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《东南大学》 2006年
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MEMS加工中电感耦合等离子体(ICP)刻蚀硅片的模型与模拟

张鉴  
【摘要】: 在MEMS器件及系统的制造中,电感耦合等离子体(ICP)对硅片的刻蚀工艺由于具备操作简单、各向异性性能好、刻蚀速率快、成本低等特点,是目前实现高深宽比结构制造的主流工艺。由于目前ICP刻蚀没有成熟的商用模拟工具,其工艺的研究主要还是依赖经验和反复试探。因而开发快速有效的ICP刻蚀模型或工艺仿真工具,对MEMS制造过程的预测、控制与优化,进而降低制造成本,具有相当重要的作用,是MEMS CAD领域的前沿研究方向。对ICP刻蚀的相关课题研究包括:ICP刻蚀装置及其参数的实验研究,ICP刻蚀装置内的等离子体分布及相关参数的模拟,单步等离子体刻蚀硅片(RIE)的机理与模型研究,以及当前常用的交替复合深刻蚀(TMDE)过程及其相关效应的模型研究等等。本论文主要对ICP刻蚀中的单步RIE刻蚀及TMDE的模型进行了研究。 本文的主要工作有: 1.对ICP刻蚀硅片工艺的发展现状、现有的ICP刻蚀相关的模拟模型及其特点作了介绍,以使对ICP设备、工艺过程、刻蚀的主要类别与相关原理,及现有模型的优缺点有总体的了解。 2.利用合理的简化,以带电离子和中性粒子为代表,大量减少模拟粒子数量,简化相关的反应,用直接模拟蒙特卡罗(DSMC)方法,模拟了ICP刻蚀装置中的气体分布的主要参数。 3.基于先进的表面演化方法“线算法”和对离子辅助刻蚀的模型研究,对ICP刻蚀中的单步刻蚀工艺建立了一种对时间和刻蚀尺度归一化的反应离子刻蚀模型,并利用该模型从数值算法的角度,证明在固定宽度结构的刻蚀中存在刻蚀速率随时间变小的现象。同时还对刻蚀算法中的时间步长选择问题进行了讨论, 4.建立了一种基于线算法的ICP TMDE模型,采用单一的二维廓线“线算法”模型实现对刻蚀材料的区分,解决了算法速度与实现功能的矛盾,进而实现了对ICP DRIE的二维模拟和三维带状显示。5.针对一定的实验特征,提出了合理的表面描述方程,并基于实验方法提取方程中的参数,实现了对TMDE加工过程中的重要现象:Footing效应的数值模拟。 本论文中模拟ICP刻蚀装置中的气体分布,其优点是模拟速度快,精度仍能保持较高。对ICP刻蚀,在单步RIE刻蚀的建模及对刻蚀速率的研究中,提出了一种全新数值方法,证明了固定宽度结构刻蚀中的速率变化规律,并从数值计算的角度提出了最优时间步长的概念并加以验证,为建模工作者提供了有益的参考。建立的ICP TMDE模型,其优点是比已有报道的元胞及混合模型算法统一,模拟的表面更加平滑连续,运行效率高、速度快一个数量级,为工艺仿真模拟器的准实时应用开创较大的可能性。与实验结果的对比显示,本模型的模拟结果与实验吻合较好,并能实现刻蚀表面的细部仿真。同时,这是目前首个能够模拟Footing效应的TMDE工艺仿真软件,仿真结果更具普适性。所仿真的Footing效应表面特征与实验结果保持了良好的一致性。
【学位授予单位】:东南大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:TN42

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【引证文献】
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1 刘博;硅基微结构SnO_2气体传感器结构改进研究[D];大连理工大学;2010年
【参考文献】
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中国硕士学位论文全文数据库 前3条
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【共引文献】
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【同被引文献】
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中国博士学位论文全文数据库 前3条
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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【二级引证文献】
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1 郑志霞;;双重掩蔽层实现石英晶体高深宽比刻蚀[J];半导体技术;2012年02期
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1 何江波;支撑梁有误差的力平衡式微加速度计性能研究[D];西南交通大学;2011年
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4 谭彦叙许赢;大连:“城市公安信息化模型研究”项目通过验收[N];人民公安报;2008年
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6 哈尔滨师范大学 陈军;揭开企业组织绩效之谜[N];哈尔滨日报;2008年
7 吴鹏邓道静;速度分析专利技术再显身手[N];中国石化报;2008年
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9 谢登举;藉河重点支流治理项目(二期)水保监测体系初步设计通过审查[N];天水日报;2007年
10 申震洲 马涛;“黄河多沙粗沙区分布式土壤流失预测评价模型研究”成果通过水利部验收[N];黄河报;2008年
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1 张鉴;MEMS加工中电感耦合等离子体(ICP)刻蚀硅片的模型与模拟[D];东南大学;2006年
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3 张荣光;常压循环流化床煤气化试验与模型研究[D];中国科学院研究生院(工程热物理研究所);2005年
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5 卢奇;技术增长理论与模型研究[D];天津大学;2003年
6 姜雪梅;基于委托代理理论的国有森工企业绩效模型研究[D];东北林业大学;2006年
7 李继尊;中国能源预警模型研究[D];中国石油大学;2007年
8 蔡超峰;视网膜神经节细胞放电活动非线性分析及模型研究[D];上海交通大学;2009年
9 吴小刚;交通荷载作用下软土地基中管道的受力分析模型研究[D];浙江大学;2004年
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5 申晓瑜;北京常见园林植物叶面积指数模型研究[D];北京林业大学;2007年
6 文彦;组织有效性衡量及影响因素分析的模型研究[D];西南师范大学;2001年
7 宋友鲁;供应链中的采购招标模型研究[D];西安电子科技大学;2005年
8 熊亚洲;我国物流产业信息化模型研究[D];武汉理工大学;2005年
9 柏军华;基于LAI的棉花产量近地遥感模型研究[D];石河子大学;2005年
10 李文卫;废水生物电极反硝化模型研究[D];湖南大学;2005年
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