一种制作微电子器件的方法技术

本发明专利技术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。本发明专利技术可应用于纳米机器人等精密设备。

Method for manufacturing microelectronic device

The invention discloses a method for manufacturing a microelectronic device, relates to the laser processing and the field of microelectronics, especially in semiconductor integrated circuit element surface laser engraving a micron channels, the carbon nanotube particles injected into the circuit channel, using the size effect of nano particles, the adsorption equilibrium constant increases with size decreasing, close the adsorption in the circuit channel of carbon nanotube particles, semiconductor laser shock surface with strong pulse, the adsorption effect of carbon nanotubes particles in strong shock wave to strengthen, while achieving between carbon nanotube particles and semiconductor element bonded cold welding, carbon nanotubes embedded into the surface of the semiconductor integrated circuit, the miniature circuit connection of various components of microelectronics the device, reduce the circuit of space microelectronic devices, make further miniaturization of microelectronic devices and improve Its electrical conductivity. The invention can be applied to precision equipment, such as nano robots.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术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。
技术介绍
微电子工业可追溯到1947年肖克利等人专利技术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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术具有有益效果。本专利技术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为本专利技术单晶硅试样表面制备的集成电路图。图2为本专利技术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，对本专利技术的技术方案做进一步详细说明。本专利技术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本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。...

【技术特征摘要】
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁金忠，张文泉，罗开玉，刘月，程龙，余九林，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32