半導(dǎo)體器件和集成電路電-熱-力特性的多物理場(chǎng)仿真研究.pdf

1、國(guó)際半導(dǎo)體技術(shù)藍(lán)圖(ITRS)-2009:建模和仿真部分預(yù)測(cè)，隨著CMOS工藝的尺寸達(dá)到22nm，甚至更小，以及集成電路功能的多樣化，使得熱擴(kuò)散問(wèn)題成為實(shí)現(xiàn)三維集成電路優(yōu)良性能的瓶頸。為了提高集成電路的可靠性和性能，防止其熱失效，必須進(jìn)行有效的熱管理。有必要進(jìn)行熱硅通孔和薄的堆疊晶片（包括粘結(jié)層或者中介層）的熱-力建模及其對(duì)有源器件和互連線(xiàn)影響的研究。而CMOS工藝集成電路制造技術(shù)集成度提高的同時(shí)，其絕緣層越來(lái)越薄，抗壓能力也相應(yīng)減弱。

2、靜電放電問(wèn)題越來(lái)越成為集成電路中最主要的可靠性問(wèn)題。因此開(kāi)發(fā)一種高效的、能有效處理電-熱-力多物理場(chǎng)耦合問(wèn)題的算法并進(jìn)行相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，來(lái)分析熱失效、熱應(yīng)力可靠性和電脈沖擊穿問(wèn)題變得尤為重要。
　　 本文將以半導(dǎo)體、電場(chǎng)、熱傳導(dǎo)和動(dòng)力學(xué)理論，結(jié)合實(shí)驗(yàn)和數(shù)值仿真，詳細(xì)研究相關(guān)半導(dǎo)體器件和集成電路在應(yīng)用過(guò)程中所遇到的電、熱和力多物理場(chǎng)耦合問(wèn)題。
　　 首先，本文以電場(chǎng)、熱場(chǎng)和力場(chǎng)之間的耦合機(jī)理為基礎(chǔ)，利用改進(jìn)的時(shí)域有限元法多物理

3、場(chǎng)數(shù)值算法，并與相應(yīng)的商業(yè)軟件進(jìn)行了對(duì)比驗(yàn)證。該算法考慮了溫變的材料物理參數(shù)，可準(zhǔn)確快速地得到電-熱-力多物理耦合場(chǎng)。比如，電導(dǎo)率、熱導(dǎo)率、熱膨脹系數(shù)等都是溫變的。本文用時(shí)域有限元算法深入地分析了一種新型的熱硅通孔結(jié)構(gòu)對(duì)單層、多層和熱硅通孔陣列的熱-力效應(yīng)。并對(duì)靜電放電幅值、熱硅通孔襯底材料和其結(jié)構(gòu)參數(shù)等影響其電熱力響應(yīng)的因素進(jìn)行了詳細(xì)分析。討論了鰭結(jié)構(gòu)的尺寸、熱點(diǎn)位置的優(yōu)化以及熱點(diǎn)的對(duì)齊問(wèn)題。并且給出了熱點(diǎn)對(duì)齊和不同襯底材料的溫變結(jié)果

4、。
　　 其次，我們進(jìn)行了砷化鎵雙異質(zhì)結(jié)晶體管功率放大器的穩(wěn)態(tài)多物理場(chǎng)和薄膜電阻的瞬態(tài)多物理場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)和仿真研究。進(jìn)行了功率與時(shí)間特性對(duì)DCS/GSM雙波段手持設(shè)備上砷化鎵雙異質(zhì)結(jié)晶體管功率放大器的影響的實(shí)驗(yàn)。進(jìn)行了基于GMSK的GSM-900和DCS-1800制式的布局圖的電熱耦合的時(shí)域有限元法仿真，并與熱掃描得到的熱圖像與仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。另外，進(jìn)行了靜電放電對(duì)DCS/GSM雙波段手持設(shè)備上砷化鎵雙異質(zhì)結(jié)晶體管功率放大器的