激光加热下不同形貌硅片的热力学性能分析*

□ 张小珍

厦门大学嘉庚学院 福建漳州 363105

1 研究背景

电子器件的性能不断向高强度、高温、多能化方向发展,使硅片等半导体材料被广泛应用[1-3]。硅片一般用作电子器件的衬底材料,直接影响器件的性能、寿命、成品率[4-5]。硅片受到机械和环境作用,会出现表面磨损、翘曲变形等,直接影响微机电系统的可靠运行[6-7]。硅片在磨削加工时会造成表面磨损,强度因此受到影响。对集成电路和硅器件进行研究发现,硅片在高温工艺下出现弯曲、翘曲也是常见的现象[8-10]。如何提高硅片的机械强度和热应力,是一个重要课题。

笔者在研究中采用激光加热,分析不同表面形貌硅片的强度和热力学性能。在相同承载情况下,研究应力、应变最优表面形貌。借用10 W激光入射热通量模拟硅片表面分布的热源,分析硅片瞬态热响应,得到表面形貌与激光加热对硅片热力学性能的影响,得出最佳表面形貌。

2 不同形貌硅片建模

硅片受到一定方向的机械力作用时,会产生变形,使器件上的电阻值发生变化[11]。不同结构的硅片,承载情况不同。笔者针对四种不同表面形貌的硅片,研究它们的受力特性。不同表面形貌硅片模型如图1所示。

激光热处理下,硅片晶粒尺寸会增大,由此借用激光来研究不同表面形貌硅片的耐高温性,得出较好的表面形貌。当激光入射硅片表面时,硅片表面温度直接影响器件的稳定性,因此需要建立适宜的温度场,预测模型瞬态热响应。激光加热模型如图2所示。……