动力学蒙特卡罗法体硅湿法刻蚀工艺仿真的研究与开发

对比分析了BKL、二叉树搜索以及树状结构搜索算法（KLS）3种动力学蒙特卡罗法的实现过程,讨论了它们在MEMS各向异性湿法刻蚀工艺仿真计算中的应用,阐述了应用特点。使用树状结构搜索算法实现了加工仿真程序,以（111）晶面的原子移除过程为例,解释了蒙特卡罗法在刻蚀中的计算特点。开发的系统模拟了（311）晶面在KOH刻蚀中表面形貌的演化过程,刻蚀面能够很好地再现出表面的微观特征。基于KLS的方法能对湿法硅微结构工艺进行仿真计算,不同刻蚀阶段的微结构能与实验结果相一致,较为合理准确。     

混合进化算法的Metropolis蒙特卡罗MEMS单晶硅湿法刻蚀工艺模型

提出—种混合进化算法的Metropolis蒙特卡罗湿法刻蚀新工艺模型和改进的表面原子移除概率函数.依据单晶硅典型晶面的刻蚀速度,新工艺模型能够自动获得基于原子模型的蒙特卡罗法能量参数.改进的表面原子移除概率函数采用四指数的表面原子配置分类法,更加精确地描述刻蚀反应中表面结构的变化过程,增强了蒙特卡罗模型的仿真能力.在多种刻蚀系统,不同浓度和温度条件下的计算结果与试验数据对比表明,任意(h,k,l)晶面的各向异性刻蚀速度曲线能够与试验结果一致.与现有方法相比,新的移除概率函数能够表示刻蚀速度各向异性曲线在Si(100)和Si(110)临近晶面同时出现局部最小点的情形,并且计算精度显著提高.通过对三维微结构刻蚀过程的准确模拟,验证了Metropolis蒙特卡罗工艺模型的有效性.     

多次掩模湿法腐蚀硅微加工过程的蒙特卡罗仿真

探讨利用蒙特卡罗 (Monte Carlo, MC) 法模拟硅微加工各向异性湿法腐蚀的仿真,实现连续多次掩模,多步硅微加工工艺过程的仿真.介绍MC法的使用特点及其在湿法腐蚀硅微加工中的应用,仿真使用腐蚀概率方程确定表面原子适当的MC转移概率,模拟方法支持氧化硅和氮化硅掩模层作用下的各向异性腐蚀加工和多次掩模的传递过程.编制的仿真程序通过模拟一个原子力显微镜探针阵列多掩模连续6步工艺的硅微加工过程验证了MC法的正确性.     

复合湿法腐蚀工艺制备硅基三维曲面

提出了将各向异性湿法腐蚀与各向同性湿法腐蚀相结合的复合工艺,通过控制刻蚀工艺参数进行体硅加工,成功刻蚀了硅基材料三维曲面回转体结构.在各向同性腐蚀过程中,由各向异性刻蚀得到的多面体结构的表面垂直腐蚀速率与刻蚀液浓度呈指数关系,而搅拌使得多面体结构表面峰值与谷底的刻蚀液存在流速差,基于此原理可得到光滑的三维曲面.刻蚀过程中,通过各向异性湿法腐蚀控制结构深度,通过各向同性湿法腐蚀"抛光"结构曲面.最后,采用实验优化湿法腐蚀过程的工艺参数,基于直径为600～1 000 μm的圆形掩模板,在硅材料表面制备得到了高度为100～200μm的三维曲面回转结构.提出的工艺简单、有效且便于操作,有望用于制作不同曲面形状的三维硅结构及聚合物光学器件模具.     

集成铁电器件中的关键工艺研究

对集成铁电器件中的关键工艺进行了研究,采用改进的溶胶-凝胶(Sol-Gel)法制备了高品质、(110)择优取向的锆钛酸铅(PZT)铁电薄膜,成功的利用离子束刻蚀(IBE)、反应离子刻蚀(RIE)和湿法腐蚀方法对PZT薄膜进行了刻蚀加工,采用正胶剥离和干法刻蚀工艺实现了金属铂(Pt)电极图形,为集成铁电器件的实现提供了良好的工艺基础.     

基于Logistic回归的湿法刻蚀腔体气流场参数分析

在湿法刻蚀腔体中,为使气流场中的微颗粒物顺畅的流出刻蚀腔体,减小对晶圆片的微粒污染程度,应该避免气流场中产生涡流。针对避免在气流场中产生涡流这一问题,应用FLUENT仿真模拟软件,通过使用正交试验设计的方法,得到不同工艺参数情况下的湿法刻蚀腔体气流场分布情况。然后对仿真结果数据进行Logistic回归建模。Logistic回归模型计算结果与仿真结果有较高的一致性。Logistic回归模型对湿法刻蚀工艺参数的选择具有指导意义。     

NaOH对硅基薄膜体声波谐振器的背腔刻蚀研究

薄膜体声波谐振器(FBAR)在无线通信领域具有十分广阔的发展和应用前景。该文主要针对薄膜体声波谐振器背腔湿法刻蚀工艺进行了研究。通过改变Na OH浓度以及刻蚀温度对硅进行了湿法刻蚀,研究了硅的刻蚀速率以及刻蚀表面的粗糙度Ra。研究表明硅刻蚀速率随温度呈指数变化,在Na OH质量分数为33%时刻蚀速率最快,同时刻蚀表面粗糙度最小。在此质量分数条件下,刻蚀速率可达1μm/min,刻蚀表面粗糙度小于5 nm。该刻蚀工艺可以满足谐振器背腔刻蚀过程中对硅以及支撑层表面质量的要求。     

单晶硅各向异性湿法刻蚀的形貌控制

针对摆式微加速度计的制作,对利用两种添加剂共同修饰的TMAH刻蚀液的单晶硅湿法刻蚀技术及其相关刻蚀特性进行了研究。分析了两种添加剂之间的作用机理及对单晶硅湿法刻蚀的影响,选择合适的添加剂刻蚀液配比,实现了稳定的刻蚀形貌控制。通过两种添加剂的共同作用,获得了具有光滑刻蚀表面(粗糙度约为1nm)和良好凸角保护(凸角侧蚀比率小于0.8)的刻蚀形貌。实验结果表明,在三重溶液(TMAH+Triton-X-100+IPA)下的刻蚀形貌具有明显优势。最后,基于添加剂对疏水性单晶硅材料的作用机理及表面张力调节,表面活性剂和酒精类添加剂之间的相互作用分析了刻蚀形貌发生变化的原因。以典型悬臂梁-质量块的制作为例,验证了采用该单晶硅刻蚀形貌控制方法可以获得微加速度计光滑的悬臂梁表面和无需凸角补偿的完整质量块。相比于其它制作工艺,该方法简单、易操作,有利于提高微机电器件的性能。     

各向异性湿法刻蚀z切石英后结构侧壁形貌的预测

基于石英晶体各晶面的湿法刻蚀速率,研究了石英微结构侧壁形貌的预测方法,讨论了各向异性湿法刻蚀石英的规律.首先,总结了石英各主要晶面的相对刻蚀速率,分别绘制了x、y族刻蚀速率矢量图.然后,在掩模层的边缘处,通过绘制相应的晶面刻蚀速率矢量图,得到各速率矢量的晶面线,晶面线所围成的最小轮廓即是石英微结构的刻蚀形貌.最后,利用该方法预测了x向和y向石英梁的侧壁形貌.在70℃的氢氟酸和氟化铵混合溶液内刻蚀5h,制作了厚度均为500μm的x向和y向两种石英微梁.结果显示,y向梁的-x向侧壁有一均匀整齐的晶棱,棱高210 μm,而+z向侧壁平滑.x向梁的侧壁均有晶棱,+y向晶棱较大,棱高为450 μm,-y向晶棱棱高为240 μm.所制作梁的侧壁形貌与预测结论基本吻合,验证了预测方法的正确性.基于该方法可在石英微结构的设计阶段,通过引入工艺因素对微结构进行优化.     

硅基周期槽结构的刻蚀工艺研究

针对微电子机械系统(MEMS)湿法槽刻蚀技术,基于硅材料各向异性腐蚀特性研究了硅基周期槽的湿法刻蚀工艺,得出了优化的光刻参数。通过对比实验详细分析了搅拌在腐蚀过程中起到的重要作用,实验结果显示,搅拌可以增加腐蚀溶液的流通性,使硅表面不易产生气泡形成"伪掩膜"阻碍反应的进行,从而制备出表面光滑平整的周期槽结构。同时,在搅拌的条件下对槽深和腐蚀时间的关系也做出了相应的分析。为硅微机械加工技术的进一步研究提供了参考。     

硅各向异性腐蚀三维计算机模拟系统的建立

文中的工作属于MEMS计算机辅助设计（CAD）中的一部分内容。介绍了如何建立硅各向异性腐蚀三维计算机模拟系统,给出这个工艺模拟系统的结构框图,并就已给出框图中几个重要的方面进行了叙述。在这个框图的基础上,用C语言编写出了相应的模拟硅各向异性腐蚀工艺的软件,并给出软件的界面和演示结果。结果表明硅各向异性腐蚀三维计算机模拟系统建立的合理性。     

知识化制造单元的建模、控制与仿真

为了解决多Agent(智能体)多工件的知识化制造单元的任务控制问题,提出一种新的矩阵自动机模型对知识化制造单元进行建模。该模型具有结构化的特点,并能够分析制造单元运行的动态性能。用随机动态规划的方法求取自动机的控制策略,并给出知识化制造单元运行的仿真方法和程序。仿真结果表明,数学模型和任务控制策略是可行和有效的。     

硅各向异性腐蚀模型及其模拟进展

分析了硅各向异性腐蚀模型及其模拟的研究现状，介绍了两类主要的腐蚀模型－几何模型和原子模型各自的特点，利弊及发展变化的趋势，最后又列举了几种成熟的，应用不同模型的模拟软件。     

聚酰亚胺薄膜的反应离子刻蚀抛光方法

为进一步提高聚酰亚胺薄膜光学器件的表面质量,提出了一种聚酰亚胺薄膜的反应离子刻蚀抛光方法,对其抛光原理和抛光实验进行了研究。利用光刻胶流体低表面张力及流动特性,通过在聚酰亚胺薄膜表面涂覆光刻胶对其表面缺陷进行填补;结合聚酰亚胺与光刻胶的反应离子高各向异性等比刻蚀工艺,将光刻胶光滑平整表面高保真刻蚀转移至聚酰亚胺表面,从而实现聚酰亚胺薄膜的反应离子刻蚀抛光。实验结果表明：PV、RMS分别为1.347μm和340nm的粗糙表面通过二次抛光可降低至75nm和13nm,PV、RMS分别为61nm和8nm的表面粗糙度可降低至9nm和1nm。该抛光方法能有效提高聚酰亚胺薄膜的表面光洁度,可为以聚酰亚胺薄膜为代表的高分子柔性光学器件的精密加工提供新的工艺思路。     

PVD薄膜生长过程的计算机模拟

运用KMC方法对金属Ti膜的生长过程进行了计算机模拟,在合理选用势函数和相关参数的基础上,全面考虑了表面上所有不稳定团簇粒子发生扩散迁移运动的可能性。在对粒子团簇进行统计分析时,提出根据粒子的不同颜色对粒子团簇进行统计的新方法。模拟结果表明,随基底温度的升高,团簇总数呈现下降趋势,最大团簇尺寸在温度高于350K时,有明显的长大。而沉积速率的变化对粒子团簇的分布和团簇尺寸的影响不大。     

电感耦合等离子体(ICP)深刻蚀的模型与模拟

为对交替复合深刻蚀过程进行工艺仿真,本文利用鞘层近似模型,以离子辅助刻蚀和直接粒子刻蚀的组合来实现交替复合深刻蚀过程中的刻蚀步骤,辅以各向同性钝化过程,对电感耦合等离子体深刻蚀（硅片）进行了建模.本文采用单一的二维廓线＂线算法＂模型实现对刻蚀材料的区分,进而实现了对电感耦合等离子体深刻蚀的二维模拟和三维带状显示.其优点是相比元胞及混合模型算法统一,运行效率高、速度快,且模拟结果与实验相比较为理想.     

闪耀全息光栅离子束刻蚀工艺模拟及实验验证

依据特征曲线法推导了非晶体表面的离子束刻蚀模拟方程,结合全息光栅的刻蚀特点开发出离子束刻蚀模拟程序,并通过实验数据分析并优化了非晶体材料刻蚀速率与离子束入射角的关系方程,最后利用离子束刻蚀实验对所开发的离子束刻蚀模拟程序进行了实验验证.调节掩模与基底材料的刻蚀速率比为2∶1至1∶2,制作了线密度为1 200 1/mm,闪耀角为～8.6°,非闪耀角为34°～98°的4种闪耀光栅,与刻蚀模拟程序的结果进行对比,模拟误差＜5％;控制离子束刻蚀时间为6～14 min,制作了线密度为1 200 1/mm,闪耀角为～8.6°,顶角平台横向尺寸为0～211 nm的6种光栅,与刻蚀模拟程序的模拟结果进行对比,模拟误差＜1％.比较实验及离子束刻蚀模拟结果表明,离子束刻蚀模拟程序获得的模拟刻蚀轮廓曲线与实际刻蚀轮廓曲线的误差＜5％;模拟刻蚀截止点与实际刻蚀截止点误差＜1％.实验表明,提出的模拟方程可以准确地描述不同工艺过程和工艺参数对最终刻蚀结果的影响,进而可预知和控制离子束刻蚀过程.