题目：半导体器件芯片粘接空洞缺陷行为分析方法研究

半导体器件芯片粘接层在半导体器件中起到结构支撑、能量传递、保护管芯等多种作用。但是在半导体芯片被粘接到芯片载体或者管座上面时，由于工艺、材料、环境条件等因素影响，芯片粘接层中常出现粘接层涂覆不均、粘接层未覆盖四边、粘接层存在空洞等缺陷。其中，粘接层空洞缺陷是最常见、最难检测、最难避免的缺陷。当半导体器件芯片有源区下方或邻近区域的粘接层内存在空洞缺陷，会阻断芯片内部晶体管到外部环境之间的热量传递路径。由于半导体器件芯片内部有源区自加热效应的影响，半导体器件芯片粘接层空洞缺陷会导致芯片有源区热点温度明显高于无缺陷状态的温度，从而使半导体器件晶体管出现过早的退化或失效。
目前国内外学者与研究机构对于半导体器件粘接工艺已开展大量研究，但普遍存在空洞缺陷产生原因及机理不明确、空洞率定义过于简单化、芯片热源定义未结合半导体器件实际情况、粘接空洞缺陷与半导体器件退化和失效之间的关系不明等诸多问题。上述问题的存在导致在半导体器件制造过程中，针对半导体器件芯片粘接工艺过程难以进行有效的改进；对于粘接好的芯片，在判定空洞缺陷是否超出可接受范围时，仍需依赖主观判断，不确定性较大。
针对上述问题，论文以采用环氧树脂粘接剂的典型半导体器件为研究对象，首先从物理化学的角度出发，分析了在粘接过程中，由于环氧树脂粘接剂在材料与工艺等方面原因，导致芯片粘接空洞缺陷产生的物理化学过程，确定了环氧树脂粘接剂在固化过程中，由于局部出现溶剂类物质富集，高温环境下挥发形成气泡是导致半导体器件芯片粘接层空洞缺陷的主要原因，解决采用环氧树脂粘接剂的半导体器件芯片粘接空洞缺陷产生原因不明的问题。其次，考虑芯片粘接层空洞缺陷对半导体器件在规定工作环境下的热学特性的影响机制，研究粘接层存在空洞缺陷条件下，典型半导体器件芯片表面最高温度与空洞缺陷尺寸、位置等参数间关系，通过计算单一空洞缺陷和双空洞缺陷对半导体器件芯片表面最高温度的影响，判断多空洞缺陷条件下空洞缺陷之间的相邻关系，建立规定工作条件下典型半导体器件芯片表面最高温度预测模型，用于计算芯片粘接层具有不同尺寸和位置的空洞缺陷时典型半导体器件芯片表面可能出现的最高温度，与数值仿真方法相比具有适用性强、计算快速等优点，解决现有数值仿真方法仅可针对特定空洞缺陷条件下半导体器件温度分布问题进行求解，求解时间过长，不能适用于半导体器件大批量生产条件下芯片表面最高温度快速预测的问题。第三，考虑晶体管内部导电沟道内的载流子在外加电场作用下能量耗散机制导致的自加热效应，考虑载流子的产生及复合过程、声子散射、幸运电子，以及氧化层电荷俘获等相关物理机制的基础上，模拟半导体器件退化失效机理产生的物理化学过程，建立典型半导体器件芯片表面温度与半导体器件性能退化导致寿命损耗之间的关系，解决粘接层空洞缺陷与半导体器件退化失效之间关系不明，无法判断粘接层中具有空洞缺陷的典型半导体器件能否满足设计使用寿命要求的问题。最后，形成半导体器件芯片粘接层空洞缺陷行为分析方法，针对典型半导体器件芯片粘接样件开展芯片粘接层空洞缺陷热学行为案例分析，计算得到每一只具有芯片粘接层空洞缺陷的样件在规定工作条件下可能出现的芯片表面最高温度，并判断其是否满足设计使用要求，得到可接收或着须剔除的判定结论。论文研究成果为确定半导体器件生产和筛选阶段需要剔除的空洞缺陷提供科学的方法和依据。