[发明专利]一种纳米器件的内应力消除方法

说明书

所属技术领域

本发明属于电子元器件组装与加工技术领域，涉及一种纳米器件内应力消除方法。

背景技术

应力是表征微电子薄膜质量的关键指标，对器件的可靠性、性能和工艺成品率有着极其重要的影响。随之量子点、量子线等纳米器件的热潮掀起，纳米器件的应力分布研究更加引起了科研工作者和工程界的重视。

随着器件集成度的提高和新工艺的应用，应力对器件的影响越来越大。近几年来，材料应力的作用已成为国际上器件可靠性物理研究的重要领域，国内也已有应力引起器件失效的报道。迫切需要开展，介质应力及其分布规律的研究。国际上对器件材料应力及其与器件性能关系的研究非常重视，各大半导体生产厂家和仪器厂家都投入了较大的人力、物力进行研究，在器件材料应力的产生原理、测量方法、测量仪器、材料应力的规律性研究等方面开展了系统深入的工作，取得了丰富的成果。对器件材料应力的研究在80年代初国外就已有报道。自1986年美国ＡＭＤ公司的J T Yue在16K SRAM器件中发现应力诱生金属化空洞失效的现象后，这一领域的研究得到更大的重视。美国Ion System、FSM、Tencor等公司先后推出了应力测试仪，并在Intel、AMD、Motorola、Ti等公司投入实际应用，在工艺质量监控、提高工艺成品率和可靠性方面取得了明显的效。

国际科研领域中，对高集成度集成电路、集成器件组装与性能的研究已经开展了非常多年的研究工作，但是高集成度元器件集成在一个芯片或者一个小表面空间上时，器件表面高集成度的微小元器件的应力分布却研究不多。而应力分布，对纳米集成元器件的工作稳定性较为重要，具有非常重要的科学和工程研究意义。如果相同的微型元器件集成在一个芯片上，而制备过程中如果芯片表面上各元件单元应力情况不同，则会因为应力分布的不均匀造成元器件集成系统的工作状况不稳定。元器件热应力分布的再调整工艺，其发展趋势必然是工艺简单、效果明显，并且成本低廉。

发明内容

本发明的目的是提出一种工艺简单、效果明显，并且成本低廉的纳米集成元器件内应力消除方法。本发明的技术方案如下：

一种纳米器件的内应力消除方法，将纳米器件在热处理设备中以2-8℃/min的速度升温到100～500℃之间的某个温度，保温一段时间后，再随热处理设备环境缓慢降温至室温，取出。

作为一种实施方式，可以以5℃/min的速度缓慢升温到400℃，保温1-2h，之后随炉体降温环境缓慢降温至室温。所述的热处理设备为马弗炉、管式炉或电阻炉。

高集成度纳米器件的内应力消除方法可为科学家们探索微观世界提供新的实验手段，应用范围也相当广泛。这样，就会使得微纳米加工技术进入更加人为可控设计与加工的程度。同时实现真正意义上的“纳米热处理技术”，并商业化。

具体实施方式

传统金属加工、冶金业去除材料和元器件内应力的方法包括：振动时效去应力；加热去应力；长久自然放置。相对传统金属加工业技术而言，微纳尺度的高集成度元器件应力分布无法采用振动法（精密元器件不易受到较大振动冲击）和长久放置法（严重影响生产进度）。因此可将宏观热处理手段中的热退火工艺，做适当调整后，引入高集成度微米、纳米元器件芯片中，将会人为可控的调整系统的热应力分布，以实现元器件集成系统的人为二次性能调整，让高集成度的元器件可以在同一工况条件下协调工作。

元器件可以在热处理设备箱式马弗炉中，尽量集中至于马弗炉温度探测器下面恒温区环境内，以保障多个样品处于相同热处理工艺参数作用下。然后设备以5℃/min的速度缓慢升温到400℃，保温1-2h，之后随炉体降温环境缓慢降温至室温，取出样品待用。这时候，样品表面的残存内应力会消失完全，实现元器件表面各高集成元件单元的均一工况环境。