型硅基集成微电子及光电子材料

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1、新型硅基集成微电子及光电子材料1主要内容微电子的发展规律与现状0.13微米以下面临的问题及可能的解决办法高K介质材料缓冲层或隔离层材料Si基发光材料工作设想2一.微电子技术发展的规律及现状Moore定律等比例缩小(Scaling-down)定律3自发明以来，IC芯片的集成度每三年提高4倍，而加工特征尺寸缩小倍。这就是Intel公司创始人之一G.E.Moore1965年总结的规律，被称为摩尔定律。微电子技术发展的ROADMAP4Moore定律1965年Intel公司的创始人之一G.E.Moore预言IC产业的发展规律集成电路的集成度每三年增长四倍，特征尺寸每

2、三年缩小倍5Moore定律10G1G100M10M1M100K10K1K0.1K19701980199020002010存储器容量60%/年每三年，翻两番1965年，G.Moore预测半导体芯片上的晶体管数目每两年翻两番6微处理器的性能100G10G1G100M10M1MKilo19701980199020002010PeakAdvertisedPerformance(PAP)Moore’sLawRealAppliedPerformance(RAP)41%Growth80808086802868038680486PentiumPentiumPro

3、7IC技术是近50年来发展最快的技术8Moore定律性能价格比在过去的20年中，改进了1,000,000倍在今后的20年中，还将改进1,000,000倍IC类型(按器件结构分)双极型IC：主要由双极三极管构成NPN型PNP型MOS型IC：主要由MOS三极管构成NMOSPMOSCMOS双极-MOS(BiMOS)型IC：综合了双极和MOS器件两者的优点，但制作工艺复杂目前，采用CMOS工艺制作的IC器件占总数的90%以上优点是速度高、驱动能力强，缺点是功耗较大、集成度较低功耗低、集成度高，随着特征尺寸的缩小，速度也可以很高1011我国年微电子发展情况上海中

4、芯国际：8英寸，0.25微米上海宏力:8英寸，0.25微米北京华夏半导体:8英寸，0.25微米天津Motorola:8英寸，0.25微米上海贝岭:华虹NEC：12我国微电子发展情况（南昌）晶湛科技有限公司国内第六条8英寸生产线江西联创光电公司国家“铟镓氮LED外延片、芯片产业化”示范工程企业，国家半导体照明工程产业化南昌基地核心企业晶能（LatticePower）公司硅基蓝光LED生产线1321世纪初叶是我国微电子产业的黄金时期!我国年微电子发展展望14微电子的特点微电子中的空间尺度以m和纳米nm为单位。微电子学是信息领域的重要基础学科,它以实现电路和系

5、统的集成为目的。同时,微电子学也是一门综合性很强的学科涉及了固体物理学、量子力学、热力学与统计物理学、材料科学、电子线路、信号处理、计算机辅助设计、测试与加工、图论、化学等多个学科微电子有很强的渗透性，它可以是与其他技术结合而诞生出一系列新的产物，例如微机电系统(MEMS)、生物芯片等15等比例缩小定律1974年由Dennard提出基本指导思想是：保持MOS器件内部电场不变：恒定电场规律（CE律）等比例缩小器件的纵向、横向尺寸，以增加跨导和减少负载电容，提高集成电路的性能电源电压也要缩小相同的倍数16CE律的问题阈值电压不可能缩的太小源漏耗尽区宽度不可能按

6、比例缩小电源电压标准的改变会带来很大的不便17恒定电压等比例缩小规律(CV律)保持电源电压Vds和阈值电压Vth不变，对其它参数进行等比例缩小。18准恒定电场定律（QCE律）CE律和CV律的折中，20世纪采用的最多随着器件尺寸的进一步缩小，强电场、高功耗以及功耗密度等引起的各种问题限制了按CV律进一步缩小的规则，电源电压必须降低。同时又为了不使阈值电压太低而影响电路的性能，实际上电源电压降低的比例通常小于器件尺寸的缩小比例器件尺寸将缩小倍，而电源电压则只变为原来的/倍1920特征尺寸继续等比例缩小IC发展成为片上系统(SOC)微电子技术与其它领域相结

7、合将产生新的产业和新的学科，例如MEMS、DNA芯片等21世纪微电子技术的三个发展方向21微细加工技术目前0.18m和0.13m已开始进入大生产在90nm-65nm阶段，最关键的加工工艺—光刻技术还是一个大问题，尚未完全解决二.特征尺寸缩小到0.13m以下面临的问题22互连技术铜互连已在0.25/0.18um技术代中使用；但是在0.13um以下，铜互连与低介电常数绝缘材料共同使用时的可靠性问题还有待研究开发23新结构与新材料新型器件结构新型材料体系高K介质金属栅电极低K介质24传统的栅结构重掺杂多晶硅SiO2硅化物经验关系:LToxXj1/3栅介

8、质的限制25随着d的缩小，栅漏电流呈指数性增长超薄栅氧化层栅氧化层