MEMS加工中電感耦合等離子體（ICP）刻蝕硅片的模型與模擬.pdf

1、在MEMS器件及系統(tǒng)的制造中，電感耦合等離子體(ICP)對(duì)硅片的刻蝕工藝由于具備操作簡單、各向異性性能好、刻蝕速率快、成本低等特點(diǎn)，是目前實(shí)現(xiàn)高深寬比結(jié)構(gòu)制造的主流工藝。由于目前ICP刻蝕沒有成熟的商用模擬工具，其工藝的研究主要還是依賴經(jīng)驗(yàn)和反復(fù)試探。因而開發(fā)快速有效的ICP刻蝕模型或工藝仿真工具，對(duì)MEMS制造過程的預(yù)測、控制與優(yōu)化，進(jìn)而降低制造成本，具有相當(dāng)重要的作用，是MEMS CAD領(lǐng)域的前沿研究方向。對(duì)ICP刻蝕的相關(guān)課題研究

2、包括：ICP刻蝕裝置及其參數(shù)的實(shí)驗(yàn)研究，ICP刻蝕裝置內(nèi)的等離子體分布及相關(guān)參數(shù)的模擬，單步等離子體刻蝕硅片(RIE)的機(jī)理與模型研究，以及當(dāng)前常用的交替復(fù)合深刻蝕(TMDE)過程及其相關(guān)效應(yīng)的模型研究等等。本論文主要對(duì)ICP刻蝕中的單步RIE刻蝕及TMDE的模型進(jìn)行了研究。 本文的主要工作有： 1．對(duì)ICP刻蝕硅片工藝的發(fā)展現(xiàn)狀、現(xiàn)有的ICP刻蝕相關(guān)的模擬模型及其特點(diǎn)作了介紹，以使對(duì) ICP設(shè)備、工藝過程、刻蝕的主要類

3、別與相關(guān)原理，及現(xiàn)有模型的優(yōu)缺點(diǎn)有總體的了解。 2．利用合理的簡化，以帶電離子和中性粒子為代表，大量減少模擬粒子數(shù)量，簡化相關(guān)的反應(yīng)，用直接模擬蒙特卡羅(DSMC)方法，模擬了ICP刻蝕裝置中的氣體分布的主要參數(shù)。 3．基于先進(jìn)的表面演化方法“線算法”和對(duì)離子輔助刻蝕的模型研究，對(duì)ICP刻蝕中的單步刻蝕工藝建立了一種對(duì)時(shí)間和刻蝕尺度歸一化的反應(yīng)離子刻蝕模型，并利用該模型從數(shù)值算法的角度，證明在固定寬度結(jié)構(gòu)的刻蝕中存在刻蝕

4、速率隨時(shí)間變小的現(xiàn)象。同時(shí)還對(duì)刻蝕算法中的時(shí)間步長選擇問題進(jìn)行了討論，4．建立了一種基于線算法的ICP TMDE模型，采用單一的二維廓線“線算法”模型實(shí)現(xiàn)對(duì)刻蝕材料的區(qū)分，解決了算法速度與實(shí)現(xiàn)功能的矛盾，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了對(duì)ICP DRIE的二維模擬和三維帶狀顯示。 5．針對(duì)一定的實(shí)驗(yàn)特征，提出了合理的表面描述方程，并基于實(shí)驗(yàn)方法提取方程中的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)TMDE加工過程中的重要現(xiàn)象：Footing效應(yīng)的數(shù)值模擬。 本論文中模擬

5、ICP刻蝕裝置中的氣體分布，其優(yōu)點(diǎn)是模擬速度快，精度仍能保持較高。對(duì)ICP刻蝕，在單步RIE刻蝕的建模及對(duì)刻蝕速率的研究中，提出了一種全新數(shù)值方法，證明了固定寬度結(jié)構(gòu)刻蝕中的速率變化規(guī)律，并從數(shù)值計(jì)算的角度提出了最優(yōu)時(shí)間步長的概念并加以驗(yàn)證，為建模工作者提供了有益的參考。建立的ICP TMDE模型，其優(yōu)點(diǎn)是比已有報(bào)道的元胞及混合模型算法統(tǒng)一，模擬的表面更加平滑連續(xù)，運(yùn)行效率高、速度快一個(gè)數(shù)量級(jí)，為工藝仿真模擬器的準(zhǔn)實(shí)時(shí)應(yīng)用開創(chuàng)較大的可能