CN106229292A - 一种制作微电子器件的方法 - Google Patents

一种制作微电子器件的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106229292A
CN106229292A CN201610742804.8A CN201610742804A CN106229292A CN 106229292 A CN106229292 A CN 106229292A CN 201610742804 A CN201610742804 A CN 201610742804A CN 106229292 A CN106229292 A CN 106229292A
Authority
CN
China
Prior art keywords
microelectronic component
carbon nanotube
circuit
laser
nanotube particulate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201610742804.8A
Other languages
English (en)
Inventor
鲁金忠
张文泉
罗开玉
刘月
程龙
余九林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jiangsu University
Original Assignee
Jiangsu University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jiangsu University filed Critical Jiangsu University
Priority to CN201610742804.8A priority Critical patent/CN106229292A/zh
Publication of CN106229292A publication Critical patent/CN106229292A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76838—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the conductors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

本发明公开了一种制作微电子器件的方法，涉及激光加工与微电子学领域，特指在半导体元件表面激光雕刻出微米级的集成电路通道，将碳纳米管颗粒注入到电路通道中，利用纳米颗粒的尺寸效应，即平衡吸附常数随着尺寸的减小而增加，碳纳米管颗粒紧密吸附在电路通道内，用强脉冲激光冲击半导体元件表面，碳纳米管颗粒的吸附作用在强冲击波的作用下加强，同时实现碳纳米管颗粒与半导体元件之间的冷焊粘结，碳纳米管嵌入到半导体表面集成电路中，连接各种微型电路元件构成微电子器件，降低微电子器件的电路空间，使微电子器件进一步微小化并提高了其导电性能。本发明可应用于纳米机器人等精密设备。

Description

一种制作微电子器件的方法
技术领域
本发明涉及激光加工与微电子学领域，特指一种通过激光冲击的方法将碳纳米管颗粒冷焊入半导体表面的电路槽中，并连接各种电路元件制成微电子器件，激光冲击嵌入碳纳米管降低了微电子器件的电路空间，使微电子器件进一步微小化，同时提高了其导电性能。
背景技术
微电子工业可追溯到1947年肖克利等人发明晶体管取代真空管放大器，新器件的出现与应用的配合，造就了晶体管和计算机工业的爆炸性成长。近25年来，电子设备开发与生产技术持续，快速地发展。以往的电子设备和电子消费品大多数庞大笨重，内部部件均采用大型印刷电路板单独连线。如今，电子设备微型化的驱动力。计算机、移动电话和摄像机的外形不断缩小，功能不断增多。微电子元器件的不断发展为电子元件的微型化奠定了基础，而微电子元器件的核心部件就是集成电路(IC)。IC的诞生使(电阻、电容、晶体管等)单体电子元件作为电子电路中积木式部件的需求量大幅降低。与有线电路相比，IC的优势在于尺寸和重量大幅减小，可靠性增强、成本降低、电路性能进一步提高。
碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力学、电学和化学性能。近些年随着碳纳米管及纳米材料研究的深入其广阔的应用前景也不断地展现出来。虽然成分和石墨一样，但碳纳米管潜在用途十分诱人：可制成极好的微细探针和导线、性能颇佳的加强材料、理想的储氢材料。它使壁挂电视进一步成为可能，并在将来可能替代硅芯片的纳米芯片和纳米电子学中扮演极重要的角色，从而引发计算机行业革命。
激光冲击强化是指吸收层吸收激光能量产生离子冲击波，冲击波受约束层作用，产生反作用力作用于基体表面，使基体表面产生塑性变形，并伴随有残余压应力产生。激光冲击植入是指在基体表面覆盖一层纳米颗粒吸收层，在激光作用下，纳米颗粒汽化，形成离子冲击波，同时一部分未被汽化的纳米颗粒在冲击波的作用下植入基体表面，从而提高基体的硬度，耐磨性，耐腐蚀性能等。
为了进一步实现微电子器件的微小化，结合碳纳米管的优异性能与激光冲击植入的特点，提出了一种半导体表面嵌入碳纳米管颗粒制作微电子器件的方法，其通过将碳纳米管颗粒嵌入集成电路中降低微电子元件中的电路空间，并提高其导电性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制作微电子器件的方法，以降低微电子元件中的电路空间，进一步实现微电子器件的微小化，并提高其导电性能。
一种制作微电子器件的方法，其特征在于：在半导体元件表面激光雕刻出微米级的集成电路通道，将碳纳米管颗粒注入到电路通道中，利用纳米颗粒的尺寸效应，即平衡吸附常数随着尺寸的减小而增加，碳纳米管颗粒紧密吸附在电路通道内，用强脉冲激光冲击半导体元件表面，碳纳米管颗粒的吸附作用在强冲击波的作用下加强，同时实现碳纳米管颗粒与半导体元件之间的冷焊粘结，碳纳米管嵌入到半导体表面集成电路中，连接各种微型电路元件构成微电子器件，降低微电子器件的电路空间，使微电子器件进一步微小化并提高其导电性能；
具体步骤如下：
步骤一，将待处理半导体试样放在酒精溶液中用超声波清洗机清除表面的灰尘与油渍，并完成必要的裂纹探测过程；
步骤二，在半导体试样表面采用激光雕刻的方法制作出微米级的集成电路通道；
步骤三，将碳纳米管颗粒注入到电路通道中，利用纳米颗粒的尺寸效应使之紧密吸附在电路通道中；
步骤四，将预注入碳纳米管颗粒的半导体试样表面覆盖上吸收层与约束层，并将其安装在五轴工作台上；
步骤五，通过激光器控制装置设定激光器的输出功率和光斑参数；
步骤六，通过数控系统调节五轴工作台使激光束光斑中心与基体非光滑表面待冲击区域的左上角重合在A点，作为冲击强化处理起始位置，并使待冲击区域X轴和Y轴方向与工作台的X轴和Y轴方向一致；
步骤七，打开激光器，采用逐行加工的方法通过数控系统控制五轴工作台的移动实现对试样待加工表面进行激光冲击强化，最终完成对整个待冲击区域的冲击强化，获得嵌入碳纳米管颗粒的电路通道；
步骤八，在碳纳米管电路通道中连接入各种电路元件构成微电子器件。
所述吸收层采用铝箔，约束层采用K9玻璃。
所述激光器为单脉冲Nd：YAG平顶型激光器，工作参数为：波长为1064nm，脉冲宽度为5-10ns，单次脉冲能量为3J-12J，光斑半径为0.5-3mm，相邻光斑搭接率为30％-70％。
所述微型电路元件包括电阻、电容及集成晶体管，对电路提供整流、开关和放大功能，碳纳米管相当于导电线路将各种电路元件连接在一起。
本发明具有有益效果。本发明通过在半导体元件表面激光雕刻出微米级的集成电路通道，将碳纳米管颗粒注入到电路通道中，然后用激光冲击的方法将碳纳米管颗粒嵌入到半导体表面集成电路中，连接各种微型电路元件构成微电子器件，降低微电子器件的电路空间，使微电子器件进一步微小化并提高其导电性能。
附图说明
图1为本发明单晶硅试样表面制备的集成电路图。
图2为本发明激光冲击强化装置示意图。
图中：1.激光器控制装置，2.激光器，3.激光束，4.k9玻璃约束层，5.铝箔吸收层，6.试样，7.五轴工作台。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本发明的技术方案做进一步详细说明。
本发明在半导体元件表面激光雕刻出微米级的集成电路通道，将碳纳米管颗粒注入到电路通道中，然后用激光冲击的方法将碳纳米管颗粒嵌入到半导体表面集成电路中，连接各种微型电路元件构成微电子器件，降低微电子器件的电路空间，使微电子器件进一步微小化并提高其导电性能。
实施例1：
选取单晶硅作为研究对象，将单晶硅制成40mm×40mm×5mm的块状试样，将待处理半导体试样放在酒精溶液中用超声波清洗机清除表面的灰尘与油渍，并完成必要的裂纹探测过程，确保表面没有明显的裂纹与缺陷。
在半导体试样表面采用激光雕刻的方法制作出微米级的集成电路通道，如图1所示。
将碳纳米管颗粒注入到电路通道中，利用纳米颗粒的尺寸效应使之紧密吸附在电路通道中。
将预注入碳纳米管颗粒的半导体试样表面覆盖上吸收层铝箔，采用K9玻璃作为约束层，并将其安装在五轴工作台上。
通过激光器控制装置设定激光器的输出功率和光斑参数：波长1064nm，脉冲宽度5ns，单次脉冲能量3J，光斑半径0.5mm。
通过数控系统调节五轴工作台使激光束光斑中心与基体非光滑表面待冲击区域的左上角重合在A点，作为冲击强化处理起始位置，并使待冲击区域X轴和Y轴方向与工作台的X轴和Y轴方向一致。
打开激光器，采用逐行加工的方法通过数控系统控制五轴工作台的移动实现对试样待加工表面进行激光冲击强化，设定行间和列间光斑搭接率为30％，最终完成对整个待冲击区域的冲击强化，获得嵌入碳纳米管颗粒的电路通道。
在碳纳米管电路通道中连接入各种电路元件包括电阻、电容及集成晶体管，对电路提供整流、开关和放大功能，构成微电子器件。
本实施例在单晶硅试样表面制作出嵌有碳纳米管颗粒的集成电路通道，在电路中接入电路元件构成微电子器件，电路空间占用率上降低了23％，实现了微电子器件的进一步微小化，并在导电性能上有很大提升。
实施例2：
选取单晶硅作为研究对象，将单晶硅制成45mm×45mm×5mm的块状试样，将待处理半导体试样放在酒精溶液中用超声波清洗机清除表面的灰尘与油渍，并完成必要的裂纹探测过程，确保表面没有明显的裂纹与缺陷。
在半导体试样表面采用激光雕刻的方法制作出微米级的集成电路通道，如图1所示。
将碳纳米管颗粒注入到电路通道中，利用纳米颗粒的尺寸效应使之紧密吸附在电路通道中。
将预注入碳纳米管颗粒的半导体试样表面覆盖上吸收层铝箔，采用K9玻璃作为约束层，并将其安装在五轴工作台上。
通过激光器控制装置设定激光器的输出功率和光斑参数：波长1064nm，脉冲宽度8ns，单次脉冲能量8J，光斑半径1.5mm。
通过数控系统调节五轴工作台使激光束光斑中心与基体非光滑表面待冲击区域的左上角重合在A点，作为冲击强化处理起始位置，并使待冲击区域X轴和Y轴方向与工作台的X轴和Y轴方向一致。
打开激光器，采用逐行加工的方法通过数控系统控制五轴工作台的移动实现对试样待加工表面进行激光冲击强化，设定行间和列间光斑搭接率为50％，最终完成对整个待冲击区域的冲击强化，获得嵌入碳纳米管颗粒的电路通道。所用激光冲击强化装置如图2所示。
在碳纳米管电路通道中连接入各种电路元件包括电阻、电容及集成晶体管，对电路提供整流、开关和放大功能，构成微电子器件。
本实施例在单晶硅试样表面制作出嵌有碳纳米管颗粒的集成电路通道，在电路中接入电路元件构成微电子器件，电路空间占用率上降低了35％，实现了微电子器件的进一步微小化，并在导电性能上有很大提升。
实施例3：
选取单晶硅作为研究对象，将单晶硅制成50mm×50mm×5mm的块状试样，将待处理半导体试样放在酒精溶液中用超声波清洗机清除表面的灰尘与油渍，并完成必要的裂纹探测过程，确保表面没有明显的裂纹与缺陷。
在半导体试样表面采用激光雕刻的方法制作出微米级的集成电路通道，如图1所示。
将碳纳米管颗粒注入到电路通道中，利用纳米颗粒的尺寸效应使之紧密吸附在电路通道中。
将预注入碳纳米管颗粒的半导体试样表面覆盖上吸收层铝箔，采用K9玻璃作为约束层，并将其安装在五轴工作台上。
通过激光器控制装置设定激光器的输出功率和光斑参数：波长1064nm，脉冲宽度10ns，单次脉冲能量12J，光斑半径3mm。
通过数控系统调节五轴工作台使激光束光斑中心与基体非光滑表面待冲击区域的左上角重合在A点，作为冲击强化处理起始位置，并使待冲击区域X轴和Y轴方向与工作台的X轴和Y轴方向一致。
打开激光器，采用逐行加工的方法通过数控系统控制五轴工作台的移动实现对试样待加工表面进行激光冲击强化，设定行间和列间光斑搭接率为70％，最终完成对整个待冲击区域的冲击强化，获得嵌入碳纳米管颗粒的电路通道。
在碳纳米管电路通道中连接入各种电路元件包括电阻、电容及集成晶体管，对电路提供整流、开关和放大功能，构成微电子器件。
本实施例在单晶硅试样表面制作出嵌有碳纳米管颗粒的集成电路通道，在电路中接入电路元件构成微电子器件，电路空间占用率上降低了41％，实现了微电子器件的进一步微小化，并在导电性能上有很大提升。

Claims (4)

1.一种制作微电子器件的方法，其特征在于：在半导体元件表面激光雕刻出微米级的集成电路通道，将碳纳米管颗粒注入到电路通道中，利用纳米颗粒的尺寸效应，即平衡吸附常数随着尺寸的减小而增加，碳纳米管颗粒紧密吸附在电路通道内，用强脉冲激光冲击半导体元件表面，碳纳米管颗粒的吸附作用在强冲击波的作用下加强，同时实现碳纳米管颗粒与半导体元件之间的冷焊粘结，碳纳米管嵌入到半导体表面集成电路中，连接各种微型电路元件构成微电子器件，降低微电子器件的电路空间，使微电子器件进一步微小化并提高其导电性能；
具体步骤如下：
步骤一，将待处理半导体试样放在酒精溶液中用超声波清洗机清除表面的灰尘与油渍，并完成必要的裂纹探测过程；
步骤二，在半导体试样表面采用激光雕刻的方法制作出微米级的集成电路通道；
步骤三，将碳纳米管颗粒注入到电路通道中，利用纳米颗粒的尺寸效应使之紧密吸附在电路通道中；
步骤四，将预注入碳纳米管颗粒的半导体试样表面覆盖上吸收层与约束层，并将其安装在五轴工作台上；
步骤五，通过激光器控制装置设定激光器的输出功率和光斑参数；
步骤六，通过数控系统调节五轴工作台使激光束光斑中心与基体非光滑表面待冲击区域的左上角重合在A点，作为冲击强化处理起始位置，并使待冲击区域X轴和Y轴方向与工作台的X轴和Y轴方向一致；
步骤七，打开激光器，采用逐行加工的方法通过数控系统控制五轴工作台的移动实现对试样待加工表面进行激光冲击强化，最终完成对整个待冲击区域的冲击强化，获得嵌入碳纳米管颗粒的电路通道；
步骤八，在碳纳米管电路通道中连接入各种电路元件构成微电子器件。
2.根据权利要求1所述的一种制作微电子器件的方法，其特征在于：所述吸收层采用铝箔，约束层采用K9玻璃。
3.根据权利要求1所述的一种制作微电子器件的方法，其特征在于：所述激光器为单脉冲Nd：YAG平顶型激光器，工作参数为：波长为1064nm，脉冲宽度为5-10ns，单次脉冲能量为3J-12J，光斑半径为0.5-3mm，相邻光斑搭接率为30％-70％。
4.根据权利要求1所述的一种制作微电子器件的方法，其特征在于：所述微型电路元件包括电阻、电容及集成晶体管，对电路提供整流、开关和放大功能，碳纳米管相当于导电线路将各种电路元件连接在一起。
CN201610742804.8A 2016-08-26 2016-08-26 一种制作微电子器件的方法 Pending CN106229292A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610742804.8A CN106229292A (zh) 2016-08-26 2016-08-26 一种制作微电子器件的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610742804.8A CN106229292A (zh) 2016-08-26 2016-08-26 一种制作微电子器件的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN106229292A true CN106229292A (zh) 2016-12-14

Family

ID=57554913

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610742804.8A Pending CN106229292A (zh) 2016-08-26 2016-08-26 一种制作微电子器件的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106229292A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114334872A (zh) * 2022-03-15 2022-04-12 合肥阿基米德电子科技有限公司 具有散热结构的电力电子器件igbt模块及制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101208793A (zh) * 2005-06-08 2008-06-25 英特尔公司 碳纳米管互连接触
CN101281881A (zh) * 2008-04-09 2008-10-08 初大平 一种形成跨层连接结构的方法
CN104878189A (zh) * 2015-05-08 2015-09-02 江苏大学 一种合金基体制备非光滑表面的方法
CN105359631A (zh) * 2013-08-02 2016-02-24 奥宝科技有限公司 用于在衬底上产生导电路径的系统及方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101208793A (zh) * 2005-06-08 2008-06-25 英特尔公司 碳纳米管互连接触
CN101281881A (zh) * 2008-04-09 2008-10-08 初大平 一种形成跨层连接结构的方法
CN105359631A (zh) * 2013-08-02 2016-02-24 奥宝科技有限公司 用于在衬底上产生导电路径的系统及方法
CN104878189A (zh) * 2015-05-08 2015-09-02 江苏大学 一种合金基体制备非光滑表面的方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114334872A (zh) * 2022-03-15 2022-04-12 合肥阿基米德电子科技有限公司 具有散热结构的电力电子器件igbt模块及制备方法
CN114334872B (zh) * 2022-03-15 2022-06-14 合肥阿基米德电子科技有限公司 具有散热结构的电力电子器件igbt模块及制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhang et al. Mechanics of microelectronics
TW200605145A (en) In-situ surface treatment for memory cell formation
Kittler et al. Regular dislocation networks in silicon as a tool for nanostructure devices used in optics, biology, and electronics
JP6359484B2 (ja) 低温基板上の薄膜の側方熱処理を提供する方法
CN100355648C (zh) 碳纳米管交叉阵列的制备方法
US20140037945A1 (en) Bonding-substrate fabrication method, bonding substrate, substrate bonding method, bonding-substrate fabrication apparatus, and substrate assembly
CN1881643A (zh) 功能分子元件,功能分子元件的制造方法以及功能分子器件
CN100350499C (zh) 磁随机访问存储器
JP2011119717A (ja) 接合システムおよび接合方法
Crawley et al. 3D Nanoelectronic Computer Architecture and Implementation
CN106229292A (zh) 一种制作微电子器件的方法
Wang et al. Band alignment in molecular devices: Influence of anchoring group and metal work function
Boebinger et al. The atomic drill bit: Precision controlled atomic fabrication of 2D materials
KR101050606B1 (ko) 폴리머 조성물들에서의 나노클레이들, 그를 포함하는 물품들, 그를 제조하는 프로세스들 및 그를 포함하는 시스템들
Wang et al. Ohmic contact junction of carbon nanotubes fabricated by in situ electron beam deposition
Fiorillo Deposition of zeolite thin layers onto silicon wafers for biomedical use
Holl et al. UV activation treatment for hydrophobic wafer bonding
Ma et al. Dye-sensitized solar cells: Atomic scale investigation of interface structure and dynamics
KR100779153B1 (ko) 어닐링 장치
Jeon et al. LF noise analysis for trap recovery in gate oxides using built-in joule heater
Haque Processing and characterization of device solder interconnection and module attachment for power electronics modules
Franceschetti et al. Exciton dissociation and interdot transport in CdSe quantum-dot molecules
Nguyen et al. Atomistic insight into welding silver nanowires and interfacial characteristics of the welded zone
JP2005268531A (ja) 超分子構造物質の改質方法
EP4224512A1 (en) Substrate bonding method and substrate bonding system

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20161214