微电子制造科学原理与技术(1+2)
第六章外延生长
3、超饱和度（supersaturation）模型 超饱和度（supersaturation）
(1) 超饱和度的定义： 超饱和度的定义：
当超饱和度为正 当超饱和度为正时，系统为超饱和，—— 外延生长； 外延生长； 系统为超饱和， 当超饱和度为负 当超饱和度为负时，系统不饱和， 系统不饱和， —— 刻蚀过程。 刻蚀过程。
d. 其他：RTCVD外延、UHVCVD外延、离子束外延等等 其他：RTCVD外延 UHVCVD外延 外延、 外延、
3、 外延层的作用：独立控制薄膜晶体结构（组分）、厚度、 外延层的作用：独立控制薄膜晶体结构 组分）、厚度、 晶体结构（ ）、厚度
杂质种类及掺杂分布
(1) 双极工艺：器件隔离、解决集电极高击穿电压与串连电阻的矛盾 双极工艺：器件隔离、 (2) CMOS工艺：减小闩锁（Latch-up）效应 CMOS工艺 减小闩锁（Latch-up） 工艺： (3) GaAs工艺：形成特定的器件结构层 GaAs工艺 形成特定的器件结构层 工艺： (4) 其他：制作发光二极管、量子效应器件等 其他：制作发光二极管 量子效应器件等 发光二极管、
超饱和度模型未能预测，因为低浓度下外延生长速率是受气 超饱和度模型未能预测， 相质量输运限制的。 质量输运限制的
c. 超饱和度的值过大，会影响单晶薄膜的质量（与薄膜生长模式 超饱和度的值过大，会影响单晶薄膜的质量（
有关）。 有关）。
4、薄膜生长的三种模式： 薄膜生长的三种模式：
(1) 逐层生长（ 逐层生长（Layer Growth） 理想的外延生长模式 Growth）
该临界尺寸可写为： 该临界尺寸可写为：
其中，U 是表面的界面自由能，V 是原子体 其中， 是表面的界面自由能， 积， σ0 是反应剂的分气压与平衡气压的比 值（称为饱和度）。 称为饱和度 饱和度）。
微电子学专业介绍.ppt
微电子专业内容
1. 半导体材料：Si、GaAs、ZnSe
用什么做？
2. 半导体物理：
3. 半导体器件：元器件(电子和光电子）、集成电
路
4. 半导体工艺：制造工艺、测试技术、微机械
做什么？
5. 计算机辅助器件、工艺模拟
6. 新型器件、微系统的开发 7. 设计软件的开发
怎么做？
内容
1. 什么是微电子学？ 2. 我们的条件是什么？ 3. 毕业后去哪里？ 4. 学习什么知识？
➢ 1966年由高教部批准成立了半导体研究室。承担了许多科研项目，国家和地方的重 点或重大科研任务，培养了一批又一批的学生
➢ 1976年后还培养了相当数量的“半导体物理与器件物理”的硕士生和博士生， ➢ 1996年 “半导体物理与器件”专业改为“凝聚态物理”专业 ➢ 2006年 批准设立“微电子学与固体电子学”博士点
用于“信息光电子材料与信息技术”的补充 三． “211工程”十一五 投入是~2000万元，形成微电子的完善工艺 四． “985” 投入
“萨本栋微机电研究中心”， 一期（2000年-2003年）3500多万， 中心建立 以硅为基础的微电子机械加工工艺实验室和微电子设计研究室，有先进的 集成电路平面工艺和测试所需的设备及设计环境和软件工具，为微电子学 科研和教学提供了一 个良好的基地。 “985”第二期（2004年-2006年） 计划投 入建设经费3000万。
例如微机电系统（MEMS）、生物芯片等
• 微电子学
•
学科：理学
门类：电子信息科学类
专业名称：微电子学
业务培养目标：本专业培养掌握微电子学专业所必需的基础知识、基本理论和基本实验技能， 能在微电子学及相关领域从事科研、教学、科技开发、工程技术、生产管理与行政管理等工作的高 级专门人才。
电子科学与技术
电子科学与技术0809电子科学与技术一级学科博士、硕士学位基本要求第一部分学科概况和发展趋势电子科学与技术的研究对象是电子运动规律、电磁场与波、电子和光电子材料与器件、电子线路及其系统。
关注的核心内容是微粒子(例如:电子和光子)的运动规律及其传播载体(即器件集成与线路构造)和方式(即电磁场与电磁波)，以及包括信息领域以及其他相关领域的各种应用问题。
从微观视角研究微粒子运动及其产生的场和波，为信息的获取表征、计算、传播、存储提供了电子化手段，为电子能量传播提供了新途径，使得人类进入电子信息时代，也使得电子科学与技术成为了现代各类科学技术的重要基础。
自欧姆定律(1827年)和克希荷夫定律(1845年)奠定电路分析与计算理论重要基础，以及麦克斯韦(1864 年)在安培、法拉第实验基础上创立电磁场理论体系以来，电子科学与技术学科的发展已有近二百年的历史，一直沿着以电路为代表的“路”和以电磁场为代表的“场”两条路线发展。
其研究方向可以概括为:以粒子与波的运动规律为基础，探索电磁场与波及其与物质相互作用机理;以新型电子材料和集成器件为依托，构建电子系统，实现电子能量与信息的存储和传播。
由于新型电磁材料、集成电路新技术、光量子与纳米新技术的不断涌现，电路集成度按摩尔定律的持续、高速提升，大大推动了以计算机、通信和自动控制为核心的电子信息技术的发展。
在此基础上，微电子机械(MEMS)和微纳结构器件的发展，以及光电子器件与芯片制造技术功能和规模的革命性进展，又一次推动了新的技术革命。
以电子科学与技术为基础的电子系统和光电子系统正在向高速化、绿色化、集成化、数字化、网络化、智能化方向发展。
第二部分博士学位的基本要求一、获本学科博士学位应掌握的基本知识及结构1(微粒子基本运动规律电子、光子、介子等微粒子的交换实现了物质核子间的强相互作用，它们是产生和传递电磁相互作用的基本粒子，是电磁辐射的载体，也是电磁相互作用的媒介子，更是物质强相互作用的结果。
微电子科学与工程专业大学排名3篇
微电子科学与工程专业大学排名第一篇：关于微电子科学与工程专业概述及排名微电子科学与工程专业是一门研究微电子器件、集成电路、微机电系统（MEMS）、传感器、光电器件、信息储存等微纳电子器件与系统制造、设计、材料、工艺及应用的学科。
微电子科学与工程是现代电子技术、计算机技术和通信技术等发展的关键学科之一，是现代信息化信息社会发展的重要支撑。
当下，微电子科学与工程是国家重点学科之一，排名也非常靠前。
下面我们就来看一下我国在微电子科学与工程领域的一些大学排名：1.清华大学微电子学系：清华大学微电子学系是我国成立最早的微电子系之一，也是我国微电子科学与工程领域的翘楚之一。
其办学历史由来已久，迄今已有50多年历史。
在这五十多年里，学系在学科建设、教学与科学研究方面取得了骄人的成绩，在微电子科学与工程领域中享有盛誉。
2.上海交通大学微电子学系：上海交通大学微电子学系在国际上被公认为具有非常高的学术水平，在微电子技术、电子光子技术及微机电系统的领域有着世界领先的研究成果。
自1958年成立以来，学系已通过几代人的不懈努力，将学科水平不断提高，自然成为了一所国际一流的微电子科学与工程学院。
3.北京大学信息科学技术学院：北京大学信息科学技术学院是我国著名的信息科学研究机构之一，也是我国微电子科学与工程学科领域的重要一环。
该学院拥有一批优秀的师资队伍，通过不断创新教学模式，培养了一批批优秀的微电子科学与工程领域的人才。
总体来看，国内的微电子科学与工程专业在全球范围内的排名处于相当高的水平，这也充分衬托了我国微电子科学与工程领域的专业实力。
第二篇：解析微电子科学与工程专业的课程设置微电子科学与工程专业的课程设置主要以电子信息科学和电子工程学为基础，主要涉及以下几个方面：1.微电子器件原理与制造技术方面：这一方面主要包括有关于半导体物理、材料科学、器件设计和制造技术的相关课程，比如半导体物理和器件学、微电子制造技术、介电材料及器件、微机电系统设计等课程。
微电子概述
穴也是一种缺陷，总称为电子缺陷。
过剩电子或空穴被束缚在缺陷位置上，形成
一个附加电场，引起晶体中周期性势场畸变，
所以称它们为带电缺陷。非化学计量缺陷也 带有电荷，有人因此把它归类到带电缺陷中。
0.4 教材及参考书目
选用教材：
《功能材料的缺陷化学》蒲永平编，2007.12，化学 工业出版社。
主要参考书目: 《材料化学》朱光明 秦华宇合编，2005.6，机械工 业出版社。 《材料化学》李奇 陈光巨编著，2004.12，高等教 育出版社。 《无机材料化学》林建华 荆西平等编著，2006.2，
（3）利用物理与化学原理合成材料的阶段： 20世纪初，由于物理和化学等科学理论在材 料技术中的应用，从而出现了材料科学。超 导材料、半导体材料、光纤等材料都是这一 阶段的杰出代表。 （4）材料的复合化阶段：20世纪50年代金属 陶瓷的出现标志着复合材料时代的到来。 （5）材料的智能化阶段：如形状记忆合金、 光致变色玻璃等等都是近年研发的智能材料。
非化学计量缺陷也是某些固体材料所固有的， 尽管它的浓度不仅会随温度而变化，且会随周 围气氛性质及其分压大小的改变而改变；但热 缺陷一般与气氛无关。有的学者把严格意义上 的非化学计量缺陷也归类到本征缺陷。
0.3.4 电子缺陷和带电缺陷
在实际晶体中，会存在着电荷缺陷，在导带
中有电子，在价带中有电子空穴康纳尔大学研制成的“纳米直升机”示意图
神奇的纳米碳管（密 度是钢的1/6，而 强度却是钢的100 倍）
载激光 束（蓝色） 的纳米传 感器探针 穿过活细 胞，以检 测该细胞 是否曾置 于致癌物 质下
用扫描隧道显微镜的针尖将原子一 个个地排列成汉字，汉字的大小只 有几个纳米
1.电子工艺概论
3．电子工艺与设计
电子工艺与技术，唇齿相依： 设计以制造为目标，制造以设计为依据，二者密不可分。 电子设计者必须了解产品制造过程及工艺对设计的要求 和约束 产品制造者必须了解设计要素对工艺的要求及制造工艺 保障设计指标的方法
1.2 电子工艺技术及其发展
1.2.1 电子工艺技术发展概述
电子产品是由各种电子元器件按照电路原理图的规则连 接而成的。使多种材料造成的大小悬殊、形状多变、功能 各异、性能复杂的形形色色元器件各就其位、可靠连接， 实现电子产品的功能，就是电子工艺技术的使命。 电子产品的历史自19世纪末电报电话的应用开始。真正 工业生产意义上的电子组装产生于20世纪30年代以后，以 印制电路技术逐渐完善和广泛应用为起点，至今，经历了 四代技术发展历程。
在电子制造技术中，电子组装技术处于 产业链的中间位置，对整个产业的发展具有 承上启下的关键作用，是将科学技术成果转 化成社会财富的重要环节。
IC设计制造 电子系统 设计 电子零部件 材料设计制造 电子 组装技术 产品 销售
售后 服务
物流系统
1.2.2 电子工艺的发展历程
1．电子工艺的早期——导线直连技术
7．电子工艺的当前主流——表面贴装技术（SMT） 20世纪70年代发展起来的表面贴装技术，克服通孔安装 技术的局限性，将体积缩小的无引脚或短引脚片状元器件 直接贴装在印制电路板铜箔上，焊点与元器件同一面，实 现了电子产品组装的高密度、高可靠性、小型化、低成本， 以及生产的自动化和智能化。
1.3 电子工艺技术的发展趋势
传统的电子工艺技术经过百年积累和发展，已经形成了一套完整 的理论体系和完善的工艺流程，现在仍然是电子产品制造的基础， 特别是在电子实践活动中具有很强的实用价值。 随着电子科技的迅猛发展和信息化时代对电子产品越来越高的要 求，传统的电子工艺技术越来越受到挑战，各种革新的电子工艺技 术不断涌现，推动电子工艺向进一步微型化、精密化和高效化发展。
哈工大微电子工艺(1)单晶硅
光学曝光
X射线 射线 电子束） （电子束）
摩尔定律：每隔 年 集成度提高 集成度提高4倍 摩尔定律：每隔3年IC集成度提高 倍
15
2002年1月：英特尔奔腾4处理器推出，高性能桌面台式电脑由此可实现 每秒钟22亿个周期运算。它采用英特尔0.13微米制程技术生产，含有 5500万个晶体管。 2002年8月13日：英特尔透露了90纳米制程技术的若干技术突破，包括 高性能、低功耗晶体管，应变硅，高速铜质接头和新型低-k介质材料。 这是业内首次在生产中采用应变硅。 2003年3月12日：针对笔记本的英特尔·迅驰·移动技术平台诞生，包括了 英特尔最新的移动处理器“英特尔奔腾M处理器”。该处理器基于全新 的移动优化微体系架构，采用英特尔0.13微米制程技术生产，包含7700 万个晶体管。 2005年5月26日：英特尔第一个主流双核处理器“英特尔奔腾D处理器” 诞生，含有2.3亿个晶体管，采用英特尔领先的90纳米制程技术生产。 2006年7月18日：英特尔安腾2双核处理器发布，采用世界最复杂的产品 设计，含有17.2亿个晶体管。该处理器采用英特尔90纳米制程技术生产。 2006年7月27日：英特尔·酷睿™2双核处理器诞生。该处理器含有2.9亿 多个晶体管，采用英特尔65纳米制程技术在世界最先进的几个实验室生 产。 2007年1月8日：为扩大四核PC向主流买家的销售，英特尔发布了针对桌 面电脑的65纳米制程英特尔·酷睿™2四核处理器和另外两款四核服务器 处理器。英特尔·酷睿™2四核处理器含有5.8亿多个晶体管。 2007年1月29日：英特尔公布采用突破性的晶体管材料即高-k栅介质和 金属栅极。英特尔将采用这些材料在公司下一代处理器——英特尔酷睿 ™2双核、英特尔酷睿™2四核处理器以及英特尔至强系列多核处理器的 数以亿计的45纳米晶体管或微小开关中用来构建绝缘“墙”和开关 16 “门”。采用了这些先进的晶体管，已经生产出了英特尔45纳米微处理 器。
微纳制造
从制造角度来说，国内的微纳技术应用处理除了在微电子技术、生命科学 生物工程及材料应用外，在机电工程领域如静电陀螺等精确制导系统方面也有 应用。但总体来说，国内微纳制造加工成熟度不高，纳米制造在工业上应用更 少。 原 因： （1） 我国工业底子薄，一些最适合应用到微纳技术的领域的核心技术、核心装 备并没有掌握在我们手里。 （2） 我国的科研体系更倾向于能够产生市场效益的工程研究，而对于短期无法 看到效益的基础研究支持力度不够，甚至有逐年下滑的趋势。 （3） 微纳制造技术不只是加工方法的问题，同样是制造装备的问题。高精密仪 器设备及高精度制造、测量技术也是制约我国微纳技术发展的因素之一。
微纳制造技术的应用
信息科学
生物医疗
仿生机器人
应用 领域
航空航天
汽车工业
工程材料
微纳制造的应用案例
1. 电子束光刻加工技术
电子束光刻加工过程
2. 微型机械昆虫
根据非稳定速度模式的气动学原理， 制造了只有 25 毫米宽 (从一翼端至 另一翼端) 的微型机械昆虫。 这机械昆虫有类似同类生物的灵活 胸腔结构，并在其中臵有压电致动器， 可作有力及高频率的振翅动作，只要
6. 纳米齿轮 Nano Gear 日本科技研究小组， 于2002年2月初发表，利 用纳米材料的组成，于现 有的制作技术，已成功研 制出世界上最小的齿轮。
该齿轮直径仅有0.2mm， 且具有良好的抗磨损、抗 热、滑动特性，这无非为 实现分子机器的实现又迈 进了一大步。
7.原子操作术
将一顆一顆的一氧化碳原子團， 将一顆一顆的铁原子團,在 在Pt(111)表面上排列成人的 Cu(111)表面上排列成“原子 ”二字。 形狀。
微 纳 制 造
——21世纪制造技术的突破
光电子与微电子
什么是微电子技术?微电子技术是二十世纪下半叶才发展起来的，是指设计制造和使用微小型电子元器件和电路、实现电子系统功能的新型技术，现代信息科技的基础主要包括半导体技术、集成电路技术。
核心和代表是集成电路技术。
什么是光电子技术?光电子技术是继微电子技术之后，近十几年来迅速发展的新兴高技术，它集中了固体物理、导波光学、材料科学、微细加工和半导体科学技术的科研成就，成为电子技术与光子技术自然结合与扩展，具有强烈应用背景的新兴交叉学科，对于国家经济、科技和国防都具有重要的战略意义什么是光电子学在微电子技术蓬勃发展的同时，人们发现可以利用光电各自的优势来为我们服务。
比如激光器，光电探测器，太阳电池如等方面都需要光电结合。
这就是早期的光电子学。
随着光电子学的发展，人们研究完全利用光来处理信息，于是诞生了光子学。
所以可以说，先有了光电子学，又有了光子学。
而最终的发展会是光电的再次统一，即更高一个层次上的光电子学。
现在正在发展单电子技术和单光子技术，那时信息的载体不再是束流，而是单个的粒子。
光子和电子都是利用量子力学的概念，区别只是波长不同而已。
我想我们在二十一世纪肯定会走到这一步。
那时既不能叫光子信息技术，也不能叫电子信息技术，应该叫量子信息技术。
由于光子具有电子所不具备的许多特性所以光子学有它独特的优势。
尤其在信息领域。
比如通信，我们现在大部分主干网用的都是光纤，信息的载体都是光。
由于密集波分复用技术的发展，一根头发丝粗细的光纤就可以传输一亿门电话线路。
这是电缆无法比拟的。
再如信息存储技术，光盘由VCD发展到DVD，容量增大了好几倍，未来如果研制出能够商用的蓝光激光器，采用蓝光波段的光来作为信息的载体，就又可以使同样大小的光盘的容量增大近十倍。
而且光具有相干性，可以实现全息存储，在不到一个平方厘米的芯片上，我们可以把北京图书馆的所有的书都存进去。
在计算机方面，未来的发展趋势是光要进入计算机中，发挥光子的优势实现开关的互联，利用光来消除电子传输带来的瓶颈效应。
第六章外延生长
3、 外延层的质量：
低缺陷密度、厚度及其均匀性、掺杂杂质的再分布最小
4、硅外延前的清洗工艺：
去除表面氧化层、杂质（有机物、无机物金属离子等）和颗粒 (1) 化学清洗工艺：高纯度化学溶液清洗→高纯度去离子水冲洗 →高纯度N2甩干
SC-1的主要作用是去除微颗粒，利用NH4OH的弱碱性来活化硅
的表面层，将附着其上的微颗粒去除
(3)
逐层+岛式生长（Layers and Islands Growth）
5、硅片表面的化学反应
(1) 在化学反应限制区，不同硅源的化学反应激活能是相似的。 (2) 一般认为，硅外延速率受限于H从硅片表面的解吸附过程。
(3) 硅片表面的主要反应剂是SiCl2，反应剂是以物理方式吸附
在硅片表面。
图14.8 不同硅源外延淀积速率与温度的关系
通过改进衬底制备工艺、清洗工艺和外延工艺条件，可极大 改善上述缺陷密度。 (2) 外延层的图形漂移： 外延生长速率与晶向有关，{111}面的图形漂移最严重。
四、硅的气相外延工艺
1、 反应原理：
氢还原反应： 硅烷分解反应： 外延工艺一般在常压下进行
2、 影响外延生长速率的主要因素：
反应温度、反应剂浓度、气体流速、反应腔形状结构、 衬底晶向等。
2)
因此，需要采用与CVD技术中类似的方法，通过将VPE过程分
成几个连续步骤，来建立描述VPE的更精确的模型。
2、连续步骤模型
描述生长过程的更精确的模型
2）传输到硅片表面； 1) VPE步骤包括： 1）气相分解； 3）吸附；4）扩散；5）分解；6）反应副产物的解吸附。 注意：VPE中的每一步 骤都可能影响外延生长 的速率，其中进行得最 慢的一步是关键限制因