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微电子材料及制造技术

        点石成金 —— 化学微加工技术:超大规模集成电路(ULSI, IC)的制造是通过一系列的化学与物理制程(Process)将硅石制作成高价值的 IC 芯片。
        这是一台电脑的“心” —— 奔腾芯片,它虽然只有指甲片大小,却能成就电脑的非凡能力,在小小的硅晶片上集结着数以亿计的晶体管、电阻、电容等电子器件!如此精巧绝伦的结构又是怎样被制造出来的呢?—— 化学微加工技术。
        其实,从化学的角度来看,这只是一块小小的晶体,但它是通过不断重复“氧化、化学气相沉积、微影成像、蚀刻、掺杂、扩散、溅镀”等六、七个基本制程,经由一、二百道工序才被制造出来的,可以说是一件精雕细琢的“艺术品”,是人类智慧与现代科学技术完美结合的“结晶”(是确确实实的晶体哦!)

IC 芯片

芯片中 CMOS 的基本构造

芯片中的 MOS 器件(晶体管)切面

我们的研究兴趣

        在集成电路制造过程中,金属化处理是重要的后段制程,也就是将构筑在单晶硅晶片上的电子元件,以金属导线连接而最后形成完整的电路,铝是当前集成电路金属化制程中最为常用的金属连线材料。但是,当元件的集成度提高到最小线宽小于 0.18 微米时,由于电流密度的大幅度提高,造成电迁移效应,同时使得金属内连线电阻增加而造成RC时间延迟及集成电路的可靠性降低。铜具有更好的抗电迁移能力且电阻系数低,是取代金属铝作为超大规模集成电路金属导线的理想材料,但是如何制备极薄、均匀、连续、平滑、具有良好阶梯覆盖率的高质量金属铜膜是目前尚未解决的课题,特别是当最小线宽小于 0.13 微米,元件沟渠的深宽比超过 4 以后,传统的物理气相沉积(溅镀)方法已无法提供良好的阶梯覆盖率,并且有非常严重的突悬问题,铜膜的成长必须依靠化学气相沉积
        与物理气相沉积相比,化学气相沉积有着许多的优点,特别是在阶梯覆盖性能上稳胜一筹,在高集成度的集成电路制造中有着物理气相沉积不可替代的重要地位。我们的主要研究方向:
1. 化学气相沉积薄膜成长
        (1) 薄膜成长的反应条件研究
        (2) 薄膜成长反应动力学与机理研究
        (3) 成长薄膜的化学组成、结构与性能研究
        (4) 反应器研究与模拟
        (5) 化学气相沉积反应气体源的分子设计与合成研究
2. 多层膜间的扩散与化学反应
3. 硅晶圆中掺质的固态扩散与模拟
4. 电子特用化学品研究
        (1) 化学气相沉积反应气体源的合成与纯化
        (2) 高(低)介电薄膜材料研究

我们的 CVD 薄膜成长实验装置

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