单晶硅材料机械性能研究及进展.pdf

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1、第18卷第3期材料科学与工程总第71期VO1.18NO.3MaterialsScienceSEngineeringSep.2000=========================================================文章编号:1004-793X(2000D03-0100-05单晶硅材料机械性能研究及进展李东升~杨德仁~阙端麟(浙江大学硅材料国家重点实验室~浙江杭州310027D摘要本文综述了硅材料的机械性能研究进展和相应的研究方法利用高温拉伸抗弯测试和显微压痕测试等研

2、究手段~指出硅材料表面状况位错和杂质是其机械性能的主要影响因素表面损伤将降低硅单晶的拉伸屈服强度和抗弯强度;而位错的产生和滑移也可降低单晶的机械性能~但杂质对位错的钉扎将起到强化单晶机械性能的作用关键词单晶硅;机械性能中图分类号:TN304.1;0614.41文献标识码:AProgressinstudyofcrystalsiliconMechanicalPropertiesLIdong-sheng~YANGde-ren~OUEduan-lin(stateKeyLaboratoryofsilico

3、nMaterialsscience~ZhejiangUniversity~Hangzhou310027~chinaDAbstractTheprOgressinstudyOfthemechanicalprOpertiesOfmOnOcrystallinesilicOnhaVebeenre-VieWed.BymeansOftensiletestsathightemperature~bendingstrengthandindentatiOn~itisfOundthatthemechanicalprOp

4、ertiesOfsilicOnmainlydependOnsurfacestates~dislOcatiOnsandimpurities.TheupperyieldstrengthandbendingstrengthdecreaseWiththedamageOnsurface~asWellasthegeneratiOnandmOVementOfdislOcatiOns.~OWeVer~thrOughpinningdislOcatiOns~theimpuritiescanstrengthenthe

5、me-chanicalprOpertiesOfcrystalsilicOn.KeyWordsmOnOcrystallinesilicOn;mechanicalprOperties和机械抛光等加工工艺过程中硅材料由于承受剪切1引言应力而易于产生破碎现象~影响生产的成品率同样~在IC工艺中~硅片亦要经历不同的热处硅材料是微电子工业的基础~其机械强度性能理过程~这必然会在硅片中产生热应力~使硅片产生对材料和集成电路及其它器件产生重要影响众所翘曲~使光刻时图形套刻精度下降;并加速位错滑周知~单晶硅材料在

6、室温下属于硬脆性材料只有温移~产生各类结构缺陷~甚至使硅片破裂随着IC用度TZ0.5Tm(Tm=1690KD时~硅单晶才具有弹塑硅片直径的不断增大~上述情况将更趋严重同时~性~其内部位错才易于移动和攀移而室温下~在外硅片背损伤吸杂亦在生产中经常使用~由此产生的力作用下~单晶硅中很难产生位错和滑移但是~由后果是硅片本身就具有微裂纹~易于脆断或自然解于其抗拉应力远大于抗剪应力~因此~在切割研磨理断裂~影响下一步加工处理收稿日期:1999-04-02;作者简介:李东升(1973D~男~安徽肥东人~浙江

7、大学博士生.研究半导体材料杂质与缺陷.100由于硅的机械性能对材料和器件的重要影响92.2位错对拉伸性能的影响国际上从5O年代就开始从事该方面的研究[1]任何半导体材料的应力应变过程均存在一0学者指出9由于半导体工业用硅是脆性材料9且为单晶明显的从上屈服点至下屈服点的陡降9这一特性不体9因此9对其机械性能的研究有一定困难0不象其仅与温度9还与晶体变形率有关0随着温度和变形率他工程材料9有着完善的测试手段和研究依据9所的增加9上下屈服点及两者差值均下降9这可能与以9对单晶硅的研究多借鉴脆性材料(

8、如陶瓷等D的晶格的变化有关0此外9位错对单晶硅拉伸过程中屈研究方法9如用高温拉伸性能抗弯强度硬度等来服区的影响则更大0单晶中位错密度增加9上下屈表征其机械性能0在近十年来9该领域研究又有了新服点及两者差值亦均下降0K.SuminO[3]等认为9硅的进展0在这些基础上9本文综述了单晶硅的拉伸性单晶塑性变形时将伴以相当高密度的位错的移动9能抗弯强度及显微硬度方面的研究成果9并探讨了并有;该领域所存在的问题0dZc/dE=[1-{NmVOb(Zc-1/2~Gb(NmD/BDEXP(-0/KTD