石英各向异性湿法刻蚀特性及模拟研究

发布时间：2017-10-21 10:06

  本文关键词：石英各向异性湿法刻蚀特性及模拟研究

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【摘要】：湿法刻蚀是石英微结构加工的重要工艺。论文研究了石英各向异性湿法刻蚀特性和形貌预测方法。基于几何模拟的思想,提出了晶体湿法刻蚀形貌的演化规则,运用LevelSet方法开发了晶体各向异性湿法刻蚀三维形貌数值模拟程序。通过对Z切石英晶片刻蚀形貌的研究,表明了提出的形貌演化规则的可行性,并且验证了开发的三维形貌模拟程序的有效性和准确性。在此基础上,探索了如何合理设计掩膜以获得特定的微结构。论文主要内容如下：首先分析了晶体各向异性湿法刻蚀典型形貌演化的几何规则,提出刻蚀形貌的演化跟钻蚀速率直接相关。凹角处钻蚀速率慢面占主导地位,凸角处钻蚀速率快面占主导地位。总结了晶体复杂湿法刻蚀形貌,如凹角、凸角处的特征晶面预测的一般方法：圆角化、分段特征晶面分析、晶面选择。基于Level Set方法,在MATLAB环境下,开发了适用于多晶体、多切向、任意掩膜形状的高精度湿法刻蚀三维形貌数值模拟程序。将刻蚀形貌的三维数值模拟结果和实验SEM图进行了对比分析,表明开发的算法程序是准确有效的,可用于辅助晶体湿法刻蚀微结构设计和微加工工艺开发。借助腐蚀半球法获得了α-石英在80℃饱和NH4HF2溶液中的刻蚀全速率。实验获得了Z切石英晶片在不同掩膜形状下的刻蚀形貌,如凹槽、凸台、阵列结构。最后,详细分析了刻蚀形貌的基本数据,尤其是长矩形凹槽侧壁特征晶面倾角、钻蚀速率和侧壁转角的关系。以此为基础,分析了典型凹槽、凸台刻蚀形貌的形成原因,验证了提出的形貌预测方法的可行性。
【关键词】：α-石英 各向异性 湿法刻蚀 Level Set方法 三维形貌模拟
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ127.2
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 研究背景与意义10-12
• 1.2 国内外研究现状12-14
• 1.2.1 石英各向异性湿法刻蚀研究现状12
• 1.2.2 晶体各向异性刻蚀模拟方法12-13
• 1.2.3 Level Set方法简介13-14
• 1.3 论文研究内容14-15
• 1.4 论文组织结构15-17
• 第二章 石英湿法刻蚀基础及形貌模拟17-28
• 2.1 石英晶体17-19
• 2.1.1 石英晶体结构17-19
• 2.1.2 石英晶面表示19
• 2.2 石英湿法刻蚀及速度测量19-23
• 2.2.1 石英湿法刻蚀19-21
• 2.2.2 刻蚀速度测量21-23
• 2.3 各向异性湿法刻蚀形貌预测23-27
• 2.3.1 刻蚀形貌模拟方法23
• 2.3.2 几何方法形貌模拟的基本规则23-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第三章 Level Set方法在晶体湿法刻蚀模拟中的应用28-47
• 3.1 Level Set方程28-29
• 3.2 数值求解29-33
• 3.2.1 差分格式建立29-30
• 3.2.2 空间离散格式构建30-32
• 3.2.3 重新初始化32-33
• 3.3 空间坐标系转换33-35
• 3.4 Level Set方法与刻蚀形貌几何演化规则35-38
• 3.5 基于Level Set方法硅湿法刻蚀三维形貌模拟38-46
• 3.5.1 球形硅湿法刻蚀模拟研究38-41
• 3.5.2 有掩膜(001)硅片湿法刻蚀模拟41-46
• 3.6 本章小结46-47
• 第四章 石英湿法刻蚀实验研究47-58
• 4.1 石英球湿法刻蚀实验研究47-49
• 4.2 Z切石英掩膜版设计49-52
• 4.2.1 基于Level Set方法Z切石英刻蚀模拟49-51
• 4.2.2 掩膜版设计51-52
• 4.3 Z切石英湿法刻蚀实验52-56
• 4.4 刻蚀结果观察与讨论56
• 4.5 本章小结56-58
• 第五章 实验结果分析与讨论58-76
• 5.1 凹槽侧壁特征晶面研究58-67
• 5.1.1 侧壁特征晶面数据测量58-61
• 5.1.2 侧壁演化规律61-62
• 5.1.3 深宽比62-64
• 5.1.4 掩膜边线选择64-66
• 5.1.5 侧壁刻蚀形貌预测66-67
• 5.2 凹槽形貌特征研究67-70
• 5.2.1 凹槽特征晶面演化规律67-69
• 5.2.2 凹槽刻蚀形貌模拟69-70
• 5.3 凸台形貌特征研究70-75
• 5.4 本章小结75-76
• 第六章 总结与展望76-78
• 6.1 论文的主要工作76
• 6.2 展望76-78
• 致谢78-79
• 参考文献79-82
• 作者简介82

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 谢立强;邢建春;王浩旭;董培涛;吴学忠;;各向异性湿法刻蚀z切石英后结构侧壁形貌的预测[J];光学精密工程;2012年02期

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3 谢海波,傅新,刘玲,杨华勇,徐东;基于玻璃湿法刻蚀的微流控器件加工工艺研究[J];机械工程学报;2003年11期

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1 唐利明;基于偏微分方程的图像分割[D];重庆大学;2007年

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本文编号：1072723