超大规模集成电路的发展,使得终端产品具有高集成、低能耗、高速度等特点,集成电路特征尺寸的进一步减小对器件结构提出更高的要求,SOI（Silicon-on-Insulator）器件比原有的体硅器件电学性能好、抗干扰性能好、运行速度快且集成密度高。SON（Silicon-on-Nothing）结构是指硅在高温退火过程中形成于空腔上的单晶硅膜,与SOI器件结构相比,SON结构的电学性能更好并且散热性能良好,目前制备SON结构的技术尚不完善,诸多工艺参数无法确定,因此本文针对SON结构的形成机理进行研究并进行实验验证。论文主要完成工作如下:（1）SON结构形成过程的理论模型研究。从自由能变化导致表面形态演变的角度对硅片表面的原子扩散现象进行理论分析,假设表面扩散是唯一的物质输运机制,根据能斯特-爱因斯坦关系和玻尔兹曼分布,建立描述硅原子沿表面法向的移动速度的非线性动力学方程。（2）利用COMSOL多物理场仿真软件对SON结构的形成过程和影响因素进行仿真分析。使用COMSOL软件中的“水平集”和“一般形式偏微分方程”模块模拟在高温真空环境下SON结构的形成过程,结合仿真结果分析规律和非规律沟槽的尺寸布置与SON结构特征尺寸之间的关系、初始沟槽尺寸与SON结构中的台阶厚度之间的关系,讨论在硅基体中形成多层空腔的可行性以及SON结构形成过程的温度相关性。仿真结果表明,SON结构中的硅膜厚度Tson随着沟槽深宽比的增大、相邻沟槽间距的增大和沟槽宽度的减小而增大,空洞层厚度Tp随着沟槽深宽比的增大、相邻沟槽间距的减小和沟槽宽度的增大而增大;在一定的尺寸范围内,台阶厚度Tstep随着沟槽宽度的增大、深宽比的增大和相邻沟槽间距的减小而增大;当沟槽深宽比超过极限值时,能够在硅基体中形成多层空腔结构;此外,随着退火温度的增加,沟槽结构演变得更快。利用Lammps仿真软件,采用硅的S-W势函数对高温环境下硅沟槽的形态演变进行了分子动力学模拟;结合原子跨垒扩散、晶粒成核生长和晶界迁移等理论,对SON结构形成过程各阶段的原子迁移现象进行理论分析。（3）SON结构的实验制备和结果分析。采用Auto CAD软件完成SON结构掩膜版的版图设计与绘制,通过光刻加工和刻蚀,基于MSTS（Microstructure transformation of silicon）技术在高温真空的环境下退火制备SON结构。得到SON结构形成过程中断面和上表面的SEM图,并测得SON结构中硅膜和真空腔的厚度。从宏观和微观上对硅沟槽表面的形态演变进行了模拟,将实验制得的SON结构的特征尺寸与仿真结果进行比较。通过实验验证了仿真结果的正确性以及原子扩散理论对SON结构形成机理解释的正确性。