近年来随着半导体产业的发展,芯片上单位面积所容纳晶体管的数量以摩尔定律的规律不断增加,大概每两年就会翻倍,这就要求相应的半导体元器件尺寸要不断减小,目前已经缩小到微纳米级别。在半导体元器件制作过程中,热处理是其中重要的工艺环节。作为一种新型的退火方式,激光尖峰退火工艺具有升温速度快、可单晶片处理及易控制等优点,因此成为目前半导体元器件进行快速退火的主要工艺方法。由于晶圆片表面具有微纳米尺度图案,在激光尖峰退火过程中会造成晶圆片温度的非均匀分布,导致多余的热应力,进而造成晶圆片发生晶体缺陷和失效,这种现象称为“图案效应”。因此研究不同图案特征参数下晶圆片在激光尖峰退火过程中的温度场及应力场分布问题,对于改善激光退火工艺、削弱“图案效应”具有重要意义。本文以光栅式晶圆片为研究对象,采用10.6μm波长的C02激光器作为热源,利用有限元仿真软件Comsol Multiphysics模拟了不同光栅特征参数和退火工艺操作参数下晶圆片的温度分布和应力分布,并初步探讨了固定结构参数下退火工艺参数的选择问题。首先,建立了光栅式晶圆片的物理模型,将热源视为移动体热源,在晶圆片水平方向上的能量分布符合高斯分布函数特征,在垂直方向上遵从指数衰减函数规律,热物性参数随温度变化,数值模拟了不同光栅结构特征参数(栅宽和栅间距)的晶圆片在热处理过程中的温度分布,分析了激光功率及激光束扫描速度对温度水平及温度均匀性的影响规律。结果表明,激光能量在晶圆片深度方向上穿透很小,在l0Oμm以下,并且晶圆片峰值温度点要滞后于激光束中心点,滞后距离约为l00μm。增大栅宽、减小栅间距可以提高晶圆片的温度水平,并且利于温度均匀性的提升。在保证材料不被熔融的前提下,可通过增大激光功率、减小扫描速度来提升晶圆片的温度水平。然后,将温度场的计算结果作为温度载荷加载到结构力学模块中,基于增量理论模拟研究在热处理过程中不同光栅结构特征参数下晶圆片的应力分布,分析了激光功率及激光束扫描速度对应力分布的影响规律。结果表明,晶圆片上表面应力分布极不规则,光栅根部及光栅间衬底部分形状变化剧烈,应力集中现象明显,应力较大。光栅部分可以自由变形,应力可以自由释放,因此应力较小,应力最小处位于光栅两端边角处。增大栅间距、减小栅宽可以使应力水平下降。减小激光功率、增大扫描速度可以降低加热过程中的应力。最后研究了在固定结构参数(栅宽140μm,栅间距160μm)下,从温度和应力角度考虑退火工艺参数的选择问题。从温度角度考虑时,扫描速度要高于60mm/s,激光功率要低于48W,以保证材料不被熔融,而从应力角度考虑时,退火工艺参数不受限制。