表面微细加工9解析

1、第九章 表面微细加工技术,机器人技术的应用,如1Gb的UKSI芯片，条宽只有约0.1m，即100nm，单个芯片集成了10亿只晶体管。目前可以认为晶体管的极限是0.05m。为了超越这个极限，必然要进入纳米尺度下的各种研究领域，微细加工技术也要走进纳米加工工艺。,表面微细加工技术在微机电系统的应用。,第九章 表面微细加工技术,表面微细加工技术指那些能够制造微小尺寸元器件或薄膜图形的方法。 微细加工的 加工尺寸一般在亚毫米(常指低于100m)至纳米级范围内， 加工的单元则从微米级、纳米级到原子级(级)。,STM 技术在Si(111)面上形成的“中国”字样。 最邻近硅原子间的距离为0.4nm。,纳米量

2、级结构的制作是纳米技术的关键技术之一。 我国SPM系统在Au-Pd合金膜表面上机械刻画出的最小线宽为25nm。,三种类型的微细加工： 分离型或者去除型加工，即以分解、蒸发、溅射、刻蚀、切削、破碎等方法将材料中所希望去掉的部分分离出来的加工方法； 生长型加工方法，即以一种材料作为基材，在其上添加另一种材料，形成所需的形状或者图形的加工方法。按此定义，在前面章节所介绍的物理气相沉积、化学气相沉积、离子注入、电镀、化学镀都属于微细加工技术； 变形加工，指材料形状发生变化的加工，如塑性变形、流体变形等。,集成电路的制作步骤,MOS晶体管的制作步骤,许多的微细加工是通过前两种方式的组合来完成，如先沉积导

3、电薄膜，然后利用光刻技术选择性腐蚀，将其制成导电图形。 以集成电路的制造为核心的微电子工业的发展在很大程度上取决于微细加工技术的发展。当加工精度以微米、纳米、甚至以原子单位(约0.10.2nm)为目标时，常规的加工方法已经无能为力，需要借助特种加工的方法，如离子溅射和离子注入、电子束曝射、激光束加工、金属蒸镀和分子束外延等，极细微地控制表面层物质去除或添加的量，达到微细加工的目的。,当前，不断发展的微细加工技术正在向纳米制造技术延伸。 纳米制造技术含盖了近年来由微电子与微机械集成的微机电系统、由微电子与生物工程结合而发展起来的生物芯片技术等，是被公认为将影响21世纪科技发展的三大技术领域之一。

4、 人们预期，这些技术将使人类在认识自然和改造自然方面的能力实现又一次飞跃，对信息、材料、生物医疗、航空航天等领域产生重大影响。,常用微细加工技术 1.光刻工艺 2.掩模板制作工艺 3.电子束与离子束微细加工 4.激光微细加工,光刻的基本原理： 利用光致抗蚀剂(或称光刻胶)感光后因光化学反应而形成耐蚀性的特点，将掩模版上的图形刻制到被加工表面上。 掩膜(mask)的概念: 它是一块印有所需要加工图形的透光玻璃片。当光线照在掩模版上时，图形区与非图形区对光线的吸收与透过能力不同。,主要步骤是： 涂布光致抗蚀剂； 套准掩模版并曝光： 用显影液溶解未感光的光致抗蚀剂层； 用腐蚀液溶解掉无光致抗蚀剂保护

5、的二氧化硅层； 去除已感光的光致抗蚀剂层。 通过这些步骤，就将掩模版上的图形转化成为SiO2在衬底上的图形。,硅基底的氧化,半导体的制作过程,半导体芯片中的双层金属布线连接,半导体芯片中的金属布线连接,半导体芯片中的金属布线连接,半导体芯片中的NPN结双极晶体管,表面超微图形加工技术,涂光致抗蚀剂,曝光,显影,腐蚀,去胶,光刻 技术,当前的光刻技术，采用193nm曝光波长，可实现大于100nm线宽的图形。 下一代光刻技术，*157nm曝光，小于50nm线宽图形。 再下一代光刻技术，*126nm曝光。,* 德国的Carl Zeiss公司 美国的劳伦斯利弗莫尔国家实验室、SVGL公司 日本的尼康公

6、司 荷兰的ASML公司,* 德国的Carl Zeiss公司 美国的劳伦斯利弗莫尔国家实验室,光刻技术IC产业的关键技术,STM 技术在Si(111)面上形成的“中国”字样。 最邻近硅原子间的距离为0.4nm。,纳米量级结构的制作是纳米技术的关键技术之一。 我国SPM系统在Au-Pd合金膜表面上机械刻画出的最小线宽为25nm。,光刻的精度很高，可达微米数量级。 为得到蚀刻线条清晰、边缘陡直、分辨率小于1m的超微细图形，近年来发展出： 远紫外曝光、x射线曝光、电子束扫描曝光以及等离子体干法蚀刻等新技术。,二、电子束与离子束微细加工 电子束与离子束微细加工是通过具有一定能量的电子束、离子束与固体表面相互作用来改变固体表面物理、化学性质和几何结构的精密加工技术。加工精度可达微米、亚微米直至纳米级。 电子束、离子束微细加工是20世纪60年代以来为满足微电子器件，特别是大规模、超大规模集成电路的研制而发展起来的，现在正得到越来越广泛的应用。,电子束微细加工,离子束刻蚀 离子束刻蚀是用具有一定能量的离子束轰击带有掩模图形的固体表面，使不受掩蔽的固体表面被刻蚀，从而将掩模图形转移到固体表面的一种微细加工技术。 离子束刻蚀有两种： 利用惰性气体离子(如氩离子)在固体表面产生的物理溅射作用来进行刻蚀，简称离子刻蚀。 其特点是刻蚀方向性好，精度高，适合于任何材料，包括化学活性很差的材