论文部分内容阅读
应变硅和SOI(silicon-on-insulator,绝缘体上硅)被公认为是深亚微米和纳米技术时代维持摩尔定律的两大关键技术。晶圆级应变SOI集应变硅技术与SOI的特点于一身且具有不受工艺条件影响的优点,将成为军用高性能、高可靠性集成电路的优选工艺。基于SOI材料的结构特性、氮化硅薄膜的应力特性与弹塑性力学理论,本论文提出了一种高应力氮化硅薄膜致晶圆级应变SOI的新方法。该方法利用淀积的高应力氮化硅薄膜在SOI中引入应力,并采用离子注入和高温退火工艺来增强应力并将应力记忆保持。基于弹塑性力学理论和SOI各层材料的屈服特性,论文阐述了该方法的应力产生、应力引入与应力保持机理等应变机理。基于新方法的应变机理,本文设计了高应力氮化硅致晶圆级应变SOI的实验方案和工艺流程,并采用PECVD技术,进行晶圆级应变SOI的制备实验研究。基于该方法和弹性力学理论以及纯弯曲理论,论文建立了氮化硅薄膜致晶圆级应变SOI的应力模型。基于该模型,进行了氮化硅薄膜致晶圆级应变SOI的应力计算研究。论文深入研究了SOI结构各层材料的力学与热学特性。针对SOI的结构特性、力学与热学特性,设计了不同的纳米压痕实验方案。获得了不同SOI材料的硬度与杨氏模量,并给出了SOI材料力学特性随着压痕深度的变化关系。利用有限元分析软件,建立了纳米压痕实验模型。基于该模型,进行了多组材料参数的变化模拟,结合量纲函数分析方法获得了被测材料的无量纲函数,得到了材料的屈服强度和切线模量。基于PECVD技术,本论文进行了高应力氮化硅薄膜的制备实验,获得50nm厚度的1.5GPa压应力氮化硅薄膜和1.2GPa张应力氮化硅薄膜。基于高应力氮化硅薄膜致晶圆级应变SOI新方法,结合离子注入工艺和应力记忆技术,本文设计了晶圆级应变SOI的实验方案和工艺步骤。采用PECVD工艺技术,与不同退火工艺,进行了高应力氮化硅薄膜致晶圆级应变SOI的制备实验研究,获得了晶圆级张应变SOI和压应变SOI样品。采用了不同的实验样品与试验工艺验证了应力模型。Raman表征结果表明晶圆级应变SOI顶层硅应变量为0.231%,模型计算结果为0.261%,实验值与理论计算较一致。实验结果表明离子注入工艺,改善退火条件有助于提高晶圆级应变SOI的应变量。