晶圆级单轴应变SOI制备及有限元模拟研究

摘要

晶圆级单轴应变SOI(绝缘体上硅)技术,不仅具有速度高、功耗低、集成密度高、抗辐照等 SOI技术优点,还具有载流子迁移率提升高,且在高垂直电场下不退化的单轴应变硅技术优点,是一种很具创新和竞争力的新技术。
　　本论文基于材料力学、弹塑性力学理论和 SOI材料的特性,提出了一种通过机械弯曲和高温退火制作晶圆级单轴应变SOI的新方法。该方法的优点有成本低,工艺步骤简单,仅需一片 SOI片,即能产生张应变,也能产生压应变,适合于任何尺寸的晶圆,且应变量大。
　　所提出新方法的工艺原理是:选取合适的退火温度和弯曲半径,使二氧化硅层发生不可恢复的塑性形变,而单晶硅发生可恢复的弹性形变。又因二氧化硅层和顶层硅层都很薄,二氧化硅层的拉伸或压缩通过化学键作用到顶层硅上,使顶层硅也产生张应变或压应变。
　　依此工艺原理,制作了弯曲半径0.75m的4英寸单轴张应变和压应变SOI实验样品。采用拉曼光谱技术和光纤光栅应变测试技术,对单轴应变SOI实验样品的应变进行了表征,单轴张应变SOI晶圆的拉曼频移为-0.3cm-1,相应应变量为0.078％;单轴压应变SOI晶圆的拉曼频移为0.65cm-1,相应应变量为0.168%。
　　还通过有限元模拟软件ANSYS,对单轴应变SOI晶圆应力应变分布进行了系统的仿真分析,模拟结果与光纤光栅应变测试结果基本一致,从而验证了模拟结果的准确性。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 国内外应变SOI的研究现状

1.3 本论文的内容安排

第二章 SOI晶圆材料的力学理论与材料特性

2.1 弹塑性力学理论基础[32-39]

2.2 SOI材料的热学与力学特性

2.3 小结

第三章 晶圆级机械致单轴应变SOI的制作工艺原理

3.1 工艺原理

3.2 工艺步骤

3.3 小结

第四章 晶圆级单轴应变SOI材料的应力应变表征

4.1 Raman光谱分析

4.2 光纤光栅应力测试

4.3 小结

第五章 晶圆级机械致单轴应变SOI应力分布的有限元分析

5.1 有限元模型的建立

5.2 应力应变模拟结果分析

5.3 小结

第六章 结论

6.1 研究的结论

6.2 进一步的工作

致谢

参考文献

攻读硕士研究生期间的研究成果