新型硅基集成微电子及光电子材料.ppt

新型硅基集成微电子及光电子材料 主要内容 Moore定律等比例缩小(Scaling-down)定律 一. 微电子技术发展的规律及现状 Moore定律 1965年Intel公司的创始人之一G.E. Moore预言IC产业的发展规律 集成电路的集成度每三年增长四倍， 特征尺寸每三年缩小 倍 Moore定律 ?? 性能价格比 在过去的20年中，改进了1,000,000倍 在今后的20年中，还将改进1,000,000倍 IC类型(按器件结构分) 双极型IC：主要由双极三极管构成 NPN型 PNP型 MOS型IC：主要由MOS三极管构成 NMOS PMOS CMOS 双极-MOS(BiMOS)型IC：综合了双极和MOS器件两者的优点，但制作工艺复杂 目前，采用CMOS工艺制作的IC器件占总数的90%以上 我国年微电子发展情况 上海中芯国际：8英寸，0.25微米 上海宏力: 8英寸，0.25微米 北京华夏半导体: 8英寸，0.25微米 天津Motorola: 8英寸，0.25微米 上海贝岭: 华虹NEC： 我国微电子发展情况（南昌） 晶湛科技有限公司 国内第六条8英寸生产线 江西联创光电公司 国家 “铟镓氮LED外延片、芯片产业化”示范工程企业，国家半导体照明工程产业化南昌基地核心企业 晶能（LatticePower）公司 硅基蓝光LED生产线 21世纪初叶是我国微电子产业的黄金时期! 微电子的特点 微电子中的空间尺度以?m和纳米nm为单位。 微电子学是信息领域的重要基础学科,它以实现电路和系统的集成为目的。同时, 微电子学也是一门综合性很强的学科 涉及了固体物理学、量子力学、热力学与统计物理学、材料科学、电子线路、信号处理、计算机辅助设计、测试与加工、图论、化学等多个学科 微电子有很强的渗透性，它可以是与其他技术结合而诞生出一系列新的产物，例如微机电系统(MEMS)、生物芯片等 等比例缩小定律 1974年由Dennard提出 基本指导思想是：保持MOS器件内部电场不变：恒定电场规律（CE律） 等比例缩小器件的纵向、横向尺寸，以增加跨导和减少负载电容，提高集成电路的性能 电源电压也要缩小相同的倍数 CE律的问题 阈值电压不可能缩的太小 源漏耗尽区宽度不可能按比例缩小 电源电压标准的改变会带来很大的不便 恒定电压等比例缩小规律(CV律) 保持电源电压Vds和阈值电压Vth不变，对其它参数进行等比例缩小。 准恒定电场定律（QCE律） CE律和CV律的折中，20世纪采用的最多 随着器件尺寸的进一步缩小，强电场、高功耗以及功耗密度等引起的各种问题限制了按CV律进一步缩小的规则，电源电压必须降低。同时又为了不使阈值电压太低而影响电路的性能，实际上电源电压降低的比例通常小于器件尺寸的缩小比例 器件尺寸将缩小?倍，而电源电压则只变为原来的?/?倍 特征尺寸继续等比例缩小 IC发展成为片上系统(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 二.特征尺寸缩小到0.13?m以下面临的问题 微细加工技术 目前0.18?m和0.13?m已开始进入大生产 在90nm-65nm阶段，最关键的加工工艺—光刻技术还是一个大问题，尚未完全解决 互连技术 铜互连已在0.25/0.18um技术代中使用；但是在0.13um以下，铜互连与低介电常数绝缘材料共同使用时的可靠性问题还有待研究开发 三.高K介质 高K介质：是介电常数比SiO2大的介质材料。当作为“MOS”结构的栅介质材料时，要求： 禁带宽度足够大（Eg大于5 eV） 与Si之间可以形成良好的界面 成分不太复杂， 容易用IC兼容的工艺制备 高k介质材料已经成为各大半导体公司的热门研究课题，一般认为氮氧化物可望成为新的栅介质材料，但到目前为止，还没有找到能够替代SiO2的理想高k 介质材料。 铁电材料 是典型的高K介质：介电常数为几十到105 铁电材料：在居里温度以下具有自发极化、且自发极化能够随外电场反向而反向（即电极化与外电场之间呈现电滞回线）的压电材料 铁电材料：在非挥发存储器、红外探测器、电光开关、MEMS器件及非线性光学等领域有着广泛的应用前景 。 铁电材料 是典型的高K介质：介电常数为几十到105 铁电材料：在居里温度以下具有自发极化、且自发极化能够随外电场反向而反向（即电极化与外电场之间呈现电滞回线）的压电材料 禁带宽度足够大（Eg大于5 eV） 与Si之间可以形成良好的界面 成分不太复杂， 容易用IC兼容的工艺制备 本人工作：利用磁控溅射沉积工艺在Si基上制备PZT铁电薄膜 四.缓冲/隔离层材料 当IC的特征尺寸减小到100nm以下时，有关膜层的厚度仅有几个到几十nm，这时膜层间的扩散问题变的严