超大规模集成电路的一些材料物理问题(Ⅰ) --Cu互连和金属化

21世纪初,超大规模集成电路(ULSI)的特征尺寸将由150hm逐代缩至50nm.文章以100nmULSI器件为主,简要介绍与互连相关的一些材料物理问题,其中包括Cu互连、金属化及低介电常数介质.     

X射线光刻与超大规模集成电路

当前,集成电路正在向超大规模集成电路发展,预期在1985年到1990年间超大规模集成电路设计中将采用线宽为1至0.5微米的电路几何图形加工工艺(即亚微米工艺).这将使电路成本大大下降,例如采用2微米线条,存储器每位成本为3200微美分,采用1.5微米线条,成本为1925微美分,采用0.5微米线条,成本则下降至84微美分.由于这样明显的经济效益,超大规模集成电路所需的各种技术正在迅速发展,其中光刻技术更是突飞猛进. 一、超大规模集成电路对光刻技术 的基本要求1.高分辨率线条 三十万个元件组成的超大规模集成电路,其要求的最小线宽为1至1.5微米;一百万…     

金属-氧化物-半导体硅发光器件在集成电路中的应用前景

集成硅光电子学的目的之一就是为大众市场创造应用广泛、成本低廉的光子互连工具.随着摩尔定律逼近理论极限,集成芯片的金属互连越来越跟不上芯片体积微型化、频率高速化和功耗分配精益化的需求.本文基于硅基发光器件的发展历程,详细论证了金属-氧化物-半导体结构硅发光器件在未来集成电路中的合理应用,提出了全硅光电集成电路在理论和工艺上的可行性.这种电路突破了传统芯片电互连码之间串扰的瓶颈,改善之后的互连速度理论可达光速,有望成为新一代集成芯片的主流.     

超大规模集成电路的一些材料物理问题（I）——Cu互连和金属化

21世纪初，超大规模集成电路（ULSI）的特征尺寸将由150nm逐代缩至50nm。文章以100nmULSI器件为主，简要介绍与互连相关的一些材料物理问题，其中包括Cu互连、金属化及低介电常数介质。     

一种制备金属硅化物的离子束新技术

一种制备金属硅化物的离子束新技术柳百新，朱德华，卢红波（清华大学材料科学与工程系，北京１０００８４）随着目前超大规模集成电路的迅速发展，要求器件尺寸按比例缩小，线宽也要求相应变窄。而多晶硅的薄层电阻极限为３０－６０／口，因此器件尺寸的进一步减小就被栅...     

电子散射效应对电子束光刻的影响

自七十年代中期,第一批计算机控制的亚微米对准精度的扫描电子束光刻机问世以来不到十年,一个引人注目的新技术领域──微细加工技术随之发展起来.人类有可能用这新技术来获得亚微米级(<1μm)、毫微米级(nm)的尺寸.电于束光刻在微细加工技术中份演着重要角色.超大规模集成电路、高速器件、超导结器件、声表面波换能器、高密度磁泡存贮器、集成光学元件、材料科学以及生物学等领域,都需要加工更小的尺寸.微细加工技术通常包括微光刻技术.干法腐蚀技术.离子注入技术和超薄层形成技术等.微光刻技术是形成微细图形和转移图形的重要技术.历史悠久…     

大规模集成电路和短沟道效应

自从1960年仙童公司首次宣布制成单块集成电路以来,集成电路技术得到了迅速发展.集成度由最初的每片十几个元件发展到现在的每片数百万元件以上,如图1(a)所示,1975年前集成度平均每年翻一番,1975年后逐步下降为每两年翻一番,同时出现了超大规模集成电路(>10万元件/片).随集成度的增加,单个元件的尺寸必然不断减小,最细线宽也由最初几+μm下降到1μm,如图1(b)所示,平均每年下降13%.实验室现在最细线宽可做到20-30nm,集成电路的价格也逐年下降,如图2所示,存贮器每位价格平均每两年下降50%.七十年代中期1K存贮器每位约1美分,现在256K存贮器价…     

集成电路(IC)可靠性物理问题

IC即集成电路是未来信息世界的主要物质基础之一.它自1960年前后在Si平面技术基础上发明以来,先后经历了小、中、和大规模电路(即SSI,MSI和LSI)以及当前的超大、超高速集成电路(即VLSI,VHSIC)阶段.为了适应这种飞速的演变,其可靠性技术也相应由分立器件的统计失效发展成为以控制和预防、消除失效为主.后二者是以失效物理或可靠性物理学研究为基础.本文试图就IC可靠性物理学这一交叉学科领域的概貌及其若干进展作一扼要介绍. 一、IC可靠性物理学的基本任务 自五十年代末开始,随着Si平面工艺和器件的迅速发展和广泛应用,人们对分立…     

新型薄膜电子材料——氢化非晶硅

 当今最重要的电子材料是半导体单晶硅,用它不但可制做各种二极管、三极管还可将成千上万个元件集成在一个小硅片上.从大型计算机到家用电器、儿童玩具,其核心部分都是用单晶硅做的集成电路.市场上需求多少半导体集成电路已经成为一个国家现代化水平的标志.单晶硅器件技术的发展一方面是不断提高单位芯片上的元件集成度,另一方面是向薄膜器件的新领域开拓.特别是在七十年代分子束外延技术出现以后,制做原子尺度的单晶薄膜已成现实.     

大规模和超大规模集成电路

半导体应用的方面很多,但是最主要的,对国民经济影响最大的是单块集成电路,或简称集成电路.集成电路的集成度(每块芯片上的元件数)从最初的每片十几个发展到现在每片可以有几十万个.一片典型的大规模集成电路16KMOS动态随机存贮器,就是在大约20平方毫米的硅片上,做上37000个MOS     

几种集成电路硅片工艺检测技术简介

集成电路是多工序(每道工序的加工成本相当高)的产品.在生产过程中对硅片加工质量进行检测,及早剔除不合格的硅片有利于降低加工成本;而对检测所得结果进行统计分析,追查原因,研究对策则有利于提高企业的质量管理水平和工艺水平.随着集成电路向大规模、超大规模方向发展,大块半导体平均参数的粗略测试已不能满足需要,对硅片的无损、微区、快速、自动测试技术正在迅速发展.表1列出了现今集成电路工艺检测的主要项目及方法.曾有专著[1-3]介绍了多种半导体测试技术.本文就新发展的、应用较广的几种集成电路硅片工艺测试技术进行简单介绍. 一、…     

石墨烯-硅基混合光子集成电路

近年来硅基光子学已经慢慢走向成熟,它被认为是未来取代电子集成电路,实现下一代更高性能的光子集成电路的关键技术.这得益于硅基光子器件与现代的互补金属氧化物半导体工艺相兼容,能够实现廉价的大规模集成.然而,由于受硅材料本身的光电特性所限,在硅基平台上实现高性能的有源器件仍然存在着巨大挑战.石墨烯-硅基混合光子集成电路的发展为解决这一问题提供了可行的方案.这得益于石墨烯作为一种兼具高载流子迁移率、高电光系数和宽带吸收等优点的二维光电材料,能够方便地与现有硅基器件相集成,并充分发挥自身的光电性能优势.本文结合我们课题组在该领域研究的一些最新成果,介绍了国际上在石墨烯-硅基混合光子集成电路上的一些重要研究进展,涵盖了光源、光波导、光调制器和光探测器四个重要组成部分.     

物理学研究与微电子科学技术的发展

回顾了微电子学的诞生和微电子技术的发展历史,展望了微电子技术未来的发展趋势.在微电子技术诞生和发展过程中具有一些里程碑式的发明,如晶体管、集成电路、集成电路平面工艺、MOS器件、微处理器、光刻技术、铜互连工艺的发明等,其中物理学研究和突破起了关键的基础作用.在社会需求、物理学研究和技术进步的推动下,微电子技术一直并将继续以特征尺寸缩小、集成度提高的模式,按摩尔定律预测的指数增长率发展.微电子技术的发展,不仅为物理学的研究提供了崭新的技术基础,而且为物理学研究展现了更为广阔的空间.但随着器件特征尺寸逐渐缩小并逼近其物理极限,微电子技术的发展将受到来自于材料、工艺和物理基础等方面的挑战,并呈现出多维发展的趋势,这些挑战涉及了微电子学与物理学的共同理论基础,需要二者互相锲合,期待新的突破.     

表界面调控米级二维单晶原子制造

随着芯片尺寸不断缩小,短沟道效应、热效应日趋显著.开发全新的量子材料体系以实现高性能芯片器件应用已成为当前科技发展的迫切需求.二维材料作为一类重要的量子材料,其天然具备原子层厚度和平面结构,能够有效克服短沟道效应并兼容当代微纳加工工艺,非常有望应用于新一代高性能器件方向.与硅基芯片发展类似,二维材料芯片级器件应用必须基于高质量、大尺寸的二维单晶材料制造.然而,由于二维材料的表界面特性,现有体单晶制备技术不能完全适用于单原子层结构的二维单晶制造.因此,亟需发展新的制备策略以实现大尺寸、高质量的二维单晶原子制造.有鉴于此,本文重点综述表界面调控二维单晶大尺寸制备技术发展现状,总结梳理了米级二维单晶原子制造过程中的3个关键调控方向,即单畴生长调控、单晶衬底制备和多畴取向控制.最后,系统展望了大尺寸二维单晶在未来规模化芯片器件方向的潜在应用前景.     

集成电路中的物理问题讲座——第八讲 MOS物理基础

金属-氧化物-半导体(MOS)系统,它不仅作为金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)在超大规模集成电路中占有主导地位,而且也是半导体器件、材料和工艺方面的重要研究手段之一.故对它的研究日益发展、深入.本文仅从集成电路的角度出发,着重介绍与MOS系统电学特性有关的基础知识,而未涉及工艺制造问题. 一、半导体表面空间电荷区[1-3] 表面势的存在,由于自由载流子数目偏离平衡值,将使表面层中形成非电中性区,即表面空间电荷区.这里面的载流子分布、电位分布均与体内不同,呈现一系列的表面物理效应.1.平衡态、载流子非简并 这是一种最简…     

物理学研究与微电子科学技术的发展

回顾了微电子学的诞生和微电子技术的发展历史，展望了微电子技术未来的发展趋势。在微电子技术延生和发展中具有一些里程碑式的发明，如晶体管、集成电路、集成电路平面工艺、MOS器件、微处理器、光刻技术、铜互连工艺的发明等，其中物理学研究和突破起子关键的基础作用。在社会需求、物理学研究和技术进步的推动下，微电子技术一直并将继续以特征尺寸缩小、集成度提高的模式，按摩尔定律预测的指数增长率发展。微电子技术的发展，不仅为物理学的研究提供了崭新的技术基础，而且为物理学研究展现了更为广阔的空间。但随着器件特征尺寸逐渐缩小并逼近期物理极限，微电子技术的发展将受到来自于材料、工艺和物理基础等方面的挑战，并呈现出多维发展的趋势，这些挑战涉及了微电子学与物理学的共同理论基础，需要二者互相锲合，期待新的突破。     

超大规模集成电路波导光互连技术的现状与前景

介绍超大规模集成电路(VLSI)波导(?)互连技术的最新进展,并预测其发展方向,以及如阿解决存在的实际问题。     

氧化物表面与界面的新奇性质研究

 基于量子力学能带理论发明的晶体管奠定了整个现代电子工业的基础,引领人类进入信息时代。传统微电子工业的持续发展,依赖于器件功能单元的微型化和集成化,著名的摩尔定律描述了微电子产业的发展趋势。集成电路芯片上所集成的电路的数目,每隔18 个月就翻一番;但是电子器件的尺寸趋近材料的某种量子特征长度时,整个器件将显现出崭新的激发、弛豫和输运等行为。     

集成电路中的物理问题讲座 第六讲 硅-二氧化硅系统中的电荷和界面陷阱

包括大规模集成电路在内的现代半导体器件,绝大部分是用硅平面工艺制造的.在抛光的硅片上进行热氧化、光刻窗口、热扩散、蒸金属膜等操作之后,器件的芯片就制成了.平面工艺少不了硅表面的一层SiO2膜,该膜不仅在器件制造过程中作为杂质选择扩散的掩膜,在器件制成后也作为金属布线的支撑物和绝缘物,因此这些器件都包含Si- SiO3系统.在MOS器件中,还有较薄的优质SiO2作栅极的介质,它是决定该类器件功能的关键组成部分.在硅表面上制备热氧化层比较方便,与其它介质相比,SiO2与Si的衔接最好,至今还没有一种介质可代替热生长SiO2直接与硅匹配.…     

面向产业需求的21世纪微电子技术的发展(上)

微电子产业是国民经济与国防建设的战略性基础产业．对此，我国经历了发展时期的奋斗，现正处于微电子产业迅速崛起的前夕，预计经过10—15年左右时间的努力，将把我国建设成为微电子产业和科学技术的强国．文章着重介绍了21世纪微电子产业的发展需求，面向这个需求，讨论了21世纪微电子科学技术的主要发展方向．认为：一方面，特征尺寸将继续等比例缩小(scaling down)，包括新结构、新工艺、新材料的器件设计与制备技术以及光刻技术、互连技术将迅速发展；基于特征尺寸继续等比例缩小，系统芯片(SOC)将取代目前的集成电路(IC)最终成为主流产品；另一方面，纳电子学也将得到突破性进展，量子器件、分子电子器件等的相关研究日益活跃，期望最终达到可集成的目标；此外，微电子技术与其他领域相结合诞生出的新的技术增长点和新的学科——微机电系统(MEMS)技术等也将继续快速发展．文章阐述了相关发展方向存在的挑战和可能的解决方案，对可能进一步开展的具有重要学术意义和应用价值的研究工作进行了探讨．