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，是目前實現(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)驗和反復試探。因而開發(fā)快速有效的ICP刻蝕模型或工藝仿真工具，對MEMS制造過程的預測、控制與優(yōu)化，進而降低制造成本，具有相當重要的作用，是MEMS CAD領域的前沿研究方向。對ICP刻蝕的相關課題研究

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

3、別與相關原理，及現(xiàn)有模型的優(yōu)缺點有總體的了解。 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，簡化相關的反應，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．基于先進的表面演化方法“線算法”和對離子輔助刻蝕的模型研究，對ICP刻蝕中的單步刻蝕工藝建立了一種對時間和刻蝕尺度歸一化的反應離子刻蝕模型，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、速率隨時間變小的現(xiàn)象。同時還對刻蝕算法中的時間步長選擇問題進行了討論，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”模型實現(xiàn)對刻蝕材料的區(qū)分，解決了算法速度與實現(xiàn)功能的矛盾，進而實現(xiàn)了對ICP DRIE的二維模擬和三維帶狀顯示。 5．針對一定的實驗特征，提出了合理的表面描述方程，并基于實驗方法提取方程中的參數(shù)，實現(xiàn)了對TMDE加工過程中的重要現(xiàn)象：Footing效應的數(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)點是模擬速度快，精度仍能保持較高。對ICP刻蝕，在單步RIE刻蝕的建模及對刻蝕速率的研究中，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)值計算的角度提出了最優(yōu)時間步長的概念并加以驗證，為建模工作者提供了有益的參考。建立的ICP TMDE模型，其優(yōu)點是比已有報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)，運行效率高、速度快一個數(shù)量級，為工藝仿真模擬器的準實時應用開創(chuàng)較大的可能