【摘要】：反應離子刻蝕(RIE)工藝,是MEMS加工工藝中使用最廣泛的技術(shù)手段之一。RIE的計算機模擬可以幫助工藝設(shè)計者通過改變模擬條件,如射頻功率、氣體壓力、刻蝕溫度,得到不同的模擬結(jié)果,以此來選擇最佳工藝條件。這對于降低MEMS器件設(shè)計與研制成本,縮短研發(fā)周期,有著非常重要的意義。本文利用流體力學模型及鞘層等效電路模型確定出RF鞘層的特性,包括鞘層的電壓及電場的時空分布等。以Monte Carlo方法為基本模擬手段,研究了離子與中性粒子在RF鞘層中的運動過程,得到了到達刻蝕材料表面并對刻蝕有效的粒子流量分布。利用刻蝕速度的計算公式,根據(jù)粒子流量分布得到刻蝕材料表面某點處某時刻的局部刻蝕速率。最后通過水平集函數(shù)描述刻蝕剖面的初始形貌,通過刻蝕材料表面的速度場,求解Hamilton-Jacobi方程得到刻蝕輪廓的演化過程。通過改變不同的刻蝕條件,得到了刻蝕輪廓隨時間的變化圖以及不同射頻功率下、不同氣體下、不同溫度下、改變反應氣體后的刻蝕模擬輪廓。模擬結(jié)果表明：在200W～400W范圍內(nèi),射頻功率的增加,可加快刻蝕速率,進一步增加功率,刻蝕速率反而下降；隨著壓力的增加,刻蝕速率不斷增加,并在15Pa左右達到最大值,隨后刻蝕速率不斷減�。豢涛g速率與溫度成正比。最后將在一定工藝條件下反應粒子刻蝕的模擬結(jié)果與實驗結(jié)果進行了對比,兩者吻合的較好。本文的研究表明,水平集算法是一種適合模擬等離子體刻蝕輪廓演化的高效算法,它能夠有效地描述等離子體刻蝕仿真過程中出現(xiàn)的各種復雜輪廓,可以很好地滿足等離子體刻蝕工藝過程中復雜形貌演化的模擬需求。雖然本文沒有將其擴展到三維,但本論文將等離子體刻蝕的微觀物理過程引入到了水平集方法中,為將來解決三維等離子體刻蝕過程仿真計算量大的問題提供了一種新的技術(shù)思路。
[Abstract]:Reactive ion etching (RIE) process is one of the most widely used techniques in MEMS processing. The computer simulation of rie can help process designers to change the simulation conditions, such as RF power, gas pressure, etching temperature, etc. Different simulation results were obtained to select the best process conditions. This is of great significance to reduce the design and development cost of MEMS devices and shorten the R & D cycle. In this paper, the characteristics of RF sheath are determined by using hydrodynamic model and sheath equivalent circuit model, including the voltage of sheath and the space-time distribution of electric field. The movement of ions and neutral particles in RF sheath was studied by using Monte Carlo method. The particle flux distribution which reached the surface of the etched material and was effective for etching was obtained. According to the particle flow distribution, the local etching rate at a certain point on the surface of the etched material is obtained by using the formula of etching velocity. Finally, the initial morphology of the etching profile is described by the level set function, and the evolution process of the etching profile is obtained by solving the Hamilton-Jacobi equation through the velocity field of the etched material surface. By changing different etching conditions, the etch profile with time is obtained, and the simulated etching profile is obtained under different RF power, different gas, different temperature, changing reaction gas. The simulation results show that in the range of 200W~400W, the increase of RF power can accelerate the etching rate, further increase the power, and decrease the etching rate, and with the increase of pressure, the etching rate increases and reaches the maximum value in 15Pa. Then the etching rate decreases and the etching rate is proportional to the temperature. Finally, the simulation results of reactive particle etching under certain technological conditions are compared with the experimental results, and the results are in good agreement with each other. The research in this paper shows that the level set algorithm is an efficient algorithm for simulating the evolution of plasma etching contour, and it can effectively describe various complex contours in the process of plasma etching simulation. It can well meet the needs of simulation of complex morphology evolution in plasma etching process. Although it has not been extended to three dimensions in this paper, the microphysical process of plasma etching is introduced into the level set method. It provides a new technical idea for solving the problem of large amount of simulation calculation in 3D plasma etching process in the future.
【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN305.7

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本文編號：2164350