半導體器件和集成電路電-熱-力特性的多物理場仿真研究.pdf

1、國際半導體技術(shù)藍圖(ITRS)-2009:建模和仿真部分預測，隨著CMOS工藝的尺寸達到22nm，甚至更小，以及集成電路功能的多樣化，使得熱擴散問題成為實現(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，必須進行有效的熱管理。有必要進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-力建模及其對有源器件和互連線影響的研究。而CMOS工藝集成電路制造技術(shù)集成度提高的同時，其絕緣層越來越薄，抗壓能力也相應減弱。

2、靜電放電問題越來越成為集成電路中最主要的可靠性問題。因此開發(fā)一種高效的、能有效處理電-熱-力多物理場耦合問題的算法并進行相應的實驗，來分析熱失效、熱應力可靠性和電脈沖擊穿問題變得尤為重要。
　　 本文將以半導體、電場、熱傳導和動力學理論，結(jié)合實驗和數(shù)值仿真，詳細研究相關半導體器件和集成電路在應用過程中所遇到的電、熱和力多物理場耦合問題。
　　 首先，本文以電場、熱場和力場之間的耦合機理為基礎，利用改進的時域有限元法多物理

3、場數(shù)值算法，并與相應的商業(yè)軟件進行了對比驗證。該算法考慮了溫變的材料物理參數(shù)，可準確快速地得到電-熱-力多物理耦合場。比如，電導率、熱導率、熱膨脹系數(shù)等都是溫變的。本文用時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)對單層、多層和熱硅通孔陣列的熱-力效應。并對靜電放電幅值、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的因素進行了詳細分析。討論了鰭結(jié)構(gòu)的尺寸、熱點位置的優(yōu)化以及熱點的對齊問題。并且給出了熱點對齊和不同襯底材料的溫變結(jié)果

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