近日，复旦大学工程与应用技术研究院（以下简称“工研院”）超越照明研究所宽禁带半导体团队樊嘉杰青年研究员在国际学术期刊《Laser & Photonics Reviews》(中科院1区)上发表综述长文：Residual Stress Characterization in Microelectronic Manufacturing: An Analysis Based on Raman Spectroscopy。
该工作的第一作者为工研院超越照明研究所2023级博士生杨舟栋，工研院超越照明研究所樊嘉杰青年研究员、唐红雨青年副研究员和信息科学与工程学院（工研院兼聘）张荣君教授为论文共同通讯作者。复旦大学工研院为第一通讯单位，美国拉马尔大学、荷兰代尔夫特理工大学、复旦大学宁波研究院参与合作研究。该工作得到了国家自然科学基金(面上项目)、上海浦江人才计划、上海市高水平地方高校建设项目以及上海碳化硅功率器件工程技术研究中心的支持。
一
背景介绍
近年来，随着微电子器件的广泛应用，对其实际性能提出了更高的要求，尤其是在苛刻的操作环境中。为了满足更高的使用要求，必须利用复杂的微电子结构设计和先进的制造技术，以提高集成度并增强其他关键特性。然而，在这个过程中，一个主要挑战是在微电子器件制造过程中会不可避免地形成残余应力。这些残余应力可能导致复杂的应力分布，进而引发缺陷、裂纹、分层断裂等有害结果，最终损害器件性能。显然，解决制造过程中的残余应力问题对于确保微电子器件在实际应用中的可靠性至关重要。
拉曼光谱已经被证实为一种新型的无损、快速、非接触、精确检测微尺度应力的有效手段，在微电子制造中的应力和应变分析具有巨大的应用潜力。本文全面概述了拉曼光谱在微电子器件应力检测中的相应理论和应用。在理论方面，本文梳理了拉曼-应力模型的主要发展历程。在应用方面，结合经典研究成果重点介绍了拉曼光谱在研究各种半导体器件组件（包括衬底材料、外延薄膜和封装）中的残余应力应用。本文强调了拉曼光谱在检测微尺度力学方面的重要性。最后，本文针对拉曼技术在微尺度应力检测领域中的机遇与挑战提出了展望，为大规模集成电路、先进封装、柔性电子等微电子制造领域的残余应力研究提供了理论和应用上的见解。
二
综述亮点
1、拉曼-应力理论的阐述与理解：通过晶格动力学方程、广义胡克弹性定律和拉曼光谱选择定律逐步推导数值方程，以阐明应力与拉曼峰位移之间的内在联系。
2、拉曼激光波长的合理选择指南：综合考虑了穿透深度、空间分辨率和荧光效应等关键因素，为实验中选择拉曼激光波长提供了建议。
3、拉曼-应力模型的主要路线图：重点介绍了在拉曼-应力模型发展过程中具有里程碑意义的研究工作。基于这一发展过程，旨在为当前新型的拉曼-应力模型发展提供了新的见解与启发。
4、拉曼应力检测的经典应用介绍：结合拉曼检测微电子制造中残余应力的典型案例，进一步阐述了该技术的潜在应用价值。
研究团队介绍
该课题组依托工研院超越照明研究所、上海市碳化硅功率器件与工程技术研究中心开展学术研究，主要研究方向为：
（1）宽禁带半导体封装工艺及可靠性；
（2）关键封装材料测试及性能表征；
（3）多尺度-多物理场仿真模拟；
（4）外延缺陷表征及界面力学模型；
（5）可靠性预测、健康管理及数字孪生技术等。
