MEMS刻蚀工艺模型研究与仿真

发布时间：2017-07-01 11:19

  本文关键词：MEMS刻蚀工艺模型研究与仿真，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：进入到二十一世纪,MEMS器件的应用越来越广泛。为满足市场需求,对三维微结构的设计要求更加高,器件尺寸要求更加小,这给刻蚀工艺的提高带来了极大困难。而为了满足器件结构和尺寸的要求以及器件性能的分析,对刻蚀工艺进行仿真研究就显得十分重要。在刻蚀工艺仿真模型的研究中,国内外学者提出了多种模型。这些模型适应的腐蚀场景和材料、仿真精度和运行速率等都不尽相同,各有其特点。模型更广泛的适用性、更高的仿真精度和算法运行效率以及对工艺过程更直观的描述,都将为MEMS器件的设计带来更大便利,对节约开发成本、缩短研发周期以及提高工艺水平具有重要意义。本文围绕牺牲层腐蚀模型和元胞自动机模型(Cellular Automata model,CA)展开了重点研究,并从模型本身和实现算法两个方面对原模型进行了相应的改进。在对牺牲层腐蚀模型的研究中,本文在原有模型基础上,引入温度因素对腐蚀过程影响的描述,增加模型对外界环境的考虑;同时在算法实现过程中,引入元胞分类思想,提高模型对腐蚀单元的处理能力。实际编程中,使用C语言进行模型编程,Matlab进行图形输出处理,实现多种复杂横向平面结构的模拟以及与实验数据的对比分析,并从腐蚀开口形状变化、网格疏密度和扩散系数变化等角度对纵向腐蚀仿真进行了深入分析。研究表明,实验结果与模型仿真结果具有一致性,优化后的模型在仿真精度和腐蚀轮廓外貌呈现能力等方面有了更进一步的提升。在对元胞自动机模型的研究中,本文深入分析了二维元胞自动模型的推导过程,并通过C语言和Matlab实现算法编程和图像输出。在用原始模型对多种复杂横向平面结构的模拟中,发现原始模型产生的腐蚀轮廓存在不对称现象,与实际不符,并通过研究,以原模型为基础,进行了修正和改进。在纵向腐蚀模拟中,从权重系数变化、元胞阵列疏密度以及不同刻蚀速率分布函数对腐蚀的影响等三个角度进行相关仿真研究。在算法实现上,结合动态元胞自动机的原理,实现对腐蚀元胞的高效处理,大大降低了算法的运行时间,提高运算效率。仿真结果表明,修正后的二维元胞自动机模型能够满足复杂结构刻蚀的要求,具有广泛的适用性,更高的运算效率以及更好的算法稳定性和腐蚀轮廓呈现能力。
【关键词】：MEMS 刻蚀工艺仿真 牺牲层腐蚀模型 元胞自动机模型
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH-39
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-14
• 1.1 MEMS简介8-10
• 1.1.1 MEMS加工技术8-9
• 1.1.2 MEMS刻蚀工艺9-10
• 1.2 MEMS CAD10-11
• 1.3 刻蚀工艺仿真模型及国内外研究现状11-13
• 1.4 论文主要工作13-14
• 第二章 MEMS刻蚀工艺机理及模型14-25
• 2.1 湿法腐蚀机理14-18
• 2.1.1 硅烷醇结构与形成15-16
• 2.1.2 氢氟酸与硅烷醇的反应16-18
• 2.2 干法刻蚀原理18-21
• 2.2.1 反应离子刻蚀18-20
• 2.2.2 ICP刻蚀20-21
• 2.2.3 离子溅射刻蚀21
• 2.3 刻蚀工艺常用模拟方法21-24
• 2.3.1 线算法22
• 2.3.2 水平集算法22-23
• 2.3.3 元胞自动机算法23-24
• 2.4 本章小结24-25
• 第三章 牺牲层腐蚀模型研究与仿真分析25-53
• 3.1 牺牲层基本腐蚀模型25-27
• 3.2 一维腐蚀模型分析27-32
• 3.2.1 扩散腐蚀模型27-28
• 3.2.2 Deal-Grove模型28-29
• 3.2.3 一二阶联合模型29-30
• 3.2.4 Power law模型30-32
• 3.3 二维腐蚀模型研究与分析32-37
• 3.3.1 二维极坐标腐蚀模型32-33
• 3.3.2 二维直角坐标腐蚀模型33-35
• 3.3.3 考虑温度因素的模型优化35-37
• 3.4 二维腐蚀模型求解与算法优化37-40
• 3.4.1 模型数学求解37-39
• 3.4.2 算法实现与优化39-40
• 3.5 二维腐蚀模型实验与仿真40-52
• 3.5.1 仿真参数设置41
• 3.5.2 横向平面腐蚀仿真分析41-47
• 3.5.3 纵向深度腐蚀仿真分析47-51
• 3.5.4 结果分析51-52
• 3.6 本章小结52-53
• 第四章 元胞自动机模型研究与仿真分析53-76
• 4.1 元胞自动机原理53-55
• 4.1.1 一维元胞自动机原理53-54
• 4.1.2 二维元胞自动机原理54-55
• 4.2 二维元胞自动机模型55-62
• 4.2.1 二维元胞自动机模型推导55-60
• 4.2.2 二维元胞自动机模型修正60-61
• 4.2.3 算法实现和优化61-62
• 4.3 二维元胞自动机模型模拟分析62-75
• 4.3.1 横向平面模拟分析62-65
• 4.3.2 纵向深度模拟分析65-74
• 4.3.3 结果分析74-75
• 4.4 本章小结75-76
• 第五章 总结与展望76-78
• 5.1 本文工作总结76-77
• 5.2 下一步工作展望77-78
• 参考文献78-81
• 附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文81-82
• 附录2 攻读硕士学位期间参加的科研项目82-83
• 致谢83

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本文编号：505740