司“用于数据处理系统的快闪电子式外存储方法及其装置” （专利号：ZL 99 1 17225.6；美国专利号US6829672。）
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•信息功能材料>> §2. 微电子芯片技术发展对材料的需求 >
离：一般通过离子刻蚀来制备沟槽，然后覆盖一层热氧化层SiO2。主要功能
是隔开相邻的晶体管；5）绝缘介质层：一般由SiO2来制备。栅绝缘介质层
和栅电极一起对源极和漏极之间的沟道起控制作用；6）源极或漏极：一般由
Al和Cu等金属来制备，要求其和芯片能够形成欧姆接触，有小的串联电阻。
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1，小尺寸器件会带来哪些问题，如何解决？
➢ 器件尺寸缩小，导致短沟道效应 。 〉〉多晶硅栅极由单掺杂发展为双掺杂 。
➢ 带来pMOS中B的渗透问题 。 〉〉SiNxOy能有效克服。较大介电常数，低漏电密度和高抗老化击穿。
➢ 器件尺寸进一步缩小，导致栅绝缘介质隧穿电流的出现。 〉〉高K栅介质材料以增加栅介质厚度。
•§2.4 存储电容材料
SiO2是传统的电容介质材料（dielectric） DRAM(Dynamic Random-Access Memory)动态随 机存储器电容绝缘介质层材料；
高介电常数的氧化物铁电材料 NVFRAM(Non-Volatile Random Access Memory)非挥发性的铁电随机存储器是 指断电后仍能保持数据的一种RAM。
•复习
•4，高，低介电常数介质材料的定义与功用。
•1）介电常数k比Si3N4(k>7)大的材料称为高介电常数材料。 •随着特性尺寸的减少，需要用合适的高介电常数材料传统的电容介质 材料二氧化硅以减少介质层厚度增加电容。大k值介电材料可以用于制 造非易失铁电随机存取存储器(FeRAM),如钛锆铅(PZT)或钽锶铋(SBT)。
•2007年●法国科学家阿尔贝·费尔●德国科学家彼得·格林贝格尔。发 现“巨磁电阻”效应
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•§2. 微电子芯片技术发展对材料的需 求
§2.1 概述 §2.2 衬底材料 §2.3 栅结构材料 §2.4 存储电容材料 §2.5 局域互连材料 §2.6 金属互连材料 §2.7 钝化材料
•§2.4 存储电容材料/半导体存储器
•U盘是USB盘的简称，采用Flash芯片存储的，Flash芯片属于电擦
写电门。在通电以后改变状态，不通电就固定状态。所以断电以后
资料能够保存。 1999年朗科研发出全球第一款USB闪存盘，成功启
动了全球闪存盘行业。
•与传统的电磁存储技术相比有许多优点:
存储信息的过程中没有机械运动,这使
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微电子芯片技术
•复习 •3 微电子芯片最重要的CMOS结构中，各功能部分所用材料 。
•1）衬底材料：单晶硅片；衬底材料是制备微电子元件的基础。2）栅极结
构：由多晶硅或其它难熔硅化物来制备。3）npn晶体管：由源极，漏极和栅
极组成。是集成电路中最重要的器件，可以实现基本的逻辑功能；4）浅槽隔
•2） k值比SiO2（k<3.9）小的材料称为低介电常数材料。 •使用低介电常数材料替代传统的绝缘材料二氧化硅，使得连线之间难 于传递电压；
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微电子芯片技术
•诺贝尔物理奖
•2012年●法国物理学家塞尔日·阿罗什●美国物理学家戴维·瓦恩兰，以 表彰他们在量子物理学方面的卓越研究。瓦恩兰困住带电原子或离子， 通过光或光子来控制和测量它们；而阿罗什却让原子通过一个陷阱，从 而控制和测量被困光子和光的粒子。
•PROM：可编程存储器。 EPROM：紫外线擦除的可编程只读存储器。这种芯片可以擦除的次 数有限。 FLASH：闪速存储器，它和EPROM类似，写上去的东西也可以擦掉重 写，但它要方便一些，不需要光照了，只要用电学方法就可以擦除， 所以就方便许多，而且寿命也很长。
PPT文档演模板
微电子芯片技术
•信息功能材料>> §2. 微电子芯片技术发展对材料的需求 >
•2011年●美国天体物理学家萨尔·波尔马特 ●美国/澳大利亚物理学家 布莱恩·施密特 ●美国科学家亚当·里斯。通过观测遥远超新星发现宇宙 的加速膨胀。
•2010年●英国科学家安德烈·海姆●康斯坦丁·诺沃肖洛夫。在石墨烯 材料方面进行卓越研究。
•2009年●英国华裔科学家高锟。光学通信方面取得突破性成就。●美 国科学家威拉德·博伊尔和乔治·史密斯。发明半导体成像器件电荷耦合 器件(CCD) •2008年●美国科学家南部阳一郎。发现次原子物理的对称性自发破缺 机制。●日本科学家小林诚、利川敏英。发现对称性破缺的来源。
•SiO2介电率为3.9；PZT介电率1300。
•C=.S/d
•大介电常数材料，使电容器电介质可维持其“坚固”的厚度，又 能提供有效的电荷存储，尽管其面积和存储电压在继续下降。
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•§2.4 存储电容材料/DRAM的单元
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•§2.4 存储电容材料/半导体存储器
•半导体存储器有两大体系： 易失性存储器，例如SRAM和DRAM，在没有电源的情况下都不能 保存数据。但拥有高性能，易用等优点。 非易失性存储器，像EPROM,EEPROM和FLASH，能在断电后仍保存 数据。但由于所有这些存储器均起源自只读存储器(ROM)技术, 所 以它们都有不易写入的缺点。
•所有的DRAM基本存储单元都是由一个晶体管和一个电容组成。大量存 储单元组成存储矩阵。
•电容的状态决定着内存基本存储单 元的逻辑状态： 充满电荷的电容器代表逻辑“1”； “空”的电容器代表逻辑“0”。
晶体管控制电容空或满。一个存 储单元只能存储一位二进制数码“1” 或“0”，
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得它的运行非常的稳定。
不存在类似软盘,硬盘,光盘等的高速
旋转的盘片,所以它的体积往往可以做得
很小。
•朗科公司“用于数据处理系统的快闪电子式外存储方法及其装置” （专利号：ZL 99 1 17225.6；美国专利号US6829672。）
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微电子芯片技术
•信息功能材料>> §2. 微电子芯片技术发展对材料的需求 >
离：一般通过离子刻蚀来制备沟槽，然后覆盖一层热氧化层SiO2。主要功能
是隔开相邻的晶体管；5）绝缘介质层：一般由SiO2来制备。栅绝缘介质层
和栅电极一起对源极和漏极之间的沟道起控制作用；6）源极或漏极：一般由
Al和Cu等金属来制备，要求其和芯片能够形成欧姆接触，有小的串联电阻。
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