微细加工技术论文.doc

微细加工技术微细加工技术1.微细加工技术现状1990年微细加工技术的生产水平是100m到08m。到1994年,16M DRAM 64M DRAM已生产,254M DRAM也将投入生产。1664M DRAM用03m 04m的微细加工技术。256MDRAM用025m的加工技术。目前,实验室已做出1000M DRAM的产品。也就是说,01m008m的微细加工技术,不久也将投入生产。当前微细加工技术的动向是:一方面将生产1664M DRAM的设备,进行改进,以提高生产率,另一方面是开发新工艺、新设备。微细加工技术的关键是曝光技术和干蚀技术。1664M DRAM生产技术的改进当前生产16M DRAM的设备,一般都能生产64M DRAM。它们主要用缩小投影曝光装置,典型的有NSR2005i10c,Ex10B,NSR4425i。缩小投影曝光装置的特点上述三种装置,都能生产14-64M DRAM器件,其中NSR-4425i能生产256M DRAM器件,光刻水平达到025m。这三种设备,校正系统都经过改进,稳定性大大提高。同时,对干涉反射镜曲线,进行补正。干涉光路进行空调,使精度大大提高。另外,对放大倍率也进行补偿和修正。使误差控制在10 nm以下。使用准分子激光器,使曝光功率下降,曝光成本下降。另外,最近还出现了多通道干蚀装置。这类装置是一种投资少、效益高的干蚀装置。这类装置,也是干蚀装置发展的一个重要方面。2.微细加工技术发展研究微细加工技术是集成电路(IC)工业的基础，是半导体器件研究的必要手段。其中的IC以动态随机存储器(ORAM)为代表，具有肉眼无法看见的记忆功能结构，而半导体器件以小尺寸器件为主。为了制备大规模集成电路(VL引)、超大规模集成电路(ULSI)和量子器件，微细加工技术正由微米、亚微米、亚半微米一直向纳米级和量子化方向发展。除了IC技术外，液晶显示器(LCO)技术、微机械技术和光电子技术的发展同样离不开微细加工技术水平的提高。人们越来越感到以微细加工技术为支柱的微电子技术正在成为一个国家综合国力的重要体现，成为国际竞争的焦点。因此许多发达国家目前都加大了在微细加工技术研究方面的投资强度，以期取得微细加工技术领域的领先地位。微细加工技术包括曝光技术(即光刻技术)、刻蚀技术、浅结掺杂技术、超薄膜形成技术等。其中的曝光技术是微细加工技术的核心。2.1国外微细加工技术在半导体器件研究方面的成就国外微细加工技术在半导体器件研究方面也取得了很大的成就。1993年，日本东芝公司的研究开发中心研制成功门长度仅为0.04微米的n沟道MOSFE丁，并且可在室温下工作。德仪(TI)公司在工993年也研制成功晶体管特征尺寸为0.02微米的集成电路，在该特征尺寸下，电子已经停止了粒子活动，开始转化为类似波的活动。目煎国外研制的日EM下器件的最小栅长仅为25纳米。另外，国外也利用高水平的微细加工技术制作出了与电子相干长度相当的纳米结构(包括量子线、量子点阵、量子点接触等)，并对其物理过程进行了广泛的研究，提出了电子波器件的可能性。美国物理评论杂志指出，以量子效应为基础的电子波器件有可能成为ULS1技术的基础，并将导致未来电子学发展的一场新革命。国外在IC工业和半导体器件研究方面所取得的成就无一不得益于微细加工技术的发展。可以说，国外的微细加工技术正在朝着物理加工极限发展。3.我国的微细加工技术水平我国自从1985年研制出第一块IC芯片以来，微细加工技术取得了较大的进步。在ORAM研制方面，1986年研制成功64KDRAM，1990年研制出IM汉字ROM，其加工线宽为1.5微米，集成度为1.06Xl护个元器件。1986年我国开始批量生产5微米技术产品，1994年开始批量生产3微米技术产品。“八五”科技攻关项目安排了0.8微米技术，“攀登”计划安排了0.5微米基础技术研究。预计这些安排将会使我国在未来的IC工业竞争中取得一些主动权。但是必须清楚地看到，我国的微细加工水平与国外确实存在着较大的差距。在同步辐射X线光刻研究方面，我国已建立了BSRF和NSRL两个同步辐射X射线光刻站。1990年6月，成功地进行了首次同步辐射X射线光刻实验。1993年11月，同步辐射深光刻技术(即UGA技术)取得了较大进展。3.1对微细加工的认识鉴于微细加工技术是IC工业发展的关键，微细加工技术的突破将会带来一场新的技术革命。我们认为:1.必须提高对微细加工技术研究重要性的认识，制订好提高我国微细加工技术水平的战略规划，对有全局作用的微细加工关键技术要有重点突破。2.加强基础技术研究。几十年来我们在半导体器件研制和IC工业发展中一直处于较为被动的局面，一个主要的原因就是对于带有基础性的、全局性的基础技术研究缺乏足够的重视。对于电子束光刻技术、同步辐射X线光刻技术、反应离子刻蚀技术、电子束掺杂技术以及小尺寸器件的制作技术等都重视不够。3.加快提高我国微细加工设备的研制水平。一代设备推出一代技术，一代技术推出一代产品，微细加工设备已成为制约微细加工技术发展水平的重要因素。因此，研制出高精度、高度自动化的微细加工设备已成为摆在我们面前的紧要任务。4.统盘全局，克服现在在微细加工技术研究方面技术力量比较分散的缺点，象抓系统工程那样抓微细加工技术研究，利用各研究单位的技术优势，联合攻关。5.加快微细加工技术人才的培养。技术竞争的结果最终必然是人才的竞争，因此必须注重对微细加工技术研究人才的培养。3.2微细加工技术的原理和应用研究20 世纪80 年代以来, 微机械、微机电系统(MEMS) 这一门新兴交叉学科开始兴起, 微细加工技术作为获得微机械、微机电系统的必要手段得到了快速的发展。微细加工技术起源于平面硅工艺, 但随着半导体器件、集成电路、微型机械等技术的发展与需求, 微细加工技术已经成为一门多学科交叉的制造系统工程和综合高新技术, 广泛应用于医疗、生物工程、信息、航空航天、半导体工业、军事、汽车等领域, 给国民经济、人民生活和国防、军事等带来了深远的影响, 被列为21 世纪关键的技术之一。4.微细加工技术的应用分析微细加工技术迄今能够加工的材料有退火及淬火钢、铜及铜合金、铸铁、镍合金( 镍基合金) 、钛金属、表面硬涂层处理前后的预处理( PVD、CVD、电镀) 。微细加工技术是一种有选择性地精修被加工对象表面微观粗糙度和拓扑结构的创新性微观加工工艺。这种机械化学加工工艺是一种全自动化的加工工艺,适用于汽车制造、电子、化工、冶金、机械制造、航空制造等行业, 尤其是注塑模具、刀具和机床工具、高精密零件、光学器件, 以及硬涂层处理前后的表面预处理加工。微细加工技术通过改变材料表面的微细结构, 能够减小摩擦、提高抗磨损性能, 显著地提高材料的表面性能, 在刀具行业具有广阔的应用前景。如采用超精增亮技术, 彻底消除次级微观粗糙表面, 减小摩擦,能够提高刀具的排屑性能, 降低切削力; 而保持初级粗糙表面, 有利于保护润滑油膜, 提高刀具的排屑性能, 减少发热; 如果在涂层处理前优化预处理涂层基面, 或者在涂层之后彻底清除涂层引起粗糙表面, 则能够提高PVD 涂层的附着性能, 延长刀具的使用寿命, 消除刀具表面的积屑瘤问题。这种创新的加工工艺近几年来在诸多工业领域的实际应用清楚地表明,微细加工技术能够大幅降低超精加工的成本; 极大地缩短生产周期; 方便地提高表面的质量, 并且采用这种加工工艺加工出来的表面具有无以伦比的一致性和再现性。微机械技术综合应用了当今世界科学技术的尖端成果, 目前微细加工技术已经在特种新型器件、电子零件和电子装置、机械零件和装置、生物工程、表面分析、材料等诸多领域发挥着越来越重要的作用。6.微机械及其微细加工技术的现状和应用研究6.1 微机械及其特点20世纪8O年代后期，国际高科技领域出现了一个值得重视的微机械技术，随之出现了微机电系统。微机械的问世引起了制造技术的一次革命。微加工技术在微机械的发展过程中占有主导地位，起着关键作用。MEMS体积小、重量轻是利用微细加工技术和某些特殊功能材料，将机构及其致动器、控制器、传感器、电源等集成在一个微小体积范围内发挥机械功能的机电一体化产品，是机、电、光、磁、化学、自动控制、传感技术与信息处理等多种技术的综合。功能比较齐全的微机械就是一个微机电系统，其代表装置就是微机器人。当然，它的实现必须有相应的基础理论及制造技术的支撑按照结构尺寸大小，可将微机械分为：1100mm的微小机械，10tnn一1mm的微机械，10tml一10tnn的超微机械3类。外形微小，操作尺度极小成为微机械的基本特征。微机械综合应用当今科学技术的尖端成果，是影响产业竞争力的基础科技之一。它具有传统机械所未有的优异特性，有着广泛的应用前景和可观的经济效益。微机械在机械工程、医药卫生、航天航空、国防尖端、信息、环境工程以至民生等方面都具有极其重要而广阔的发展前景。就应用而言，美国和日本优先用于航天航空、医疗、生物、民用电子产品等。欧洲主要用于制造技术、测试技术和过程控制技术等方面。从功能上看，微机械具有一般机械远不能及的优势：(1)首先表现在活动空间、操作对象和工作环境上，由于微机械的微小特性，可以进入一般机械无法进入的区间；(2)其次与一般机械相比，微机械所表现的智能化程度更高、实现的功能更趋于多样化。7.微细加工技术发展前景与展望自1958年美国首先研制成功集成电路起，1963年MOS场效应晶体管研制成功，1964年出现PMOS集成电路，1971年以来相继推出了4K、16K、256K、IM、4M、16M、64M、256M 和1G的DRAM(动态存贮器)，并形成规模生产。从集成电路制作技术的发展历史可以看出，到目前为止，国际上集成电路芯片的发展基本上还是遵循摩尔定律和等比例缩小规律，即每隔3年集成度增加4倍，因硅电子器件随着其特征尺寸的缩小，工作速度将会增加，功耗将会降低，其特征尺寸随之相应缩小30 ，同时引发了一系列微细加工技术“极限”问题。8.结束语21世纪，微电子技术仍将以尺寸不断缩小的硅基CMOS工艺技术为主流，硅微电子技术主要发展方向如下：继续缩小器件的特征尺寸；系统集成芯片(SOC)是发展重点；智能芯片。随着器件的缩小，将会带来一系列问题，如散热增大稳定性降低、