1 微电子芯片技术发展对材料的需求 材物

1、芯片技术发展对材料的需求1概述21世纪的微电子技术将从目前的3G逐步发展到3T微电子技术的进展有赖于材料科学和技术的巨大贡献：集成电路本身是制造在各相关体或薄膜材料之上制造过程中也涉及到一系列材料问题2衬底材料半导体衬底材料是发展微电子产业的基础集成电路对硅材料的主要要求及发展趋势：晶片（wafer）直径越来越大随着特征尺寸的缩小、集成密度的提高以及芯片面积的增大，对硅材料有了更高的要求对硅材料的几何精度特别是平整度的要求越来越高硅片表面颗粒或缺陷分类：外生粒子晶生粒子3三种SOI材料SIMOX适合制作薄膜全耗尽超大规模集成电路BESOI适合制作薄膜部分耗尽集成电路Smart Cut SOI非

2、常有发展前景的SOI材料通过改进晶体质量及优化器件结构和工艺，器件性能会有大幅度提高。在Si双极晶体管上通过育入GeSi/Si异质结构可以获得速度性能更好的器件。4栅极结构材料栅极结构材料是CMOS器件中最重要的结构之一，它包括栅绝缘介质层和栅电极两部分。5栅绝缘介质MOSFET的栅绝缘介质层具有缺陷少、漏电电流小、抗击穿强度高、稳定性好、与Si有良好的界面特性和界面态密度低等特点。MOSFET器件特征尺寸进入到深亚微米尺度后，为了克服短沟效应影响，并适合低压、低功耗电路工作的需要，通常要采用双掺杂栅结构随着器件尺寸进一步缩小，电子直接隧穿将变得十分显著。这使得栅对沟道的控制减弱和器件的功耗增

3、加，成为限制器件尺寸缩小的重要因素之一。克服这一限制的有效方法：采用具有高介电常数的新型绝缘介质材料替代SiO2和SiNxOy。采用多层介质膜结构改变衬底性能6栅电极材料串联电阻低和寄生效应小是MOSFET对栅电极材料的基本要求。 金属铝多晶硅难容金属硅化物器件的栅介质和多晶硅栅电极都越来越薄，多晶硅的耗尽效应越来越严重，沟道中杂质的涨落成为影响器件性能的重要制约因素。人们提出了栅工程和沟道零掺杂的概念7存储电容材料存储电容是数字电路中的动态随机存储器（DRAM）和模拟电路中的重要部件。主要需满足：集成度、存储容量高、存取速度快、能随机存取非挥发性新型氧化物铁电材料：高介电常数作为DRAM的存

4、储电容绝缘介质层材料电极化强度随电压变化的电滞效应制备铁电随机存储器（NVFRAM）8高介电常数的DRAM影响高介电常数铁电材料在DRAM中应用的主要因素：较大的漏电流较高的体和界面缺陷较低的介电击穿强度与硅工艺的兼容性9非挥发性铁电存储器（NVFRAM）NVFRAM利用铁电材料具有自发极化以及自发极化在电场作用下反转的特性存储信息。当前NVFRAM研究的主要方向：影响铁电材料抗疲劳性能和自发极化强度因素改进制备工艺开发新的铁电材料铁电材料物理主要研究方向：电极化的极限开关速度铁电材料层能保持稳定的铁电性能的最小厚度开关参数10局域互连材料局域互连多晶硅线条的纵向和横向尺寸都越来越小。由于多晶

5、硅的电阻率较高，接触和局域互连成了影响集成电路速度的重要因素之一。作为栅和局域互连材料必须具有可以实现自对准、热稳定性好，与氧化硅的界面特性好、与MOS工艺兼容等特点。SALICIDE的桥接问题发展方向将以CoSi2或TiSi2/CoSi2复合结构的栅和局域互连材料为主11互连材料互连材料包括金属导电材料和相配套的绝缘介质材料连线层数和互连线长度的迅速增加以及互连线宽度的 减小，将引起连线电阻增加，使电路的互连时间延迟、信号衰减及串扰增加。互连线宽的减小还会导致电流密度增加，引起电迁移和应力迁移效应的加剧，从而严重影响电路的可靠性。减小互联延迟的主要途径：优化互连布线系统设置采用新的互连材料1

6、2为了减少寄生连线的电容和串扰，需要采用较SiO2介电常数更低的绝缘介质材料改进电路系统的互连特性。当器件特征尺寸缩小到深亚微米以下时，铝金属的互连可靠性成为主要问题。Cu互连性能在延迟性和可靠性方面都优于Al。Cu的缺点：Cu污染问题Cu淀积到硅片后便会形成高阻的铜硅化物，而Cu和SiO2的粘附性较差。Cu的布线问题13钝化层材料钝化就是通过在不影响已经完成的集成电路的性能前提下，在芯片表面覆盖一层绝缘介质薄膜，以尽可能少地减少外界环境对电路的影响，使电路封装后可以长期稳定可靠的工作。钝化方法分类:收集型钝化发通过化学键结合淀积阻挡层方法淀积适当的薄膜14加工工艺光刻技术与材料的相关性主要系现在光刻胶、透镜、掩膜版几个方面。化学机械抛光技术（CMP）是一种新型的平坦化工艺技术。CMP进行平坦化的基本工作原理是在CMP设备磨盘中