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1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划微电子材料与器件制备技术浅析微电子制造技术及其发展摘要：电子科技作为新世纪的主要高科技技术之一，在集成电路的发展中起到了不可替代的重要作用。并且随着微电子技术水平的不断提升，微电子制造技术也得到了快速的发展。目前，微电子制造技术已经从第一代发展到第三代，相信在未来的集成电路领域，微电子制造技术还将会有更大的发展空间。现本文就主要针对微电子制造技术的发展历程、关键作用、发展概况以及其未来发展的趋势进行简单探讨。关键词：微电子；制造技术；集成电路；发展集成电路的研发和应用是电子科技领域走
2、向现代化发展道路的里程碑，代表着微电子制造技术的形成，为更多高新科技电子产品的研发奠定了技术基础。在早期的微电子制造技术中，所使用的半导体材料一般是硅或锗。随着微电子制造技术的发展，以砷化镓与磷化铟为代表的第二代半导体材料逐渐被广泛应用。直到今天，半导体材料则主要是以氮化镓和硅化碳，这就是第三代微电子制造材料。在这三代的迭代更新中，其特征尺寸逐渐由毫米缩小到当前的纳米，代表着微电子制造技术水平的不断提升。以下本文就针对其具体的发展历程和发展趋势进行简单研究。1、微电子技术的发展历程自20世纪中期第一个集成电路研发成功之后，我们就进入了微电子技术时代，在半个多世纪的发展中，微电子技术被广泛应用在
3、工业生产和国防军事领域，目前更是在商业领域中获得极大的应用和发展。并且在长期的发展进程中，微电子技术一直是以集成电路为主要的核心代表，也逐渐形成了一定的发展规律，最典型的莫过于摩尔定律。当然，集成电路的应用领域不断扩展也进一步刺激了微电子技术的快速发展。在新事物的发展进程中，其发展规律和发展趋势势必要与需求相结合，并受需求的影响。微电子技术也不例外。在其发展进程中，微电子制造技术无疑是微电子技术最大的“客户”，正是因为微电子制造技术提出了各种应用需要，才使得微电子技术得到了快速发展。也可以说，微电子制造技术正是微电子设计技术与产品应用技术的“中介”，是将微电子技术设计猜想转化为实物的“桥梁”。
4、但值得一提的是，这个实物转化的过程也会对微电子设计技术的发展产生影响，并直接决定着微电子器件的造价与功能作用。为此我们可以认为，在微电子技术的发展中，微电子制造技术是最重要的核心技术。2、微电子制造技术的发展与制造工艺一、微电子材料概述1、摩尔定律：集成度每3年乘以4，加工工艺的特征线宽每6年下降一半。摩尔定律中提到的减少成本是集成电路最大的吸引力之一，并且随着技术发展，集成化程度越高，低成本的优点更为明显。2、3、XX年10月5日，瑞典皇家科学院将XX年的诺贝尔物理学奖授予英国曼彻斯特大学的两位教授AndreGeim和KonstantinNovoselov，以表彰他们对石墨烯的研究。石墨烯是
5、至今发现的厚度最薄和的强度最高的材料。4、目前全球最主要的晶圆代工厂包括TSMC、三星、台联电、GlobalFoundries、IBM、SMIC、华虹宏力等。5、特征尺寸继续缩小所面临的挑战包括：1、微细加工光刻技术；2、互连技术铜互连；3、新型器件结构&材料体系高、低K介质、金属栅电极、SOI材料等。6、在半导体中存在着自由电子和空穴两种载流子，而导体中只有自由电子这一种载流子，这是半导体与导体的不同之处。7、在掺入杂质后，载流子的数目都有相当程度的增加。因而对半导体掺杂是改变半导体导电性能的有效方法。二、硅和锗的化学制备1、根据物质的导电性,物质可以分为金属、半导体及绝缘体，人们发现，电子
6、在最高能带的占有率决定此物质的导电性。2、根据材料的重要性和开发成功的先后顺序,半导体材料可以分为三代：第一代半导体材料-硅(Si)；第二代半导体材料-砷化镓(GaAs)；第三代半导体材料-氮化镓(GaN)。3、硅的禁带宽度比锗大，电阻率也比锗大4个数量级，因此硅可制作高压器件且工作温度比锗高。但是锗的迁移率比硅大，可做低压大电流和高频器件4、硅的主要来源是石英砂，另外，在许多的矿物中含有大量的硅酸盐，也是硅的来源之一。通常把95%-99%纯度的硅称为粗硅或工业硅。5、制备高纯硅主要采用两种方法：三氯氢硅氢还原法和硅烷法，两种方法各有利弊。其中三氯硅烷法的硅，为进一步晶体生长作准备。2、分凝现
7、象：含量少的杂质在晶体和熔体中的浓度不同分凝系数：用来衡量杂质在固相和液相中浓度的不同3、材料锭条全部熔化后,使其从一端向另一端逐渐凝固,这样的凝固方式叫正常凝固。正常凝固过程中存在分凝现象,所以锭条中杂质分布不均匀。当分凝系数与1相差较大时(小于或大于3)，杂质浓度随锭长变化较快,杂质向锭的一端集中,正常凝固有一定的提纯作用。4、区熔提纯：利用分凝现象将物料局部融化形成狭窄的熔区，并令其沿锭长从一端缓慢地移动到另一端，重复多次使杂质尽量被集中在尾部或头部，进而达到使中部材料被提纯的技术。5、一次区熔后,材料的纯度仍然达不到半导体器件的纯度要求,所以要进行多次区熔,使得各种杂质尽可能的赶到锭条
8、的两头。经过多次区熔提纯后,杂质分布状态达到一个相对稳定且不再改变的状态,这种极限状态叫极限分布，影响杂质浓度极限分布的主要因素是杂质的分凝系数和熔区长度。6、区熔法晶体生长，可以分为水平区熔和悬浮区熔，硅单晶生长采用悬浮区熔的原因是：高温下硅很活泼,易反应；悬浮区熔可使之不与任何材料接触；熔硅表面张力大，而密度小的特点，可使熔区悬浮。四、晶体生长1、晶体生长有三种方法：固相生长，液相生长，气相生长2、晶体生长中的成核阶段分为，均匀成核和非均匀成核，其中非均匀成核是指在体系中存在外来质点(尘埃,固体颗粒,籽晶等),在外来质点上成核，例如硅单晶生长时籽晶的加入。3、单晶硅按晶体生长方法的不同，分
9、为直拉法、区熔法和外延法。其中直拉法、区熔法多用于生长单晶硅棒，外延法生长单晶硅薄膜。4、直拉法生长单晶硅和锗是指在盛有熔硅或锗的坩埚内，引入籽晶作为非均匀晶核，然后控制温度场，将籽晶旋转并缓慢向上提拉，晶体便在籽晶下按籽晶的方向长大。其生长设备示意图如图所示。籽晶与熔体表面接触，并旋转，旋转方向与坩锅的旋转方向相反。直拉法的两个主要参数：拉伸速率，晶体旋转速率。5、直拉法(CZ)的工艺过程：1）.籽晶熔接:加大加热功率，使多晶硅完全熔化，并挥发一定时间后，将籽晶下降与液面接近，使籽晶预热几分钟，俗称“烤晶”，以除去表面挥发性杂质同时可减少热冲击2）.引晶和缩颈：当温度稳定时，可将籽晶与熔体接
10、触。此时要控制好温度，当籽晶与熔体液面接触，浸润良好时，可开始缓慢提拉，随着籽晶上升硅在籽晶头部结晶，这一步骤叫“引晶”，又称“下种”。“缩颈”是指在引晶后略为降低温度，提高拉速，拉一段直径比籽晶细的部分。其目的是排除接触不良引起的多晶和尽量消除籽晶内原有位错的延伸。颈一般要长于20mm。3）.放肩：缩颈工艺完成后，略降低温度，让晶体逐渐长大到所需的直径为止。这称为“放肩”。4）.等径生长：当晶体直径到达所需尺寸后，提高拉速，使晶体直径不再增大，称为收肩。收肩后保持晶体直径不变，就是等径生长。此时要严格控制温度和拉速不变。5）.收晶：晶体生长所需长度后，拉速不变，升高熔体温度或熔体温度不变，加
11、快拉速，使晶体脱离熔体液面五、硅、锗晶体中的杂质和缺陷1、单晶生长时，杂质分布不均匀会造成横向和纵向电阻率不均匀。可以采用变速拉晶法控制直拉法单晶纵向电阻率的均匀性。2、为了获得径向电阻率均匀的单晶，必须调平固液界面。3、硅锗单晶中位错产生的原因：?籽晶体内原有位错?籽晶表面损伤?由于外界的振动、外加应力、热起伏等而使籽晶或单晶中位错倍增。?固液交界面过冷4、硅、锗晶体生长时杂质的掺杂分为共熔法和投杂法5、硅锗单晶中有害杂质包括：金属杂质、氧污染、硅中的碳。其中金属杂质会引入载流子，且能引入深能级，导致器件性能降低，甚至失效。通常采用化学腐蚀去除表面金属杂质。氧是直拉硅中含量最高杂质，它在硅中
12、行为也很复杂。总的说来，硅中氧既有益也有害。氧杂质可增加晶体的机械强度，避免硅片在器件工艺的热过程中发生型变。但是它会形成热施主，引起硅单晶电阻率变化，还会发生析出生成氧成淀。碳在硅中不引入电活性缺陷，不影响单晶硅的载流子浓度。但是当碳浓度超过其固溶度时，会有微小的碳沉淀生成，影响器件的击穿电压和漏电流。六、硅的外延生长1、根据根据外延层性质，可将外延分为同质外延和异质外延；根据外延生长方法，可分为直接外延和间接外延）。CVD生长的薄膜未必是单晶，所以严格讲只有生长的薄膜是单晶的CVD才是外延生长；根据相变过程，可分为气相外延、液相外延、固相外延2、外延层中杂质来源很多，总的载流子浓度N总可以
13、表示为：N总N衬底?N气?N邻片?N扩散?N基座?N系统N衬底：衬底中挥发出来的杂质掺入外延层中的杂质浓度分量N气：外延层中来自混合气体的杂质浓度分量N邻片：外延层中来自相邻衬底的杂质浓度分量N扩散：衬底中杂质经固相扩散进入外延层的杂质浓度分量N基座：来自基座的杂质浓度分量N系统：除上述因素外整个生长系统引入的杂质浓度分量N气，N基座，N系统，杂质不是来源衬底片，因此称为外掺杂N扩散，N衬底，N邻片的杂质来源于衬底片，通称为自掺杂3、自掺杂效应：衬底中的杂质进入气相中再掺入外延层4、硅外延层的缺陷分类：1、表面缺陷，也叫宏观缺陷如云雾，划道，亮点，塌边，角锥，滑移线等2、内部结构缺陷，也叫微观
14、缺陷如层错，位错七、1、当电子从价带转换到导带时，不需要动量转换。这类半导体称为直接带隙半导体。如：砷化镓；当电子从硅的价带顶部转换到导带最低点时，不仅需要能量转换(Eg),也需要动量转换(pC)。这类半导体称为间接带隙半导体，如硅。半导体发光时要求有电子跃迁；而一般的电子跃迁又要求动量守恒，即电子必须在k空间(动量)的同一位置跳跃，所以间接带隙半导体一般不能用作发光材料。432432能量/eV01能量/e10V?1?22、砷化镓材料制作的器件频率响应好、速度快、工作温度高，能满足集成光电子的需要。它是目前最重要的光电子材料题型：一、选择题20二、填空题20三、判断题20四、简答题40新型纳米
15、材料与器件对现代集成电路的支持前言随着科学技术的不断发展，新技术的产生必然伴随了科技的向前迈步，集成电路的发明是一个技术创新，而纳米技术与纳米材料的出现使得集成电路的发展发生突破性的进展，缩短了设计周期，降低了设计成本，极大地影响了社会各个方面。目前，集成电路发展已进入纳米时代。本文主要介绍纳米材料与器件与现代集成电路发展的有关问题，首先大概介绍有关纳米的几个概念；随后提出传统微电子材料与器件与现代集成电路发展造成阻碍的问题；其次，具体阐述问题，分析限制集成电路发展的限制因素；最后，分析纳米材料与器件进入集成电路发展的本质的道理，以解决传统微电子材料与器件的限制问题。一、有关纳米的几个概念纳米材料：构成物质的“单元”的三维尺寸中至少有一维是纳米级的，也就是有一维尺寸在到100nm，10-10到10-7之间的材料。纳米结构：以纳米尺度
