2第二章微电子材料与器件教程分析.ppt

2.1.3 半导体材料分类 元素半导体： Si、Ge、P、C 化合物半导体： GaAs、GaP、GaN 固溶体半导体： Si-Ge、Ga1-xAlxAs、HgxCd1-xTe 超晶格半导体： GaAs/AlGaAs 组分型、掺杂型、应变型 2.3.4 钝化层材料 钝化是在不影响集成电路性能的情况下，在芯片表面覆盖一层绝缘介质薄膜，减少外界环境对集成电路的影响，使集成电路可以长期安全有效地工作。 双极型集成电路 SiO2材料 MOS集成电路 PSG（磷硅玻璃）/SiO2双层结构 优：阻挡Na＋污染，缺：腐蚀金属引线 Si3N4材料 优：解决污染和水气问题， 缺：应力大 SiOxNy复合材料 优：致密性好，应力小 2.3.5 封装材料 为了抵御外部的侵扰（包括极端温度、振动、腐蚀、污染等）保证集成电路元器件的正常工作，同时防止对其它元器件和人体的伤害，需要对元器件进行封装。 封装材料 塑料封装： 成本低 金属封装： 密封性好、电磁屏蔽，成本高 陶瓷封装： 导热性好，绝缘性好，成本低 玻璃封装： 小型电路的扁平封装 Thanks！ * 需两个动画 * * ( 美国 1997 ~ 2012 年半导体技术发展规划 1997 1999 2001 2003 2006 2009 2012 比特/ 芯片 256M 1 G 4 G 16 G 64 G 256 G 特征尺寸（ μm） 0.25 0.18 0.15 0.13 0.1 0.07 0.05 晶片直径（mm） 200 300 300 300 300 450 450 我国国防科工委对世界硅微电子技术发展的预测 2000 2010 2020 集成度 1 G 64 G 256 G 特征尺寸（ μm） 0.18 0.10 ~ 0.07 0.05 ~ 0.01 晶片直径（mm） 300 400 450 可以看出，专家们认为，至少在未来 10 年内，IC 的发展仍将遵循摩尔定律，即集成度每 3 年乘以 4 ，而线宽则是每 6年下降一半。 硅技术过去一直是，而且在未来的一段时期内也还将是微电子技术的主体。目前硅器件与集成电路占了2000多亿美元的半导体市场的 95% 以上。 硅微电子技术发展的几个趋势 1、单片系统集成（SOC） 2、整硅片集成（WSI） 3、半定制电路的设计方法 4、微电子机械系统（MEMS） 5、真空微电子技术 硅技术以外的半导体微电子技术发展方向 1、GaAs 技术 电子漂移速度快（硅的5. 7倍），抗辐射能力强，因此在武器系统中有重要作用。 2、GeSi/Si 异质结技术 与目前已极为成熟的硅工艺有很好的兼容性，但可制成比硅器件与集成电路频率更高，性能更好的器件与集成电路，被誉为第二代硅技术。 3、宽禁带材料及器件技术 主要有 SiC 与 GaN 材料，主要优点是工作温度可高达 300 摄氏度以上，因此在军用系统中有重要的应用价值。 2.2.8 集成电路发展面临的问题 1、基本限制 如热力学限制。由于热扰动的影响，对数字逻辑系统，开关能量至少应满足 ES 4kT = 1.65×10 -20 J 。当沟道长度为 0.1 ?m 时，开关能量约为 5×10 -18 J。在亚微米范围，从热力学的角度暂时不会遇到麻烦。 又如加工尺度限制，显然原子尺寸是最小可加工单位，但现在的最小加工单位远远大于这个数值。 2、器件与工艺限制 3、材料限制 硅材料较低的迁移率将是影响 IC 发展的一个重要障碍。 4、其他限制 包括电路限制、测试限制、互连限制、管脚数量限制、散热限制、内部寄生耦合限制等。 2.2.9 集成电路基本工艺技术 器件设计 芯片制造 封装