【摘要】：隨著大數(shù)據(jù)和云計算的迅猛發(fā)展,集成電路需要處理的數(shù)據(jù)量不斷增加,數(shù)據(jù)的存儲變得越來越重要。為了滿足市場對高性能和高密度存儲設(shè)備的需求以及緩解平面NAND Flash的技術(shù)瓶頸,3D NANDFlash結(jié)構(gòu)被提出。由于3D NAND Flash結(jié)構(gòu)需要更低的熱預(yù)算來減少溫度對器件層的損壞,因此3D體系結(jié)構(gòu)退火工藝的研究對于新一代存儲器件具有一定的實際意義。本文主要圍繞存儲器制備中激光退火工藝的優(yōu)化展開,分別對納秒激光(短脈沖激光)退火條件下器件中的溫度場變化和飛秒激光(超短脈沖激光)照射半導體材料時的相變機理作了深入的探究。目的是更加詳盡的掌握激光非晶硅退火過程中熱力場的變化,優(yōu)化激光退火的工藝以及對激光退火制備多晶硅溝道提供了一定的數(shù)據(jù)參考。第一部分主要介紹了基于有限元軟件對納秒激光脈沖作用下3D垂直溝道結(jié)構(gòu)單元中的熱力場分布進行數(shù)值仿真。通過參數(shù)設(shè)置、模型創(chuàng)建、網(wǎng)格劃分、相變處理等建立激光退火的仿真模型,其中施加熱源為高斯激光光束。然后,分別改變多晶硅溝道厚度、激光能量密度和脈沖寬度并對相應(yīng)的熱力場進行數(shù)值模擬。結(jié)果表明:樣品表面的溫度與激光能量密度成正比,與脈沖寬度成反比。同時,沿半徑方向以及沿軸線方向的溫度大小和溫度梯度大小逐漸降低。當激光能量密度U= 1500mJ/cm2時,溝道層表面非晶硅材料首先達到相變溫度;當U≈2000mJ/cm2時,底部非晶硅材料溫度才能穩(wěn)定在非晶硅的相變溫度;同時為了避免臨近Si02材料層的熔化,激光退火過程中使用的激光能量應(yīng)限制在3000mJ/cm2以內(nèi)。此外,多晶硅溝道厚度與界面溫度呈非線性關(guān)系,且溝道層厚度約13nm時,界面處溫度最低。該研究結(jié)果可為3DNANDFlash退火工藝的優(yōu)化提供重要的參考。第二部分主要從理論分析、數(shù)值模擬和實驗分析三方面研究了飛秒激光與非熱退火的機理和可行性。理論部分,介紹了飛秒激光飛秒激光與固體材料相互作用的物理機理,為飛秒激光非熱作用過程的理解奠定理論基礎(chǔ)。數(shù)值計算部分,通過引入和求解雙溫模型來探究飛秒激光與半導體材料相互作用過程,分析結(jié)果可得:電子-晶格耦合時間遠大于飛秒激光脈沖持續(xù)時間,電子溫度和晶格溫度始終處于非平衡狀態(tài);激光在半導體樣品中的穿透深度為微米量級;當激光能量密度不變時,增加激光脈沖寬度,電子溫度的最大值和晶格的平衡溫度減小,同時晶格溫度的升高速率變緩。實驗部分,首先采用PECVD工藝在兩種不同的襯底上制備非晶硅薄膜,然后在室溫下使用飛秒激光照射該薄膜來實現(xiàn)非晶硅的晶化。經(jīng)掃描電子顯微鏡和原子力顯微鏡觀測表明,退火后非晶硅薄膜表面出現(xiàn)納米晶粒,表面粗糙度增大,以及襯底對退火過程的影響很小。經(jīng)拉曼光譜分析可知,飛秒激光實現(xiàn)了從非晶硅到多晶硅的相變。以上結(jié)果表明,飛秒激光非熱退火工藝適用于室溫非耐熱襯底上大規(guī)模制備多晶硅薄膜。
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TN405;TN249
【圖文】：

一１．１研究背景逡逑隨著大數(shù)據(jù)和云計算的迅猛發(fā)展，集成電路需要處理的數(shù)據(jù)量不斷增加，逡逑人們對數(shù)據(jù)量的需求呈爆發(fā)式的增長，市場對高密度存儲器的需求也越來越逡逑大，因此數(shù)據(jù)的存儲變得越來越重要。ＮＡＮＤ閃存技術(shù)是當今大容量存儲領(lǐng)逡逑域最重要的非易失性集成解決方案。因其相對低的成本、小巧的尺寸、高讀逡逑寫速度等特點，自從被發(fā)明以來，便成為市場的熱門選擇。近年來，ＮＡＮＤ逡逑閃存的制備技術(shù)已經(jīng)取得了很大的進步，開發(fā)者成功將２Ｄ邋ＮＡＮＤ閃存擴展逡逑至亞２０納米尺寸，但是隨著２Ｄ邋ＮＡＮＤ閃存單元尺寸的不斷減小，單元間逡逑干擾以及微縮瓶頸使得２Ｄ邋ＮＡＮＤ的進一步發(fā)展面臨著諸多挑戰(zhàn)，如圖１．１逡逑所示⑴。逡逑

域第一產(chǎn)品。２０１８年，存儲器占半導體總營收的３４．８％，繼續(xù)位居半導體逡逑各類別之首［２］。預(yù)計半導體存儲器市場將從２０１７年的１０００億美元X棾さ藉義希玻埃玻茨甑某罰常埃耙諉澇諧≌急缺浠繽跡保菜盡ｅ義希擔罰埃埃靛邋五義希媯В義�，／邋冲ＣＵ辶x希耍兀渝五五澹殄五義弦誨澹掊義希保擔埃埃靛危唬濉椋睢澹埽穡穡紓徨義希鑠危螅齲洛澹桑危停齲灣義希駑危叔巍澹咤澹櫻錚螅悖椋幔停蓿簦椋蓿耍螅簀義希懾嗚ⅲⅰ觶哄澹掊澹鰨殄澹澹誨我誨義希危懾危恚礤危掊危危苠危哄巍誨我荒儒義�！咖－W一——－ｊｊ邋＿．翟暴、—逡逑＾＝＇邋＇邐￣｜ｊ｜｜ｉ｜ｊｊ｛邐Ｈ邐｜｜邐ｊ邋ｊ邐ｊ邋：邐；邐ｊ邋－Ｐ邋—邋ＷＯＳ邋Ｍｅｒ？ｆｙ逡逑ｊ（0ｓｇ＾ｍ邋Ｌｉ邋！邐ｕ邐ｕ邐ｕ邐ｕ逡逑現(xiàn)邐＿邐W邐＿邐畫歫邐＿邐ｉ邐：４邐；．．Ｌ邐ｆｎ一逡逑２ｄ邐２３ｔ５邐２０ｔＴ邐２５１５邐２＞１Ｓ邐Ｚ？２Ｄ邐２０２＇邐２２２２邐２３２３邐藝２４邐２０２ｆ－逡逑圖１．２邋２０１５年至２０２５年全球半導體存儲器的市場占比［３，４］逡逑三星電子作為半導體領(lǐng)域的霸主，得益于存儲器需求的提升，在２０１８逡逑第二季度，半導體業(yè)務(wù)的營業(yè)利潤占總營業(yè)利潤的比例高達７８％，其中存儲逡逑器業(yè)務(wù)占比更是達到了邋８４％。作為全球最大的半導體消費市場和全球集成電逡逑路產(chǎn)業(yè)增長最快的國家，中國每年消耗全球２５％的ＮＡＮＤ邋Ｆｌａｓｈ和２０％的逡逑ＤＲＡＭ。２０１７年中國存儲器進口額為８８９．２１億美元。隨著中國５Ｇ和消費逡逑電子類市場的發(fā)展壯大

域第一產(chǎn)品。２０１８年，存儲器占半導體總營收的３４．８％，繼續(xù)位居半導體逡逑各類別之首［２］。預(yù)計半導體存儲器市場將從２０１７年的１０００億美元X棾さ藉義希玻埃玻茨甑某罰常埃耙諉澇諧≌急缺浠繽跡保菜盡ｅ義希擔罰埃埃靛邋五義希媯В義�，／邋冲ＣＵ辶x希耍兀渝五五澹殄五義弦誨澹掊義希保擔埃埃靛危唬濉椋睢澹埽穡穡紓徨義希鑠危螅齲洛澹桑危停齲灣義希駑危叔巍澹咤澹櫻錚螅悖椋幔停蓿簦椋蓿耍螅簀義希懾嗚ⅲⅰ觶哄澹掊澹鰨殄澹澹誨我誨義希危懾危恚礤危掊危危苠危哄巍誨我荒儒義�！咖－W一——－ｊｊ邋＿．翟暴、—逡逑＾＝＇邋＇邐￣｜ｊ｜｜ｉ｜ｊｊ｛邐Ｈ邐｜｜邐ｊ邋ｊ邐ｊ邋：邐；邐ｊ邋－Ｐ邋—邋ＷＯＳ邋Ｍｅｒ？ｆｙ逡逑ｊ（0ｓｇ＾ｍ邋Ｌｉ邋！邐ｕ邐ｕ邐ｕ邐ｕ逡逑現(xiàn)邐＿邐W邐＿邐畫歫邐＿邐ｉ邐：４邐；．．Ｌ邐ｆｎ一逡逑２ｄ邐２３ｔ５邐２０ｔＴ邐２５１５邐２＞１Ｓ邐Ｚ？２Ｄ邐２０２＇邐２２２２邐２３２３邐藝２４邐２０２ｆ－逡逑圖１．２邋２０１５年至２０２５年全球半導體存儲器的市場占比［３，４］逡逑三星電子作為半導體領(lǐng)域的霸主，得益于存儲器需求的提升，在２０１８逡逑第二季度，半導體業(yè)務(wù)的營業(yè)利潤占總營業(yè)利潤的比例高達７８％，其中存儲逡逑器業(yè)務(wù)占比更是達到了邋８４％。作為全球最大的半導體消費市場和全球集成電逡逑路產(chǎn)業(yè)增長最快的國家，中國每年消耗全球２５％的ＮＡＮＤ邋Ｆｌａｓｈ和２０％的逡逑ＤＲＡＭ。２０１７年中國存儲器進口額為８８９．２１億美元。隨著中國５Ｇ和消費逡逑電子類市場的發(fā)展壯大

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本文編號：2807112