半导体微纳器件及其应用

班课程第13研究中 半导半导体集成技术工 硅纳米线晶体管 、性能与应纳米（Nanometer）是一个长度单位，简写为nm1nm=10-3μm=10-9m8~~10–50µm在这些相关技术中，图形技术是微电子制造技术发展的主要驱动者。图形分辨率和套刻精度的不断提的图形，这些图形就是通过工艺来完成的。图形最此，工艺成为半导体器件制造的。

4 技术是近30年来发展起来的一门新兴技术，它集电子光学、精密机械、真空、计算机自动控制等近代高新技术于一体，是推动微电子和微细加工技术进一步发展的之一。先进的机主要适用于0.5微米以实现数十纳米线条的技术广泛地应用于制造新型微纳结构器件、高精刻掩模版、以及纳米压印的印模 系

什么 | C-C-C-C-C-C- |

| C-C-C- C-C- |

电子透镜:像 磁透镜:聚 V0 V0光学折射率在1—2.5些像差（非圆形束斑）对发射电子聚束的电子透镜（阴极透镜）。 投投影原理积1mm2的方形子场。系统最大的偏转场距离为±10mm。每个偏转场完毕后，样片步进到相邻偏转场内。束样品台移 移斑其电流密度呈分布，故称圆形束。工作原理：在扫描场内逐个对单元图形 束能量可调：200eV-水平控制：三点压电接触、6”激 平写场可调图形快速生成：10MHz描写速双PC机控制系统：光刻与SEM测图形编辑：GDSII格式，剂量可

图形直写：最小线宽分辨率晶片支架：1cm2样片~6inch晶,MEMS结构：如悬臂对应版图进行SEM观设备启样

SpinspeedvsfilmthicknessforPMMA950KCresist2%inChlorobenzeneResistResistFilmThickness

PMMA950KC2Spintime:30sSub:Si(n=3.850)SUSSCoating

SpinSpeed正抗蚀剂：入射粒子将聚合物链打断 的区域变得更容易溶解显影完毕后 图形阴影部分的胶都溶解了可以用深紫外或者X射负抗蚀剂：入射粒子将聚合 起来 的区域变得更不容易溶解显影完毕后 图形阴影以外部分的胶都溶解了HSQ（Hydrogen抗蚀 要获得小的束斑直采用合适的加速采用较小尺寸的采用小的工作设置小的写设置小 步坐标Global变换:样品(U,V)坐标Global变换:样品(U,V)样品台Vy写场的对图形拼样品台移起点(U,V)写场中

x套刻Local变换:版图(u,v)样品

U建立GlobalUV坐标系，实际上是建立样品台坐标系（x，y）与样品坐标系Global（U，V）之间坐标转换，使得在后续的操作中，可以通过样品坐标系对样品进行寻址和导航（Navigation）BeamStagebylaserSample Beam(zoom,shift,vu

套刻要以样品上已有的在同一用三点对准建立LocalUV时要注意将AdjustUV窗口中的Global转变为 Gaussianbeam,Vectorscan,Fixed

AreaDoseDoseIbeamIbeam=beamcurrentTdwell=dwelltimes=stepWritefieldstitching→ChipPositive | |

| |

(a)300Forward101020301002003003006009000.10.20.3邻近效应（Proximity

PMMA950K正胶10s-20s定影IPA,定影时10s-前向特性经常非弹背向特性随机弹是哪种电子导 呢二次电子导致大部分抗蚀 邻近效应(Proximity蒸发300Å

未补 图金属剥离后的高分辨 的纳米图验 极 线条线条宽度:甩胶厚度束流电压线条宽度:光阑孔径圆孔半径:圆孔半径:对扩展和注入20keV 3keV 1keV500electronscattering线条的粗

Chain影 图像分辨率的因的分厚胶（背向电子散射范围薄胶（前向电子散射范围：电子波长~0.5nm胶的极化学放大胶（酸的扩散范围6060硅纳

光刻、腐 EBL、腐蚀、氧 金属蒸发、退SOI基 纳米1、高分辨 23、化学腐蚀与ICP456

的纳米图标 极 优 参线条宽度:线条宽度:圆孔半径:圆孔半径:vuXShift110nmYShift:40nm

解决套刻过程中写场拼接问题内，例如200200m23：化学腐蚀与ICP刻蚀硅

ICP:20nm ICP:40nm Top15nm栅氧化前进行的牺牲氧化(热氧化氟酸溶液腐蚀)栅氧化/栅氧化/后

GordenCPUtransistorcountandfeaturesize Technology90

65

45

32 22nm14栅控能

关态电流开关陡直（开的快开态电流

高性 纳米尺寸器 系列问短沟道效应、DIBL效应等，亚阈特 源/漏区几个纳米的突变结，工 32nm,

22nm,45nm,90nm,InventedSiGeStrained

nm,2ndGen.SiGe

Metalgate

2ndGen.High-Metal

FirsttoLgate==10Strain

High-Kmetal源源区向沟道的电子注入行为取决于沟道采采用围栅控制导电沟道，可以明善开关性能和沟道电流密度较细的沟道有利 多栅结具有具有可以 Bottom-up工N.Singhet.al.Si,SiGeNanowireDevicesbyTop–DownTechnologyandTheirApplications,IEEETran.Electronicdevices55(11),p.3107,2008

R.X.Yanet.al.Nanowirephotonics,NaturePhotonics3,p.569,2009Bottom-upBottom-upTop-down工易 出小尺寸纳米结掺杂未采

优势与现刻蚀P.Zhang,et.al.MultigateandNanowireMetalOxideSemiconductorField-EffectTransistorsandTheirApplication,ACSNANO1(1),p.6,2007

Enhancedbiological&chemicalN.Misraet.al.Bioelectronicsiliconnanowiredevicesusingfunctionalmembraneproteins,PNAS106(33),p.13780,2009X.L.Fenget.al.VeryHighFrequencySiliconNanowireElectromechanicalResonators,Nasnoletters7(7),p.1953,2007

ThermoelectricY.Zhanget.al.CharacterizationofHeatTransferAlongaSiliconNanowireUsingThermoreflectanceTechnique,IEEETran.Nanotechnology5(1),p.67,2006

常规晶体管器件结构无结晶体管器件结构整个纳米线部分采取统一高掺杂，不存在PN

4 12d F eN

EBL&ICP定义器件 平面为多条围栅纳米线沟道显著提高了导

随着栅长的减小，SS发

<110>/(110)<110>/(110)方向的饱和电流比<100>/(110)方向可提高10%Lgate=1m,Wfin=90nm,Hfin=60nm,(110)/<110>:(110)/<100>:(100)/<110>=2.5:1.6:11JJAP‐8‐588,JAP‐39‐1923,IEDM2003PSi衬NSi衬(反型模式

Wfin=90nm,Lgate=0.3m,高驱动电高驱动电N型单线W=30nm,H=30nm,多线W=20nm,H=30nm,

Lgate=280nm,W=30nm,H=30nm,N= 22

V 22

2

NS y

z

Wsi：30nm，