晶圆级单轴应变SOI制备及有限元模拟研究.docx

代 号 分类号 10701 TN4 学 号 1111122827 密 级 公开 U D C 编 号 题（中、英文） 目 晶圆级单轴应变 SOI 制备及有限元模拟研究 Study of wafer-level uniaxially strained SOI and finite element simulation 作 者 姓 名 邵晨峰 工 程 领 域 集成电路工程 学校指导教师姓名职称 企业指导教师姓名职称 戴显英 教授 赵吉成 高工 论 文 类 型 应用基础技术 提交论文日 期二〇一四年一月 西安电子科技大学硕士学位论文 晶圆级单轴应变 SOI 制备及有限元模拟研究 作者：邵晨峰 导师：戴显英 教授 学科：集成电路工程 中国 西安 2014 年 1 月 Study of wafer-level uniaxially strained SOI and finite element simulation A Dissertation Submitted to Xidian University in Candidacy for the Degree of Master in Integrated Circuit Engineering By Shao Chenfeng Xi’an, P. R. China January 2014 西安电子科技大学 学位论文创新性声明 秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在 导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标 注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成 果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的 材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说 明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切的法律责任。 本人签名： 日期 西安电子科技大学 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究 生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。本人保证毕 业离校后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位仍然为西安电子科技大学。 学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全 部或部分内容，可以允许采用影印、缩印、或其它复制手段保存论文。同时本人 保证，毕业后结合学位论文研究课题再撰写的文章一律署名单位为西安电子科技 大学。 本人签名： 日期 导师签名： 日期 摘要 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。 关键字：晶圆级单轴应变 绝缘层上硅 机械弯曲 有限元分析 光纤光栅测试 晶圆级单轴应变 SOI 制备及有限元模拟研究 Abstract Abstract The wafer-level uniaxially strained silicon on insulator（SOI） is the combination of SOI technology and uniaxially strained silicon technology, so it has both the advantages of high speed, low power, high integration densit