,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1）所能加工的最小线宽；,2）晶片直径；,3）DRAM（动态随机存储器）所储存的容量。,复习,1，评断集成电路的发展状况的几个指标：,1,1，小尺寸器件会带来哪些问题，如何解决？,复习,器件尺寸缩小，导致,短沟道效应,。,多晶硅栅极由单掺杂发展为双掺杂。,带来pMOS中B的渗透问题。,SiN,x,O,y,能有效克服。较大介电常数，低漏电密度和高抗老化击穿。,器件尺寸进一步缩小，导致栅绝缘介质,隧穿电流,的出现。,高K栅介质材料以增加栅介质厚度。,2,复习,3 微电子芯片最重要的CMOS结构中，各,功能,部分所用材料。,1）,衬底材料：,单晶硅片；衬底材料是制备微电子元件的基础。,2）,栅极结构：,由多晶硅或其它难熔硅化物来制备。,3）,npn晶体管：,由源极，漏极和栅极组成。是集成电路中最重要的器件，可以实现基本的逻辑功能；,4）,浅槽隔离：,一般通过离子刻蚀来制备沟槽，然后覆盖一层热氧化层SiO2。主要功能是隔开相邻的晶体管；,5）,绝缘介质层：,一般由SiO2来制备。栅绝缘介质层和栅电极一起对源极和漏极之间的沟道起控制作用；,6）,源极或漏极：,一般由Al和Cu等金属来制备，要求其和芯片能够形成欧姆接触，有小的串联电阻。,3,1）介电常数k比Si,3,N,4,(k7)大的材料称为高介电常数材料。,随着特性尺寸的减少，需要用合适的高介电常数材料传统的电容介质材料二氧化硅以减少介质层厚度增加电容。大k值介电材料可以用于制造非易失铁电随机存取存储器(FeRAM),如钛锆铅(PZT)或钽锶铋(SBT)。,2）k值比SiO,2,（k 2.微电子芯片技术发展对材料的需求,2.4,存储电容材料/,半导体存储器,PROM：,可编程存储器。,EPROM：,紫外线擦除的可编程只读存储器。这种芯片可以擦除的次数有限。,FLASH：,闪速存储器，它和EPROM类似，写上去的东西也可以擦掉重写，但它要方便一些，不需要光照了，只要用电学方法就可以擦除，所以就方便许多，而且寿命也很长。,7,U盘是USB盘的简称，采用Flash芯片存储的，Flash芯片属于电擦写电门。在通电以后改变状态，不通电就固定状态。所以断电以后资料能够保存。,1999年朗科研发出全球第一款USB闪存盘，成功启动了全球闪存盘行业,。,信息功能材料 2.微电子芯片技术发展对材料的需求,2.4,存储电容材料/,半导体存储器,与传统的电磁存储技术相比有许多优点,:,存储信息的过程中没有机械运动,这使得它的运行非常的稳定。,不存在类似软盘,硬盘,光盘等的高速旋转的盘片,所以它的体积往往可以做得很小。,朗科公司“用于数据处理系统的快闪电子式外存储方法及其装置”（专利号：ZL 99 1 17225.6；美国专利号US6829672。）,8,信息功能材料 2.微电子芯片技术发展对材料的需求,2.4,存储电容材料,SiO,2,是传统的电容介质材料（dielectric）,DRAM(Dynamic Random-Access Memory)动态随机存储器电容绝缘介质层材料；,高介电常数的氧化物铁电材料,NVFRAM(Non-Volatile Random Access Memory)非挥发性的铁电随机存储器是指断电后仍能保持数据的一种RAM。,大介电常数材料，使电容器电介质可维持其,“,坚固,”,的厚度，又能提供有效的电荷存储，尽管其面积和存储电压在继续下降。,C=,.S/d,SiO,2,介电率为3.9；PZT介电率1300。,9,所有的DRAM基本存储单元都是由一个晶体管和一个电容组成。大量存储单元组成存储矩阵。,信息功能材料 2.微电子芯片技术发展对材料的需求,2.4,存储电容材料/,DRAM的单元,电容的状态决定着内存基本存储单元的逻辑状态：,充满电荷的电容器代表逻辑“1”；,“空”的电容器代表逻辑“0”。,晶体管控制电容空或满。一个存储单元只能存储一位二进制数码“1”或“0”，,10,信,息,息,功,功,能,能,材,材,料,料,2.,微,微,电,电,子,子,芯,芯,片,片,技,技,术,术,发,发,展,展,对,对,材,材,料,料,的,的,需,需,求,求,2.4,存,储,储,电,电,容,容,材,材,料,料/,DRAM,的,的,结,结,构,构,示,示,意,意,图,图,钝,化,化,材,材,料,料,金,属,属,连,连,线,线,电,容,容,介,介,质,质,金,属,属,连,连,线,线,硅,化,化,物,物,位,位,线,线,铁,电,电,层,层,MOS,输,入,入,信,信,号,号,线,线,是,是字,线,线,输,出,出,信,信,号,号,线,线,是,是位,线,线,11,铁电存储器,（,（FRAM,）,）产品将ROM的非易,失,失性数据存,储,储特性和RAM的无限,次,次读写、高,速,速读写以及,低,低功耗等优,势,势结合在一,起,起。,FRAM,第,第一,个,个最,明,明显,的,的优,点,点是,可,可以,跟,跟随,总,总线,速,速度,写,写入,，,，无,须,须任,何,何等,待,待时,间,间。,FRAM,的,的第,二,二大,优,优点,是,是近,乎,乎无,限,限次,写,写入,。,。,FRAM,的,的第,三,三大,优,优点,是,是超,低,低功,耗,耗。,信息,功,功能,材,材料,2.,微,微,电,电子,芯,芯片,技,技术,发,发展,对,对材,料,料的,需,需求,2.4,存储,电,电容,材,材料/,铁电,存,存储,器,器FRAM,12,铁电,性,性：电极,化,化规,律,律具,有,有复,杂,杂的,非,非线,性,性，,并,并且,撤,撤去,外,外场,后,后能,保,保留,剩,剩余,极,极化,，,，这,种,种性,质,质叫,铁,铁电,性,性。,铁电,体,体：具有,铁,铁电,性,性的,电,电介,质,质，,如,如钛,酸,酸钡,陶,陶瓷,、,、酒,石,石酸,钾,钾钠,单,单晶,。,。,信息,功,功能,材,材料,2.,微,微,电,电子,芯,芯片,技,技术,发,发展,对,对材,料,料的,需,需求,2.4,存,存,储,储电,容,容材,料,料/铁电,体,体材,料,料,自发,极,极化,特,特性,，,，且,自,自发,极,极化,方,方向,可,可随,外,外加,电,电压,而,而转,向,向，,即,即使,关,关断,电,电源,，,，其,极,极化,方,方向,也,也不,会,会改,变,变；,只,只有,加,加上,反,反向,电,电压,后,后，,极,极化,方,方向,才,才能,被,被改,变,变。,13,由于,铁,铁电,材,材料,具,具有,自,自发,极,极化,，,，利,用,用外,电,电场,作,作用,下,下自,发,发极,化,化的,转,转向,可,可以,做,做成,铁,铁电,存,存储,器,器。,信息,功,功能,材,材料,2.,微,微,电,电子,芯,芯片,技,技术,发,发展,对,对材,料,料的,需,需求,2.4,存储,电,电容,材,材料/铁电体材料,高介电常数,可,可以做电容,器,器的介质材,料,料，这样可,以,以增加电容,，,，即电容可,以,以存储更多,的,的电荷。,电滞回线,磁滞回线,14,当一个电场,被,被加到铁电,晶,晶体时，中,心,心原子顺着,电,电场的方向,在,在晶体里移,动,动。当原子,移,移动时，它,通,通过一个能,量,量壁垒，从,而,而引起电荷,击,击穿。内部,电,电路感应到,电,电荷击穿并,设,设置存储器,。,。移去电场,后,后，中心原,子,子保持不动,，,，存储器的,状,状态也得以,保,保存。铁电,存,存储器不需,要,要定时更新,，,，断电后数,据,据能够继续,保,保存。,铁电存储器,技,技术和标准,的,的CMOS,制,制造工艺相,兼,兼容。铁电,薄,薄膜被放置,于,于CMOS,基,基层之上，,并,并置于两电,极,极之间，使,用,用金属互连,并,并钝化后完,成,成铁电制造,过,过程。,信息功能材,料,料 2.微电,子,子芯片技术,发,发展对材料,的,的需求,2.4,存储电容材,料,料/铁电体材料,FeRAM,使,使用的铁电,体,体材料大体,分,分为两类,Pb(Zr,Ti)O,3,(PZT锆,钛,钛酸铅)和(Sr,Ba)TiO,3,(SBT钛,酸,酸钡锶)。PZT可在,低,低温下生产,产生的电,荷,荷量大,而SBT则可,实,实现低耗电,。,。,智能IC卡,？,？,15,信息功能材,料,料 2.微电,子,子芯片技术,发,发展对材料,的,的需求,2.4,存储电容材,料,料/铁电体材料,电信号控制,极,极化状态,16,信息功能材,料,料 2.微电,子,子芯片技术,发,发展对材料,的,的需求,2.4,存储电容材,料,料/铁电体存储,器,器,17,每个存储单,元,元由两个MOS管和两,个,个铁电电容,组,组成，为2T2C型单,元,元,信息功能材,料,料 2.微电,子,子芯片技术,发,发展对材料,的,的需求,2.4,存储电容材,料,料/铁电体存储,器,器,18,信息功能材,料,料 2.微电,子,子芯片技术,发,发展对材料,的,的需求,2.5,局,局域互连材,料,料,集成电路內,部,部器件之间,，,，以及集成,电,电路与外界,的,的联系，全,靠,靠一些金属,或,或具金属电,导,导特性的薄,层,层来传输电,流,流讯号。,這些导电薄,层,层主宰了集,成,成电路的运,行,行速度。电,阻,阻愈小，电,流,流讯号的延,迟,迟便愈短，,集,集成电路的,速,速度也便愈,快,快；同时，,热,热耗散也愈,小,小，器件可,以,以更紧密排,列,列，集成度,提,提高。,19,集成电路內,部,部器件之间,的,的互连材料通,常,常称为局域互连材,料,料。早期多采用多晶硅,。,。,集成电路与,外,外界的联系,的,的互连材料一,般,般采用金属互连材,料,料。Al是目前,集,集成电路工,艺,艺中最常用,的,的金属互连,材,材料。,信息功能材,料,料 2.微电,子,子芯片技术,发,发展对材料,的,的需求,2.5,局,局域互连材,料,料/互连类型,互连的类别,：,：,芯片内互连,、,、芯片间互,连,连,长线互连,中等线互连,短线互连,20,信息功能材,料,料 2.微电,子,子芯片技术,发,发展对材料,的,的需求,2.5,局,局域互连材,料,料/互连类型,金属互连,（Ti/Al（Cu）/TiN,钨接触枢纽,局域互连：硅化物,中等线互连：W,21,金属硅化,物,物是由金属,和,和硅组成,的,的化合物,，,，很多呈,金,金属导电,特,特性。,低电阻；,高温稳定,性,性；,高的电子,迁,迁移率阻,抗,抗；,离子注入,法,法合成硅,化,化物是近,十,十年才发,展,展的技术,。,。,信息功能,材,材料,2.,微,微电子,芯,芯片技术,发,发展对材,料,料的需求,2.5,局,局域互,连,连材料/金属硅化,物,物,随着集成,度,度的提高,，,，多晶硅,的,的电阻率,较,较高，接,触,触和局域,互,互连成了,影,影响电路,速,速度的重,要,要因素。,导体：WSi,x,、TiSi,2,、Ti、W、Poly（多,晶,晶硅）,22,信,息,息,功,功,能,能,材,材,料,料,2.,微,微,电,电,子,子,芯,芯,片,片,技,技,术,术,发,发,展,展,对,对,材,材,料,料,的,的,需,需,求,求,2.5,局,局,域,域互,连,连材,料,料/,自对,准,准金,属,属硅,化,化物,“自,对,对准,金,金属,硅,硅化,物,物”,制,制程,的,的主,要,要流,程,程,在栅,极,极、,源,源极,与,与漏,极,极都,镀,镀上,金,金属,硅,硅化,物,物的,制,制程,称,称为,“,“自,我,我对,准,准金,属,属硅,化,化物,制,制程,”,”（Self-AlignedSilicide）,，,，通,常,常简,称,称salicide制,程,程。,23,钨插,塞,塞（TungstenPlug）,主,主要,利,利用,金,金属W具,有,有极,佳,佳的,阶,阶梯,覆,覆盖,能