基于窄带水平集和蒙特卡洛方法的MEMS微加工工艺的三维仿真

发布时间：2020-04-20 09:18

【摘要】：在MEMS工艺中,反应离子刻蚀、等离子增强化学气相淀积和深反应离子刻蚀等工艺广泛应用于制造多功能结构和器件,因为MEMS器件的性能与这些工艺技术密切相关。因此,对这些工艺的仿真和预测是至关重要的。由于实际过程中等离子体具有复杂的动力学和化学特性,比如粘滞,散射,扩散,复合和再淀积等,本文建立一个物理和数值相结合的模型来模拟粒子的行为。例如,粒子的粘滞系数、入射角、粒子能量、反射概率等参数均可以体现在射线追踪的模块上;而刻蚀、淀积速率,水平集方程的求解和材料矩阵的更新是集成在窄带水平集模块中。与其他的仿真模型相比,本软件包含了更多的物理参数,在一定程度上提高了仿真结果的精度。本文主要将水平集算法和蒙特卡洛模型相结合来模拟与等离子体相关的微加工工艺。其中深反应离子刻蚀是反应离子刻蚀和等离子增强化学气相淀积的循环交替,来获得高深宽比的结构。本软件的主要核心算法部分有两部分:描述粒子从等离子体鞘层开始到表面结构的运动过程,每个网格点的演化速率都是通过百万条射线追踪得到;描述表面演化的窄带水平集算法。刻蚀、淀积的形貌都可以在仿真软件的结果中显示,与实际工艺的形貌相比较,给定工艺下误差可控制在15%之内。因此,本论文的研究成果可以为MEMS制造提供一个高精度的仿真工具。
【图文】：

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东南大学硕士学位论文反应离子刻蚀等离子刻蚀可以分为高压等离子刻蚀，，离子铣，反应离子刻蚀（Reactive Ion E，高密度等离子体刻蚀等。其中反应离子刻蚀运用广泛，本文将以 SF6为例离子的产生过程，以及等离子体刻蚀中的表面动力学（Surface Kinetics）。常合反应离子刻蚀设备如图 2.4 所示[8]：

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图 2.4 电感耦合反应离子刻蚀设备示意图应离子刻蚀可以简单归纳成离子辅助轰击表面的化学刻蚀过程。等离子关重要，根据 Coburn 和 Winters 的试验[9]，等离子体会与刻蚀气体产生rgistic Phenomena），如图 2.5 所示，仅仅只有 XeF2或者 Ar 离子的时候为 0.5nm/min；当 XeF2和 Ar 离子同时作用的时候，刻蚀速率可以达到 6的十多倍[10]。所以反应离子刻蚀中的离子可以大幅度增强刻蚀化学反应
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH-39

【参考文献】