第十六章纳米加工技术和微电子机械系统 按照人们的意愿在纳米尺寸的世界中自由地剪裁、安排材料的技术被称为纳米加工技术。包括扫描探针技术和精密加工技术（能量束加工等）。 纳米加工技术是纳米科学的重要基础，也包含许多尚未认识清楚的纳米科学问题。 一、纳米机械学 1. 历史由来 2. 纳米加工技术 3. 微型机械的发展 二、微电子机械系统 1. 组成和特性 2. 发展趋势 一、纳米机械学 1. 历史由来 纳米技术的灵感来自于美国的理查得·费曼。 1959年12月29日，美国著名物理学家、诺贝尔物理学奖获得者理查得·费曼(Richard Phillips Feynman，1918-1988)在美国物理学会召开的年会上，作了一个题为《在底层还有很大空间》“There’s Plenty of Room at the Bottom”的著名演讲。在演讲中，费曼满怀激情的说：“当我们深入并游荡在原子的周围，我们是按不同的定律活动，我们会遇到许许多多新奇的事情，能以全新的方式生产，完成异乎寻常的工作。如果有一天可以安排一个个原子，将会产生什么样的奇迹?！” 费曼给我们描述了这样一幅激动人心的画面：通过人为地操纵单个原子，来构造人们需要的特定功能的物质，这如同用原子来搭积木! 费曼在演讲中还说：“至少依我看来，物理学的规律不排除一个原子一个原子地制造物品的可能性。”在演讲中他提到也许有一天人们会造出仅由几千个原子组成的微型机器。但在当时，这句话因为过于超前而没有引起人们的广泛注意。 直到1986年，一个专门以展望未来为职业的预言家，美国预见研究所的工程师—埃里克·得雷克斯勒(K.Eric.Drexler)运用了更为通俗和形象的描述才将27年前这个天才的思想表书清楚。他说：我们为什么不制造出成群、肉眼看不到的微型机器人，让它们在地毯上爬行，把灰尘分解成原子，再将这些原子组装成餐巾、肥皂和电视机呢？这些微型机器人不仅是一些只懂得搬原子的建筑“工人”，而且还具有绝妙的自我复制和自我维修能力，由于它们同时工作，因此速度很快而且廉价得让人难以置信。 多数主流派科学家对得雷克斯勒的想法不屑一顾，认为是一派胡言。但得雷克斯勒仍然著书立说，阐述自己的观点。有的科学家随后开始进行实验性研究。对于纳米技术，得雷克斯勒认为： “它不是小尺寸技术的延伸，它甚至根本不该被看作是技术，而是一场认知的革命。” 从石器时代开始，人类从磨尖箭头到光刻芯片的所有技术，都与一次性地削去或者融合数以亿计的原子以便把物质作成有用的形态有关。费曼质问到，为什么我们不可以从另一个角度出发，从单个的分子甚至原子开始进行组装，以达到我们的要求呢？实际上这一灵感来自于大自然从单个分子、甚至单个原子创造物质的启示。纳米技术就是向大自然学习，力图在纳米尺度精确地操纵原子或分子来制造产品的技术，统称为“由底向上”或“由小到大“的加工技术。 2. 纳米加工技术 科学技术进步使器件和装置的尺寸越来越小，进入了纳米的范围。与之相适应的加工和制造技术，已成为国际上的研究热点，发展很快。 ①定义 按照人们的意愿在纳米尺寸的世界中自由地剪裁、安排材料的技术被称为纳米加工技术。 纳米加工技术可分为刻蚀和组装两类，包括扫描探针技术和精密加工技术（能量束加工等）。纳米加工技术将为我们设计和制造出尺寸极小而功能极强的设备。 ②纳米组装技术 由于在纳米尺度刻蚀技术已达到极限，组装技术将成为纳米科技的重要手段，日益受到人们的高度重视。 组装技术就是通过机械、物理、化学或生物的方法，把原子、分子或者分子的聚集体进行组装，形成有功能的结构单元。 纳米组装技术包括分子有序组装技术、扫描探针原子/分子搬迁技术以及生物组装技术。 i) 分子有序组装技术 科技部2006年公布的“十一五”期间首批启动的国家重大科学研究计划中，纳米研究计划项目“具有重要应用背景的纳米超分子组装体的构筑与功能研究” 名列其中，项目首席科学家是南开大学化学学院院长、“长江学者奖励计划”特聘教授刘育。刘育课题组以环糊精的分子识别和组装为突破口，在超分子组装/ 纳米超分子的研究工作中已取得重大突破。
微电子机械系统（MEMS）技术在军工和民生的应用及发展趋势 引言 微电子机械系统（Micro-Electro-Mechanical Systems,简称MEMS）是20世纪80年代末在成熟的微电子设计和加工技术的基础上发展起来的一种新兴技术，它是以微电子、微机械及材料科学为基础，研究设计制造具有特定功能的微型装置。它结合了机械可动结构和大规模、低成本、微电子加工的优点，在微小尺度上实现与外界电、热、光、声、磁等信号的相互作用。微电子机械系统通常指特征尺度大于1nm小于1μm，结合电子和机械部件并集成了IC工艺的装置。MEMS在航空、航天、军事、汽车、生物医学、环境监控等人们所接触到的几乎所有领域都有十分广阔的应用前景，它是未来国防领域及国民生活领域的关键技术和支撑技术。 MEMS的突出特点有： 1．微型化：MEMS硬件不仅体积小而且重量轻，耗能低，惯性小，谐振频率高。 2．以硅为主要材料，机械电器性能较好；硅的强度、硬度和弹性模量与铁相当，密度类似铝，热传导接近钨。 3．多样化：MEMS含有数字和总线接口，具有在网络中应用的条件，便于与PC系统集成。 4．集成化：可以把不同功能，不同敏感方向或致动方向的多个传感器或执行器集成在一起，或形成微传感器阵列，甚至把多种功能的器件集成在一起，形成复杂的微系 统。微传感器、微执行器和微电子器件的集成可制造出可靠性、稳定性很高的MEMS。 5．多学科交叉：MEMS技术集成了电子信息，机械制造，材料与自动控制，物理，化学等诸多学科，并应用了当今许多高科技成果。 MEMS技术的发展开辟了一个全新的技术领域和产业，MEMS工艺已经应用于军民生活中。本文就它在国防和民用领域的应用作一介绍，并分析它未来的发展前景。 一、MEMS技术在军事设备中的应用状况 众所周知，最尖端的科技总是先应用于国防，MEMS也一样，军事领域是它应用最早的领域之一。这很大程度上推动了MEMS技术的飞速发展。当前，MEMS 技术在军事上的应用被世界各个国家所重视。美国国防部高级研究计划局（DARPA）把MEMS技术确认为美国急需发展的新兴技术，并资助了大量MEMS项目，大力 发展小型惯性测量装置、微全分析系统、RF传感器、网格传感器、无人值守传感 器等项目，应用于单兵携带、战场实时监测、毒气以及细菌检测、武器安全、保险 和引信、弹道修正、子母弹开仓控制、超低功率无线通信信号处理、高密度低功耗 的数据存储器件、敌我识别系统等方面。MEMS在军用设备中的应用日渐广泛和深 入。 1.1MEMS技术对武器平台的优化 在海上武器应用方面，MEMS引信保险和引爆装置已成功用于潜艇鱼雷对抗武器上。引信保险和引爆装置的工作包括三个独立步骤:发射鱼雷后解除 炸药保险，引爆（引信）和防止在不正确的时间爆炸（保险）。使用镀有金属 层的硅结合巧妙的封装技术，MEMS引爆装置要比传统装置小一个数量级， 可安装在6.25英寸的鱼雷上，这是其他技术很难办到的。 在陆地应用方面，包括灵活而且坚固的爆破装置、发射装置和其他使用MEMS 惯性制导系统的武器平台。MEMS加速度计能承受火炮发射时产生接近10.5g 的冲击力，可以为制导导弹提供一种经济的制导系统，同时使导弹的可靠性
简答： 1．什么是MEMS？ 2．硅片加工包括哪几个工艺步骤？ 3．基本光刻技术包括哪几个工艺步骤？4．光刻掩膜的阴版、阳版结构与光刻胶的正胶、负胶分别搭配使用时，能够刻蚀出什么样的结构？ 5．二氧化硅层的作用是什么，及其制备方法有哪些？ 6．CVD反应步骤包括哪些？ 7．完成扩散工艺需要哪些步骤？ 8．湿法腐蚀技术包括哪两种，用化学方程式解释说明硅湿法腐蚀机理 9．硅自停止腐蚀技术包括哪几种，简要说明其中一种自停止腐蚀技术？ 10．如何通过自停止腐蚀技术制备“微喷嘴”，简要叙述其工艺步骤。 词汇： 1．Moore’s Law 2．pressure sensors 3．accelerometers 4．flow sensors 5．inkjet printers 6．deformable mirror devices 7．gas sensors 8．micromotors 9．microgears 10．lab-on-a-chip systems 11．Sacrificial layer process 12．Deep reactive ion etching 13．Wafer bonding 14．Piezoelectric films 15．Bulk-micromachining 16．Surface micromachining 17．Integrated Circuit Processes 18．Crystal growth 19．Oxidation 20．Lithography 21．Etching 22．Diffusion and ion implantation 23．Metallization 24．Chemical vapor deposition 25．Assembly and packaging 26．Crystal plane 27．Diamond structure 28．Doping 29．Crystal oriention 30．Isotropic etching of silicon 31．Anisotropic etching of silicon 32．Dopant dependent etch stop 33．Electrochemical etch stop 34．P-N Junction Etch Stop 35．Dry Etching 36．epitaxial 37．Silicon substrate 38．high-aspect-ratio MEMS领域英文文献翻译： Czochralski（CZ）pulled method Melt ultrapure polycrystalline silicon and small amount of dopant in a quartz crucible under an inert atmosphere. Clamp and dip a small single crystal see, with normal to its bottom face carefully aligned along a predetermined direction into the molten silicon. Once the temperature equilibrium is established, the temperature of the melt in the vicinity of the seed crystal is reduced, and silicon from melt begins to freeze out onto the seed crystal. The added materal is a structurally perfect extension of the seed crystal. The seed crystal is slowly rotated and withdrawn from the melt => more and more silicon to freeze out on the bottom of growing crystal. Typical pull rate for 100mm dia ～20cm/hr. Plasmas Apply 1.5 kVDC over 15 cm, field is 100 V/cm. Breakdown of argon when electrons transfer a kinetic energy of 15.7 eV to the argon gas (electrons migrate from the cathode to the anode). These energetic collisions generate a second electron and a positive ion for each successful strike (ions migrate from the anode to the cathode). If creating an avalanche of ions and electrons, we get a
微电子学与集成电路分析 1微电子学与集成电路解读 微电子学是电子学的分支学科，主要致力于电子产品的微型化，达到提升电子产品应用便利和应用空间的目的。微电子学还属于一门综合性较强学科类型，具体的微电子研究中，会用到相关物理学、量子力学和材料工艺等知识。微电子学研究中，切实将集成电路纳入到研究体系中。此外，微电子学还对集成电子器件和集成超导器件等展开研究和解读。微电子学的发展目标是低能耗、高性能和高集成度等特点。集成电路是通过相关电子元件的组合，形成一个具备相关功能的电路或系，并可以将集成电路视为微电子学之一。集成电路在实际的应用中具有体积小、成本低、能耗小等特点，满足诸多高新技术的基本需求。而且，随着集成电路的相关技术完善，集成电路逐渐成为人们生产生活中不可缺少的重要部分。 2微电子发展状态与趋势分析 2.1发展与现状 从晶体管的研发到微电子技术逐渐成熟经历漫长的演变史，由晶体管的研发→以组件为基础的混合元件（锗集成电路）→半导体场效应晶体管→MOS电路→微电子。这一发展过程中，电路涉及的内容逐渐增多，电路的设计和过程也更加复杂，电路制造成本也逐渐增高，单纯的人工设计逐渐不能满足电路的发展需求，并朝向信息化、高集成和高性能的发展方向。现阶段，国内对微电子的发展创造了良好的发展空间，目前国内微电电子发展特点如下：（1）微电子技术创新取得了具有突破性的进展，且逐渐形成具有较大规模的集成电路设计产业规模。对于集成电路的技术水平在0.8~1.5μm，部分尖端企业的技术水平可以达到0.13μm。（2）微电子产业结构不断优化，随着技术的革新产业结构逐渐生成完整的产业链，上下游关系处理完善。（3）产业规模不断扩大，更多企业参与到微电子学的研究和电路中，有效推动了微电子产业的发展，促使微电子技术得到了进一步的完善和发展。 2.2发展趋势 微电子技术的发展中，将微电子技术与其他技术联合应用，可以衍生出更多
机械系统方案设计 微电子机械系统技术将机电系统的实用性、智能化和多样化发展到了一个全新的高度。当今微电子机械系统技术已经对农业、环境、医疗、军事等领域产生了重大的影响，也影响着人们的生产和生活方式，相信在不久的以后微电子机械系统技术将会成为我国社会经济发展不可或缺的重要部分，为我国经济发展起到巨大的推动作用。下面请看小编带来的机械系统方案设计！ 机械系统方案设计微电子机械系统主要结构有微型传感器、制动器以及处理电路。其是一种微电子电路与微机械制动器结合的尺寸微型的装置，其在电路信息的指示下可以进行机械操作，并且还能够通过装置中的传感器来获取外部的数据信息，将其进行转化处理放大，进而通过制动器来实现各种机械操作。而微电子机械系统技术是以微电子机械系统的理论、材料、工艺为研究对象的技术。微电子系统并不只是单纯的将传统的机电产品微型化，其制作材料、工艺、原理、应用等各个方面都突破了传统的技术限制，达到了一个微电子、微机械技术结合的全新高度。微电子机械系统是一种全新的高新科学技术，其在航天、军事、生物、医疗等领域都有着重要的作用。 1. 2微电子机械系统技术的特点 尺寸微型化
传统机械加工技术的最小单位一般是cm，而微电子机械系统技术下的机械加工往往最小单位已经涉及到了微米甚至纳米。这以尺寸的巨大变化使得微电子机械系统技术下的原件具有微型化的特点，其携带方便，应用领域更加广阔。 集成化 微电子机械系统技术下的原件实现了微型化为器件集成化提供了有力的基础。微型化的器件在集成上具有无可比拟的优势，其能够随意组合排列，组成更加复杂的系统。 硅基材料 微电子机械系统技术下的器件都是使用硅为基加工原料。地面表面有接近30%的硅，经济优势十分明显。硅的使用成本低廉这就使得微电子机械系统技术的下的器件成本大大缩减。硅的密度、强度等于铁相近，密度与铝相近，热传导率与钨相近。 综合学科英语 微电子机械系统技术几乎涉及到所有学科，电子、物理、化学、医学、农业等多个学科的顶尖科技成果都是微电子机械系统技术的基础。众多学科的最新成果组合成了全新的系统和器件，创造了一个全新的技术领域。 体微机械加工技术 体微机械加工技术主要将单晶硅基片加工为微机械机构的工艺，其最大的优势就是可以制作出尺寸较大的器件，
2020微电子科学与工程专业大学排名 微电子科学与工程专业介绍 微电子科学与工程专业培养德、智、体全面发展，具有扎实的数理基础和电子技术基础理论，掌握新型微电子器件和集成电路分析、设计、制造的基本理论和方法；具备本专业良好的实验技能，能在微电子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。 微电子科学与工程是物理学、电子学、材料科学、计算机科学、集成电路设计制造学等多个学科和超净、超纯、超精细加工技术基础上发展起来的一门新兴学科。微电子学是21世纪电子科学技术与信息科学技术的先导和基础，是发展现代高新技术和国民经济现代化的重要基础。主要研究半导体器件物理、功能电子材料、固体电子器件，超大规模集成电路（ULSI）的设计与制造技术、微机械电子系统以及计算机辅助设计制造技术等。 主干课程： 高等数学、大学物理及实验、电路分析基础及实验、模拟电路及实验、数学物理方法、C++语言、数字电路及实验、信号与系统及实验、半导体物理及实验、固体电子学、微电子器件、微电子集成电路、集成电路设计与制造、电子设计自动化、集成电路CAD、微电子技术专业实验和集成电路工艺实习等。 核心知识领域：电路理论、电子技术基础、信号与系统、电磁场与电磁波、半导体物理、微电子器件原理、集成电路设计原理、微电子工艺原理、集成电路封装与系统测试、嵌入式系统原理与设计、电子设计自动化基础等。 核心课程示例： 示例一：电路分析原理（64学时）、微电子与电路基础（48学时）、信号与系统（48学时）、半导体物理（64学时）、电子线路A（48学时）、数字逻辑电路（48学时）、数字集成电路设计（48学时）、集成电路工艺原理（48学时）、半导体器件物理（48学时）、数字集成电路原理（64学时）、电子系统设计（64学时）、集成电路计算机辅助设计（48学时）。 示例二：电路分析理论（48学时）、电磁场理论（48学时）、模拟电子线路（64学时）、信号与系统（64学时）、数字电子线路（64学时）、固体物理学（64学时）、半导体物理学（64学时）、集成电路原理与设计（64学时）、半导体器件物理（64学时）、微电子制造科学原理（48学时）。 示例三：核心必修课，包括电路分析（54学时）、模拟电子技术（48学时）、数字电子技术(48学时)、固体物理（48学时）、半导体物理（48学时）、半导体器件物理（64学时）、半导体工艺原理（48学时）；专业方向核心限选课，包括半导体集成电路原理与设计（32学时）、集成电路CAD（32学时）、集成
本文由jschen63贡献 ppt文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 微电子技术的发展 主要内容 微电子技术概述；微电子发展历史及特点；微电子前沿技术；微电子技术在军事中的应用。 2010-11-26 北京理工大学微电子所 2 2010-11-26 北京理工大学微电子所 3 工艺流程图 厚膜、深刻蚀、次数少多次重复 去除 刻刻蚀 牺牲层，释放结构 多 工艺 工工艺 2010-11-26 工 5 微电子技术概述 微电子技术是随着集成电路，尤其是超大规模集成电路而发展起来的一门新的技术。微电子技术包括系统电路设计、器件物理、工艺技术、材料制备、自动测试以及封装、组装等一系列专门的技术，微电子技术是微电子学中的各项工艺技术的总和；微电子学是一门发展极为迅速的学科，高集成度、低功耗、高性能、高可靠性是微电子学发展的方向；衡量微电子技术进步的标志要在三个方面：一是缩小芯片中器件结构的尺寸，即缩小加工线条的宽度；二是增加芯片中所包含的元器件的数量，即扩大集成规模；三是开拓有针对性的设计应用。 2010-11-26 北京理工大学微电子所 6 微电子技术的发展历史 1947年晶体管的发明；到1958年前后已研究成功以这种组件为基础的混合组件； 1962年生产出晶体管——晶体管逻辑电路和发射极耦合逻辑电路；由于MOS电路在高度集成和功耗方面的优点，70 年代，微电子技术进入了MOS电路时代；随着集成密度日益提高，集成电路正向集成系统发展，电路的设计也日益复杂、费时和昂贵。实际上如果没有计算机的辅助，较复杂的大规模集成电路的设计是不可能的。 2010-11-26 北京理工大学微电子所 7 微电子技术的发展特点 超高速：从1958年TI研制出第一个集成电路触发器算起，到2003年Intel推出的奔腾4处理器（包含5500 万个晶体管）和512Mb DRAM（包含超过5亿个晶体管），集成电路年平均增长率达到45％；辐射面广：集成电路的快速发展，极大的影响了社会的方方面面，因此微电子产业被列为支柱产业。
附件4 “光电子与微电子器件及集成”重点专项 2019年度项目申报指南 为落实《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020年）》《2006—2020年国家信息化发展战略》提出的任务，国家重点研发计划启动实施“光电子与微电子器件及集成”重点专项（以下简称“本重点专项”）。根据本重点专项实施方案的部署，现提出2019年度项目申报指南。 本重点专项的总体目标是：发展信息传输、处理与感知的光电子与微电子集成芯片、器件与模块技术，构建全链条光电子与微电子器件研发体系，推动信息领域中的核心芯片与器件研发取得重大突破，支撑通信网络、高性能计算、物联网等应用领域的快速发展，满足国家发展战略需求。 本重点专项按照硅基光子集成技术、混合光子集成技术、微波光子集成技术、集成电路与系统芯片、集成电路设计方法学和器件工艺技术6个创新链（技术方向），共部署49个重点研究任务。专项实施周期为5年（2018—2022年）。 2019年度项目申报指南在核心光电子芯片、光电子芯片共性支撑技术、集成电路与系统芯片、集成电路设计方法学和器件工 —1—
艺技术5个技术方向启动19个研究任务，拟安排国拨总经费概算6.75亿元。凡企业牵头的项目须自筹配套经费，配套经费总额与专项经费总额比例不低于1：1。 各研究任务要求以项目为单元整体组织申报，项目须覆盖所申报指南方向二级标题（例如：1.1）下的所有研究内容并实现对应的研究目标。除特殊说明外，拟支持项目数均为1~2项。指南任务方向“1.核心光电子芯片”和“2.光电子芯片共性支撑技术”所属任务的项目实施周期不超过3年；指南任务方向“3.集成电路与系统芯片”、“4.集成电路设计方法学”和“5.器件与工艺技术”所属任务的项目实施周期为4年。基础研究类项目，下设课题数不超过4个，参研单位总数不超过6个；共性关键技术类和应用示范类项目，下设课题数不超过5个，参与单位总数不超过10个。项目设1名项目负责人，项目中每个课题设1名课题负责人。 指南中“拟支持项目数为1~2项”是指：在同一研究方向下，当出现申报项目评审结果前两位评分评价相近、技术路线明显不同的情况时，可同时支持这2个项目。2个项目将采取分两个阶段支持的方式。建立动态调整机制，第一阶段完成后将对2个项目执行情况进行评估，根据评估结果确定后续支持方式。 1.核心光电子芯片 1.1多层交叉结构的光子集成芯片（基础研究类） 研究内容：聚焦基于硅基多维度交叉结构的光子集成芯片，—2—
对半导体技术、微电子技术、集成电路技术三者的浅略认识 一、半导体技术、微电子技术、集成电路技术三者的联系与区别 我们首先从三者的概念或定义上来分别了解一下这三种技术。 半导体技术就是以半导体为材料，制作成组件及集成电路的技术。在电子信息方面，绝大多数的电子组件都是以硅为基材做成的，因此电子产业又称为半导体产业。半导体技术最大的应用便是集成电路，它们被用来发挥各式各样的控制功能，犹如人体中的大脑与神经。 微电子技术是随着集成电路，尤其是超大型规模集成电路而发展起来的一门新的技术，是建立在以集成电路为核心的各种半导体器件基础上的高新电子技术，为微电子学中的各项工艺技术的总和。 集成电路技术，在电子学中是一种把电路小型化的技术。采用一定的工艺，把一个电路中所需的各种电子元件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构。（以上三者概念均来源于网络）这般看来，三者概念上互相交叉，却也略有区别。依我这个初次接触这三个名词、对电子信息几乎一窍不通的大一新生来看，半导体技术是其他二者技术的基础，因为半导体是承载整个电子信息的基石，不管是微电子还是集成电路，便是以半导体为材料才可以建造、发展。而微电子技术，个人感觉比较广泛，甚至集成电路技术可以包含在微电子技术里。除此之外，诸如小型元件，如纳米级电子元件制造技术，都可以归为微电子技术。而集成电路技术概念上比较狭窄，单单只把电路小型化、集成化技术，上面列举的小型元件制造，便不能归为集成电路技术，但可以归为微电子技术。以上便是鄙人对三者概念上、应用上联系与区别的区区之见，如有错误之处还望谅解。 二、对集成电路技术的详细介绍 首先我们了解一下什么是集成电路。 集成电路是一种微型电子器件或部件。人们采用一定的工艺，把一个电路中所需的各种元件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构。其中所有元件在结构上已组成一个整体，使电子元件向着微小型化、低功耗、智能化和高可靠性方面迈进了一大步。它在电路中用字母“IC”表示。当今半导体工业大多数应用的是基于硅的集成电路。集成电路具有体积小，重量轻，引出线和焊接点少，寿命长，可靠性高，性能好等优点，同时成本低，便于大规模生产。 而简单来说，集成电路技术便是制造集成电路的技术方法。它涉及半导体器件物理、微电子学、电子学、无线电、光学以及信息学等学科领域的知识。 从产业分工角度，集成电路技术可以分为集成电路加工技术、集成电路测试封装技术以及集成电路设计技术等几方面。 1. 集成电路加工技术 集成电路加工技术主要是通过物理或化学手段在硅材料上生成半导体器件（比如场效应管）以及器件之间的物理互连。这些器件以及器件之间的互连构成的电路功能要符合系统设计要求。集成电路加工技术涉及的知识包括半导体器件物理、精密仪器、光学等领域，具体应用在工艺流程中，包括注入、掺杂、器件模型、工艺偏差模型、成品率分析以及工艺过程设计等。在近十几年的时间里，集成电路加工工艺水平一直按照摩尔（Moore）定律在快速发展。 2.集成电路测试、封装技术 集成电路测试包括完成在硅基上产生符合功能要求的电路后对裸片硅的功能和性能的
微电子科学与工程专业 一、培养目标 本专业培养德、智、体等方面全面发展，具备微电子科学与工程专业扎实的自然科学基础、系统的专业知识和较强的实验技能与工程实践能力，能在微电子科学技术领域从事研究、开发、制造和管理等方面工作的专门人才。 二、专业特色 微电子科学与工程是在物理学、电子学、材料科学、计算机科学、集成电路设计制造学等多个学科和超净、超纯、超精细加工技术基础上发展起来的一门新兴学科。微电子技术是近半个世纪以来得到迅猛发展的一门高科技应用性学科，是21世纪电子科学技术与信息科学技术的先导和基础，是发展现代高新技术和国民经济现代化的重要基础，被誉为现代信息产业的心脏和高科技的原动力。本专业主要学习半导体器件物理、功能电子材料、固体电子器件，集成电路设计与制造技术、微机械电子系统以及计算机辅助设计制造技术等方面的基础知识和实践技能，培养出来的学生在微电子技术领域初步具有研究和开发的能力。 三、培养标准 本专业学生要求在物理学、电子技术、计算机技术和微电子学等方面掌握扎实的基础理论，掌握微电子器件及集成电路的原理、设计、制造、封装与应用技术，接受相关实验技术的良好训练，掌握文献资料检索基本方法，具有较强的实验技能与工程实践能力，在微电子科学与工程领域初步具有研究和开发的能力。 毕业生应获得以下几方面的知识和能力： 1. 具有较好的人文科学素养、创新精神和开阔的科学视野； 2. 树立终身学习理念，具有较强的在未来生活和工作中继续学习的能力； 3. 具有较扎实的自然科学基本理论基础； 4. 具备微电子材料、微电子器件、集成电路、集成系统、计算机辅助设计、封装技术和测试技术等方面的理论基础和实验技能； 5. 了解本专业领域的科技发展动态及产业发展状况，熟悉国家电子信息产业政策及国内外有关知识产权的法律法规； 6.掌握文献检索及运用现代信息技术获取相关信息的基本方法； 7.具有归纳、整理和分析实验结果以及撰写论文、报告和参与学术交流的能力。 77
微电子制造原理与技术》课程设计大纲 一、课程名称：《微电子制造原理与技术》课程设计 开课专业：电子科学与技术 学分/总学时：2学分，2周 实验（上机）学时：40 先修课程：半导体工艺原理与技术，数字电路，专业实验，集成电路设计 制定人：李金华 制定时间：2009.12.28 二、课程的目的和任务 课程设计是学完一门课后应用本课程知识及以前的知识积累而进行的综合性、开放性、设计性的实践训练，是培养学生工程意识和创新能力的重要环节，是检验学生灵活和牢固掌握知识的重要手段。基于上述认识，决定开设《半导体工艺原理与技术》的课程设计实践环节。所以开设本课程的目的是，通过对本课程的实践，更加牢固和全面地掌握信息功能薄膜材料的制备方法和在微电子器件，特别是在集成电路工艺中的应用。通过本课程的训练，可以将《半导体工艺原理与技术》与《集成电路设 计》、《专业实验》更好地结合起来，使学生掌握更加全面的专业技能。由于电子科学与技术专业的学生学过了《集成电路设计》，希望学生能在这二周时间内得到一定的IC 设计与工艺锻炼，为以后的求职创造条件。 三、课程内容和基本要求 本课程设计的主要内容是将《半导体工艺原理与技术》的课程内容与《集成电路设计》、《专业实验》、《薄膜材料与薄膜技术》课程结合，结合LEDIT 软件的应用，作简单CMOS器件的版图和工艺设计。 本课程设计选择了35个简单实用的CMOS器件与典型工艺，要求学生通过对本课程和已学课程的复习，也可上网检索和阅读参考资料，从器件原理、逻辑图，用当前世界通用的集成电路设计软件LEDIT 设计版图。结合已学过的知识设计该器件的版图与工艺。对基础比较好的学生，可以对已经列出的35 个简单器件或工艺标准作合理提升，相应的课题将利用难度系数来提高成绩。
1 中国高校微电子排名 电子科学技术一级学科下设四个二级学科，分别是物理电子学，电磁场与微波技术，电路与系统，微电子与固体电子学 国家重点学科分布如下: 电子科大:物理电子学，电磁场与微波技术，电路与系统，微电子与固体电子学 西电:电磁场与微波技术，电路与系统，微电子与固体电子学清华:电路与系统，微电子与固体电子学，物理电子学 北大:物理电子学，微电子与固体电子学 复旦:电路与系统，微电子学与固体电子学 北邮:电磁场与微波技术，电路与系统 东南:电磁场与微波技术 上海交大:电磁场与微波技术 西安交大:微电子与固体电子学 华中科大:物理电子学 北京理工大学:物理电子学 南京大学:微电子与固体电子学 吉林大学:微电子与固体电子学 哈工大:物理电子学
西北工大:电路与系统 通信工程一级学科下设两个二级学科，分别是通信与信息系统，信息与信号处理 清华大学通信与信息系统，信息与信号处理 北京邮电大学通信与信息系统，信息与信号处理 电子科技大学通信与信息系统，信息与信号处理 西安电子科技大学通信与信息系统，信息与信号处理 东南大学通信与信息系统，信息与信号处理 北京交通大学通信与信息系统，信息与信号处理 北京大学通信与信息系统 浙江大学通信与信息系统 中科大通信与信息系统 华南理工通信与信息系统 哈工大通信与信息系统 北京理工大学通信与信息系统 上海交通大学通信与信息系统 电子与通信重点学科分布: 电子科大 6
清华5 西电5 北邮4 北大3 东南3 北理工 3 上交2 哈工大 2 复旦2 北京交大 2 华南理工，华中科大，西安交大，中科大，浙大，西北工大，南京大学，吉林大学各一个 国家重点实验室（电子与通信，不包括光学及光电）分布如下: 电子科技大学 2 电子薄膜与集成器件实验室宽带光纤传输与通信系统技术实验室 清华大学 1 微波与数字通信技术实验室 北京邮电大学 1 程控交换技术与通信网实验室
第一章绪论 1、封装技术发展特点、趋势。（P8） 发展特点：①、微电子封装向高密度和高I/O引脚数发展，引脚由四边引出向引出向面阵列排列发展；②、微电子封装向表面安装式封装（SMP）发展，以适合表面安装技术（SMT）；③、从陶瓷封装向塑料封装发展；④、从注重发展IC芯片向先发展后道封装再发展芯片转移。 发展趋势：①、微电子封装具有的I/O引脚数将更多；②、应具有更高的电性能和热性能；③、将更轻、更薄、更小；④、将更便于安装、使用和返修；⑤、可靠性会更高；⑥、性价比会更高，而成本却更低，达到物美价廉。 2、封装的功能（P19） 电源分配、信号分配、散热通道、机械支撑和环境保护。 3、封装技术的分级（P12） 零级封装：芯片互连级。 一级封装：将一个或多个IC芯片用适宜的材料（金属、陶瓷、塑料或它们的组合）封装起来，同时在芯片的焊区与封装的外引脚间用如上三种芯片互连方法（WB、TAB、FCB）连接起来使之成为有实用功能的电子元器件或组件。 二级封转：组装。将上一级各种微电子封装产品、各种类型的元器件及板上芯片（COB）一同安装到PWB或其它基板上。 三级封装：由二级组装的各个插板或插卡再共同插装在一个更大的母板上构成的，立体组装。4、芯片粘接的方法（P12） 只将IC芯片固定安装在基板上：Au-Si合金共熔法、Pb-Sn合金片焊接法、导电胶粘接法、有机树脂基粘接法。 芯片互连技术：主要三种是引线键合（WB）、载带自动焊（TAB）和倒装焊（FCB）。早期有梁式引线结构焊接，另外还有埋置芯片互连技术。 第二章芯片互连技术（超级重点章节） 1、芯片互连技术各自特点及应用 引线键合：①、热压焊：通过加热加压力是焊区金属发生塑性形变，同时破坏压焊界面上的氧化层使压焊的金属丝和焊区金属接触面的原子间达到原子引力范围，从而使原子间产生引力达到键合。两金属界面不平整，加热加压可使上下金属相互镶嵌；加热温度高，容易使焊丝和焊区形成氧化层，容易损坏芯片并形成异质金属间化合物影响期间可靠性和寿命；由于这种焊头焊接时金属丝因变形过大而受损，焊点键合拉力小（＜0.05N/点），使用越来越少。②、超声焊：利用超声波发生器产生的能量和施加在劈刀上的压力两者结合使劈刀带动Al丝在被焊区的金属化层表明迅速摩擦，使Al丝和Al膜表面产生塑性形变来实现原子间键合。与热压焊相比能充分去除焊接界面的金属氧化层，可提高焊接质量，焊接强度高于热压焊；不需要加热，在常温下进行，因此对芯片性能无损害；可根据不同需要随时调节 键合能量，改变键合条件来焊接粗细不等的Al 丝或宽的Al带；AL-AL超声键合不产生任何化合 物，有利于器件的可靠性和长期使用寿命。③、 金丝球焊：球焊时，衬底加热，压焊时加超声。 操作方便、灵活、焊点牢固，压点面积大，又无 方向性，故可实现微机控制下的高速自动化焊接； 现代的金丝球焊机还带有超声功能，从而具有超 声焊的优点；由于是Au-Al接触超声焊，尽管加 热温度低，仍有Au-Al中间化合物生成。球焊用 于各类温度较低、功率较小的IC和中、小功率晶 体管的焊接。 载带自动焊：TAB结构轻、薄、短、小，封装高 度不足1mm；TAB的电极尺寸、电极与焊区节距均 比WB大为减小；相应可容纳更高的I/O引脚数， 提高了TAB的安装密度；TAB的引线电阻、电容 和电感均比WB小得多，这使TAB互连的LSI、VLSI 具有更优良的高速高频电性能；采用TAB互连可 对各类IC芯片进行筛选和测试，确保器件是优质 芯片，大大提高电子组装的成品率，降低电子产 品成本；TAB采用Cu箔引线，导热导电性能好， 机械强度高；TAB的键合拉力比WB高3~10倍， 可提高芯片互连的可靠性；TAB使用标准化的卷 轴长度，对芯片实行自动化多点一次焊接，同时 安装及外引线焊接可实现自动化，可进行工业化 规模生产，提高电子产品的生产效率，降低产品 成本。TAB广泛应用于电子领域，主要应用与低 成本、大规模生产的电子产品，在先进封装BGA、 CSP和3D封装中,TAB也广泛应用。 倒装焊：FCB芯片面朝下，芯片上的焊区直接与 基板上的焊区互连，因此FCB的互连线非常短， 互连产生的杂散电容、互连电阻和电感均比WB 和TAB小的多，适于高频高速的电子产品应用； FCB的芯片焊区可面阵布局，更适于搞I/O数的 LSI、VLSI芯片使用；芯片的安装互连同时进行， 大大简化了安装互连工艺，快速省时，适于使用 先进的SMT进行工业化大批量生产；不足之处如 芯片面朝下安装互连给工艺操作带来一定难度， 焊点检查困难；在芯片焊区一般要制作凸点增加 了芯片的制作工艺流程和成本；此外FCB同各材 料间的匹配产生的应力问题也需要很好地解决 等。 2、WB特点、类型、工作原理（略）、金丝球焊主 要工艺、材料（P24） 金丝球焊主要工艺数据：直径25μm的金丝焊接 强度一般为0.07~0.09N/点，压点面积为金丝直 径的2.5~3倍，焊接速度可达14点/秒以上，加 热温度一般为100℃，压焊压力一般为0.5N/点。 材料：热压焊、金丝球焊主要选用金丝，超声焊 主要用铝丝和Si-Al丝，还有少量Cu-Al丝和 Cu-Si-Al丝等。 3、TAB关键材料与技术（P29） 关键材料：基带材料、Cu箔引线材料和芯片凸点 金属材料。 关键技术：①芯片凸点制作技术②TAB载带制作 技术③载带引线与芯片凸点的内引线焊接技术和 载带外引线的焊接技术。 4、TAB内外引线焊接技术（P37） ①内引线焊接（与芯片焊区的金属互连）：芯片凸 点为Au或Ni-Au、Cu-Au等金属，载带Cu箔引线 也镀这类金属时用热压焊（焊接温度高压力大）； 载带Cu箔引线镀0.5μm厚的Pb-Sn或者芯片凸 点具有Pb-Sn时用热压再流焊（温度较低压力较 小）。 焊接过程：对位→焊接→抬起→芯片传送 焊接条件：主要由焊接温度（T）、压力（P）、时 间（t）确定，其它包括焊头平整度、平行度、焊 接时的倾斜度及界面的侵润性，凸点高度的一致 性和载带内引线厚度的一致性也影响。 T=450~500℃，P≈0.5N/点，t=0.5~1s 焊接后焊点和芯片的保护：涂覆薄薄的一层环氧 树脂。环氧树脂要求粘度低、流动性好、应力小 切Cl离子和α粒子含量小，涂覆后需经固化。 筛选测试：加热筛选在设定温度的烘箱或在具有 N2保护的设备中进行；电老化测试。 ②外引线焊接（与封装外壳引线及各类基板的金 属化层互连）：供片→冲压和焊接→回位。 5、FCB特点、优缺点（略，同1） 6、UBM含义概念、结构、相关材料（P46） UBM（凸点下金属化）：粘附层-阻挡层-导电层。 粘附层一般为数十纳米厚度的Cr、Ti、Ni等；阻 挡层为数十至数百纳米厚度的Pt、W、Pd、Mo、 Cu、Ni等；导电层金属Au、Cu、Ni、In、Pb-Sn 等。 7、凸点主要制作方法（P47—P58） 蒸发/溅射凸点制作法、电镀凸点制作法、化学镀 凸点制作法、打球（钉头）凸点制作法、置球及 模板印刷制作焊料凸点、激光凸点制作法、移置 凸点制作法、柔性凸点制作法、叠层凸点制作法、 喷射Pb-Sn焊料凸点制作法。 8、FCB技术及可靠性（P70—P75） 热压FCB可靠性、C4技术可靠性、环氧树脂光固 化FCB可靠性、各向异性导电胶FCB可靠性、柔 性凸点FCB可靠性 9、C4焊接技术特点（P61） C4技术，再流FCB法即可控塌陷芯片连接特点： ①、C4除具有一般凸点芯片FCB优点外还可整个 芯片面阵分布，再流时能弥补基板的凹凸不平或 扭曲等；②、C4芯片凸点采用高熔点焊料，倒装 再流焊时C4凸点不变形，只有低熔点的焊料熔 化，这就可以弥补PWB基板的缺陷产生的焊接不 均匀问题；③、倒装焊时Pb-Sn焊料熔化再流时 较高的表面张力会产生“自对准”效果，这使对 C4芯片倒装焊时的对准精度要求大为宽松。 10、底封胶作用（P67） 保护芯片免受环境如湿气、离子等污染，利于芯
集成电路产业与微电子专业
长安大学 电子科学与技术系 李演明 2011年12月24日
1. 概 述
集成电路产业是一门充满创新和变数的产业
– 1958年第一块集成电路（IC）诞生，半个世纪的历程 演绎了令人兴奋不已的快速进步。 – IC产业既是一个令世人惊羡钟爱的产业，又是一个使人 呕心沥血、欲罢不能、不断面对挑战的产业。 – 集成电路具有当今高技术产业的典型特点，它是中间产 品，其应用可以产生十倍甚至于百倍的倍增效益，因 此，世界在这一领域的竞争非常激烈。
2011/12/24
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IC技术发展沿革： 微米－亚微米－深亚微米－纳米
集成电路的技术进步一般用微细加工精度和 芯片的集成度来衡量。 2007年：
– 65纳米CMOS工艺为主流的集成电路技术已进入大生 产。 – 45纳米先导性生产线也开始投入运转。 – CPU上的晶体管数已达到8亿只。
集成电路产业作为典型的高技术产业， 高投入、搞收益、高风险的特征更加突出。
2011/12/24 3
Gordon Moore－Intel 名誉董事长
摩尔定律（1965年提出）
? IC上可容纳的晶体管数目，每18个月(或24个月) 便会增加一倍，性能也将提升一倍。 ? 这一定律还意味着IC的成本每18个月(或24个月) 降低一半。 ? 集成电路自诞生以来，一直戏剧性地遵循着这一 定律。这样的变化速度是其它产业的产品难于比 拟的。 ? 该定律成为电子信息产业对于其技术发展前景预 测的基础。
2011/12/24 4
微电子行业前景与就业形势 当前，我们正在经历新的技术革命时期，虽然它包含了新材料、新能源、生物工程、海洋工程、航空航天技术和电子信息技术等等，但是影响最大，渗透性最强，最具有新技术革命代表性的乃是以微电子技术为核心的电子信息技术。 自然界和人类社会的一切活动都在产生信息，信息是客观事物状态和运动特征的一种普通形式，它是为了维持人类的社会、经济活动所需的第三种资源（材料、能源和信息）。社会信息化的基础结构，是使社会的各个部分通过计算机网络系统，连结成为一个整体。在这个信息系统中由通讯卫星和高速大容量光纤通讯将各个信息交换站联结，快速、多路地传输各种信息。在各信息交换站中，有多个信息处理中心，例如图形图像处理中心、文字处理中心等等；有若干信息系统，例如企事业单位信息系统，工厂和办公室自动化系统，军队连队信息系统等等；在处理中心或信息系统中还包含有许多终端，这些终端直接与办公室、车间、连队的班排、家庭和个人相连系。像人的神经系统运行于人体一样，信息网络系统把社会各个部分连结在信息网中，从而使社会信息化。海湾战争中，以美国为首的多国部队的通讯和指挥系统基本上也是这样一个网络结构，它的终端是直接武装到班的膝上（legtop）计算机，今后将发展到个人携带的PDA（Person-al Date Assistant）。 实现社会信息化的关键部件是各种计算机和通讯机，但是它的基础都是微电子。当1946年2月在美国莫尔学院研制成功第一台名为电子数值积分器和计算器（Electronic Numlerical Inte-grator and Computer）即ENIAC问世的时候，是一个庞然大物，由18000个电子管组成，占地150平方米，重30吨，耗电140KW，足以发动一辆机车，然而不仅运行速度只有每秒5000次，存储容量只有千位，而且平均稳定运行时间才7分钟。试设想一下，这样的计算机能够进入办公室、企业车间和连队吗所以当时曾有人认为，全世界只要有4台ENIAC就够了。可是现在全世界计算机不包括微机在内就有几百万台。造成这个巨大变革的技术基础是微电子技术，只有在1948年Bell实验室的科学家们发明了晶体管（这可以认为是微电子技术发展史上的第一个里程碑），特别是1959年硅平面工艺的发展和集成电路的发明（这可以认为是微电子技术第二个里程碑），才出现了今天这样的以集成电路技术为基础的电子信息技术和产业。而1971年微机的问世（这可以认为是微电子技术第三个里程碑），使全世界微机现在的拥有率达到％，在美国每年由计算机完成的工作量超过4000亿人年的手工工作量。美国欧特泰克公司总裁认为：微处理器、宽频道连接和智能软件将是下世纪改变人类社会和经济的三大技术创新。 当前，微电子技术发展已进入“System on Chip”的时代，不仅可以将一个电子子系统或整个电子系统“集成”在一个硅芯片上，完成信息加工与处理的功能，而且随着微电子技术的成熟与延拓，可以将各种物理的、化学的敏感器（执行信息获取的功能）和执行器与信息处理系统“集成”在一起，从而完成信息获取、处理与执行的系统功能，一般称这种系统为微机电系统（MEMS：Micro Electronics Machinery System），可以认为这是微电子技术又一次革命性变革。集成化芯片不仅具有“系统”功能，并且可以以低成本、高效率的大批量生产，可靠性好，耗能少，从而使电子信息技术广泛地应用于国民经济、国防建设乃至家庭生活的各个方面。在日本每个家庭平均约有100个芯片，它已如同细胞组成人体一样，成为现代工农业、国防装备和家庭耐用消费品的细胞。集成电路产业产值以年增长率≥13％，在技术上，集成度年增长率46％的速率持续发展，世界上还没有一个产业能以这样高的速度持续地增长。1990年日本以微电子为基础的电子工业产值已超过号称为第一产业的汽车工业而成为第一大产业。2000年电子信息产业，将成为世界第一产业。集成电路的原料主