硅基瞬态器件及其工艺实现的研究

发布时间：2019-12-03 04:18

【摘要】：瞬态电子是近年来新生的一种电子技术,是指具有特定功能的电路或者器件在完成指定功能后能够接受外界触发信号后其功能或者物理形态在短时间内自行消失或者破坏。瞬态电子应用面广泛,涉及到信息安全型、环境友好型、可植入式等电子设备。对于信息安全型电子设备方面,目前的瞬态电子技术主要利用新型材料和工艺实现可降解的电子器件或者电路,然而这种技术方案难以在传统硅基集成电路上实现。另外也有利用腐蚀性化学试剂或者含能剂等材料制作的瞬态芯片,但是它们一方面不可避免地存在安全隐患,另一方面制造工艺与传统工艺有较大偏差。针对以上问题,本文通过理论分析、仿真计算、实验论证,研究了一种新型的硅基瞬态器件及其工艺实现,主要研究内容有:首先,单晶硅的实际强度极限因为微裂纹或者位错等原因远远小于理论强度,且其极限强度跟硅片的实际尺寸、形貌等有很大的关系,我们通过三点弯曲实验测试了不同尺寸硅片的抗弯强度,并通过ABAQUS仿真分析了硅片表面刻蚀沟槽对应力集中的影响,基于扩展有限元对硅片进行了裂纹扩展仿真。接着,分析了已有的应力引入方式及这些方式的应力产生原理,通过计算和ABAQUS仿真论证了通过在硅片表面覆盖薄膜的方式引入应力的局限性,提出通过在硅片表面刻蚀沟槽并在沟槽中填充热膨胀剂的方式引入应力。通过COMSOL仿真分析比较了铝、锌、铜三种金属在不同温度下所能引入的应力大小,提出在沟槽边缘增加V形尖角结构引入应力集中和应力叠加点,COMSOL仿真分析表明,在250℃时,当填充金属为铜时,在硅片中靠近金属部位引入超过300MPa的平均应力,在应力集中和应力叠加处引入超过1.5GPa的应力;当填充金属为锌时这种结构可以在硅片中靠近金属部位引入超过500MPa的平均应力,在应力集中和应力叠加处引入超过2GPa的应力。最后,设计了几种硅片刻蚀方案并交付第三方加工完成,通过电镀的方式填充金属,研究了在深槽内电镀填充金属铜的工艺实现方案,完成了硅基瞬态器件的工艺实现。上电测试表明该器件触发后能够实现硅片的物理性断裂。
【图文】：

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(c)图 1-1 可水解瞬态电子器件结构示意图。(a)制作在柔性衬底上的集成电子器件的示意图，器件包括晶体管、二极管、电感、电容、电阻、互连线等；(b)器件的部件分解图和俯视图；(c)器件在去离子水中的水解过程2013 年，Niladri Banerjee, Yan Xie 等人报道了一种腐蚀液摧毁芯片的方法-2 所示，该方法将腐蚀液包裹于聚合物薄膜中并将它制作在芯片上方，触，加热电路产生热量融化聚合物薄膜，腐蚀液渗入到芯片工作区并在几毁芯片[4]。

示意图,腐蚀液,芯片,聚合物薄膜

(a) (b)(c)图 1-1 可水解瞬态电子器件结构示意图。(a)制作在柔性衬底上的集成电子器件的示意图，，器件包括晶体管、二极管、电感、电容、电阻、互连线等；(b)器件的部件分解图和俯视图；(c)器件在去离子水中的水解过程2013 年，Niladri Banerjee, Yan Xie 等人报道了一种腐蚀液摧毁芯片的方法-2 所示，该方法将腐蚀液包裹于聚合物薄膜中并将它制作在芯片上方，触，加热电路产生热量融化聚合物薄膜，腐蚀液渗入到芯片工作区并在几毁芯片[4]。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TN305

【参考文献】