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基于细胞自动控制算法的硅各向异性湿法
刻蚀物理仿真
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西北工业大学微/纳米系统实验室林国树李晓莹乔大勇苑伟政
【摘要】应用细胞自动控制算法对硅湿法刻蚀进方法在物理仿真方面有良好的效果,这种方法把硅晶体
行物理仿真,按硅原子晶体结构构建细胞单元,以原子看成很多小的立体细胞组成的整体,然后给定每个细胞
共价键连接状态和相邻细胞的状态来判断刻蚀中某个某些基本刻蚀规则,约束其暴露在刻蚀剂时的移除速度。
细胞是否去除或者保留,最后获得与理论分析相符的应用这种方法基本能够仿真出硅在刻蚀剂中的大致刻
仿真结果。蚀情况,但是这种方法过于简化物理刻蚀过程,随意去
关键词:各向异性细胞自动控制湿法刻蚀除光滑晶面的原子,导致获得的结果表面粗糙,使其难
物理仿真以定义边缘和给出仿真结果。
【】—本课题应用细胞自动控制算法对硅晶体进行刻蚀
—物理仿真,考虑硅晶体中每一层各个细胞的连接状况,
. 对硅晶体进行建模,然后对每一个原子分别判断以决
. 定其移除或者保留,最后获得与理论分析相符的仿真
结果。
.,
原理
—
. . 细胞自动控制算法的基本原理
: 。细胞自动控制算法是一种整体的行为,它是完全由
局部联系所决定的离散动态系统的仿真算法。系统中的
空间状态由统一的栅格代替,每个细胞抽象成一列二进
在微电机械系统加工中,为了获得预期的制数据,在演变的每个离散的时间步里,每个细胞的新
器件,需要在设计掩膜和制造样品之间不断地往复。硅状态由相邻的细胞状态决定,这样系统就可以由局部扩
各向异性湿法刻蚀是典型的加工工艺,对其进展到全局。在表中,表示当前状态,表示变化后
行计算机仿真能够大大减少这种重复过程,降低制造的状态,每个细胞的状态由前一时间步根据给定规则决
成本,提高生产效率。定。最简单的就是用的个细胞确定的一个细胞
目前,硅各向异性湿法刻蚀仿真有几何仿真和物状态,这样就有种可能的选择, 即,,
理仿真种。几何仿真方法是将硅晶体看做三维几何,,,,,,有两种选择,即和,
体,给定二维掩膜和加工参数如加工方法、深度等, 假设每个细胞由位表示,那么这样的规则就有
然后进行一系列的几何体形状演化,最后得到理论的种。表表示这种算法的一个规则:
输出。物理仿真方法是把硅晶体看作是以硅原子通过一①,
共价键相互连接的三维实体,将刻蚀过程看作是硅原式中,表示第步第位,运算符①表示求和并
子不断打开共价键脱离晶体的过程。几何仿真的优点对求余数。
是速度快,缺点是不能有效地处理复杂结构,物理仿真. 硅刻蚀原理
的优点是能够有效精确地仿真任意复杂掩膜和三维结硅晶体是金刚石型晶格结构如图所示,图中的
构。箭头表示硅片晶向,晶体中每个原子通过个共价键
年,提出的基于细胞自动控制建模与其他原子结合,当某共价键暴露在刻蚀剂中时,此共
航空制造技术·年第期
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价键可以被打断具体规则见表,表示不存在,表示的硅晶体结构和图所示的原子连接状态图得
存在。个原子的去除与否决定于与之相连的其他个到图的晶面模型,以掩膜图形的尺寸确定硅晶
原子的共价键连接状态,共价键中的任意两个键断体中每层原子的个数长度和宽度的像素