硅各向异性腐蚀的原子级模拟

应用原子级模型中的随机CA算法,针对硅材料和具体的工艺特点,构造了相应的函数,并在此基础上编制了应用软件--SSAE.该软件可独立运行,能够模拟出硅在KOH中不同腐蚀条件下腐蚀的过程和结果,并且克服了其他采用原子级模型的模拟软件中常出现的边界模糊等缺点.该结果与其他软件和实验结果相比,较为一致,并且该软件具有占用系统资源少、运行时间快等优点,具有一定的实用价值.     

硅在KOH中各向异性腐蚀的物理模型

针对硅在KOH中的各向异性腐蚀提出了一个新的物理模型.此模型从微观角度出发,根据实际的腐蚀化学反应过程确定了若干微观状态,提出了反映腐蚀特性的若干微观参数.将腐蚀温度、浓度等对腐蚀速率的影响也反映了进去.计算结果与实验结果进行了对比,表明此模型在解释硅在KOH中各向异性腐蚀特性等方面具有一定的合理性.     

硅在KOH中各向异性腐蚀的物理模型

针对硅在KOH中的各向异性腐蚀提出了一个新的物理模型.此模型从微观角度出发,根据实际的腐蚀化学反应过程确定了若干微观状态,提出了反映腐蚀特性的若干微观参数.将腐蚀温度、浓度等对腐蚀速率的影响也反映了进去.计算结果与实验结果进行了对比,表明此模型在解释硅在KOH中各向异性腐蚀特性等方面具有一定的合理性.     

考虑高指数晶面的体硅腐蚀模拟新CA模型

针对目前体硅腐蚀(硅各向异性腐蚀)的3D CA模型无法引入(211),(311),(331),(411)等较多高密勒指数晶面,模拟精度不高的问题,建立了一种高精度的体硅腐蚀模拟的新3D连续CA(元胞自动机)模型.模型可以有效引入(211),(311),(331),(411)等高密勒指数晶面,提高模拟精度.模拟结果与实验结果一致,证明了模型的模拟效果,对体硅腐蚀模拟研究和提高MEMS设计水平具有一定的实用意义.     

基于元胞自动机理论的硅各向异性腐蚀模型

根据硅各向异性腐蚀在微观尺度下的特点，基于元胞自动机理论提出了新的腐蚀模拟模型．该模型考虑了腐蚀过程中硅不同晶面的晶体结构特点，并通过引入碰撞理论，综合反映了腐蚀温度和浓度对腐蚀的影响作用．该模型可快速准确地模拟分析各向异性腐蚀工艺过程，对优化工艺有着理论指导作用．     

元胞自动机方法模拟硅的各向异性腐蚀研究

随着计算机运算速度的提高及M EM S结构变得日渐复杂,元胞自动机(CA)方法逐渐在M EM S CAD方面显出优势。针对硅的各向异性腐蚀模拟,首先建立硅衬底表面元胞的腐蚀过程二维CA模型,然后推广为三维CA模型,从而建立了硅的各向异性腐蚀的连续CA模型。已有实验结果和理论分析证明了模型的效果。     

干法腐蚀在硅微波功率晶体管研制中的应用

干法腐蚀与传统的湿法腐蚀相比,具有明显的各向异性,并且具有较好的可重复性、可控性及在硅片加工中易实现连续生产等优点,已成为目前硅微波功率晶体管研制和生产的关键技术.本文对目前干法腐蚀在硅微波大功率晶体管中的应用进行了分析,指出随着硅微波功率晶体管工作频率的不断提高,对高性能各向异性的干法腐蚀技术要求也更加迫切.     

考虑高指数晶面的体硅腐蚀模拟新CA模型

针对目前体硅腐蚀(硅各向异性腐蚀)的3D CA模型无法引入(211),(311),(331),(411)等较多高密勒指数晶面,模拟精度不高的问题,建立了一种高精度的体硅腐蚀模拟的新3D连续CA(元胞自动机)模型.模型可以有效引入(211),(311),(331),(411)等高密勒指数晶面,提高模拟精度.模拟结果与实验结果一致,证明了模型的模拟效果,对体硅腐蚀模拟研究和提高MEMS设计水平具有一定的实用意义.     

Metropolis蒙特卡罗模拟湿法腐蚀算法研究及应用

探讨了Metropolis蒙特卡罗方法模拟硅微加工各向异性湿法腐蚀仿真算法.在台阶流动(step flow)模型上引入了腐蚀概率方程,确定了蒙特卡罗转移概率.通过对不同相位晶面(vicinal surface)在掩模下的腐蚀模拟对提出的方法进行了校验分析,解释了蒙特卡罗法处理复杂晶面的原理和过程.模拟测试中,仿真程序能正确地再现不同晶向腐蚀速率特性以及凸角腐蚀的结构形态,经过与目前报道的元胞自动机以及其他种类蒙特卡罗法比较分析,模型具有较高的仿真效率和结果精度.最后,该系统模拟一个实际的微加速度传感器设计中的凸角补偿问题,在震动岛块的掩模补偿设计中验证了模型的正确性.     

Metropolis蒙特卡罗模拟湿法腐蚀算法研究及应用

探讨了Metropolis蒙特卡罗方法模拟硅微加工各向异性湿法腐蚀仿真算法.在台阶流动(step flow)模型上引入了腐蚀概率方程,确定了蒙特卡罗转移概率.通过对不同相位晶面(vicinal surface)在掩模下的腐蚀模拟对提出的方法进行了校验分析,解释了蒙特卡罗法处理复杂晶面的原理和过程.模拟测试中,仿真程序能正确地再现不同晶向腐蚀速率特性以及凸角腐蚀的结构形态,经过与目前报道的元胞自动机以及其他种类蒙特卡罗法比较分析,模型具有较高的仿真效率和结果精度.最后,该系统模拟一个实际的微加速度传感器设计中的凸角补偿问题,在震动岛块的掩模补偿设计中验证了模型的正确性.     

纳米尺度多晶硅微结构刻蚀研究

以HBr作为刻蚀气体,采用ICP金属刻蚀系统对气体流量、刻蚀压力、离子源功率、偏压功率等工艺参数与刻蚀速率、刻蚀选择比和侧壁垂直度的对应关系进行了大量工艺实验。借助理论分析和工艺条件的优化,开发出一套可满足制备侧壁垂直度的纳米尺度多晶硅密排线结构的优化刻蚀工艺技术。实验结果表明:当采用900 W的离子源功率、11 W的偏压功率、25 cm3/min流量的HBr气体和3 mTorr(1 mTorr=0.133 3 Pa)刻蚀压力的工艺条件时,多晶硅与二氧化硅的刻蚀选择比大于100∶1;在保持离子源功率、偏压功率、气体流量不变的条件下,单纯提高反应腔工艺压力则会大幅提高上述选择比值,同时损失多晶硅和二氧化硅的刻蚀均匀性;HBr气体流量的变化在上述功率及反应腔工艺压力的工艺范围内,对多晶硅与二氧化硅的刻蚀选择比和多晶硅刻蚀的形貌特征均无显著影响。采用上述优化的刻蚀工艺条件,配合纳米电子束光刻技术成功得到多晶硅纳米尺度微结构,其最小线宽为40 nm。     

准分子激光电化学刻蚀硅的刻蚀质量研究

为了解决现有硅刻蚀工艺中存在的刻蚀质量等问题,采用激光加工技术和电化学加工技术相结合的工艺对硅进行了刻蚀,研究了该复合工艺的工艺特性。实验中采用248nm-KrF准分子激光作光源聚焦照射浸在KOH溶液中的阳极n-Si上,实现激光诱导电化学刻蚀。在实验的基础上,研究了激光电化学刻蚀Si的刻蚀孔的基本形貌,并对横向刻蚀和背面冲击等质量问题进行了分析。结果表明,该工艺刻蚀的孔表面质量好、垂直度高;解决了碱液中Si各向异性刻蚀的自停止问题,具有加工大深宽比微结构的能力;也具有不需光刻显影就能进行图形加工的优越性。     

外加电压对激光电化学刻蚀硅的影响研究

激光电化学刻蚀是将激光加工技术和电化学加工技术有机结合起来而形成的一种复合型刻蚀工艺。为了研究外加电压对激光电化学刻蚀硅的影响,本文采用248nm KrF准分子激光作为光源聚焦照射浸在KOH溶液中的阳极半导体n—Si上,实现激光诱导电化学刻蚀。在实验的基础上,详细分析外加电压对刻蚀工艺的影响,并对其产生的原因进行了分析。试验结果表明其影响主要有两个方面：（1）正的外加电压保证了SiO2钝化膜生成,从而实现了选择性刻蚀;（2）外加电压的增大,刻蚀速率会相应减小。因而外加电压也是调节刻蚀速率的一个重要的手段。     

Bulk micromachining of silicon

Bulk silicon etching techniques, used to selectively remove silicon from substrates, have been broadly applied in the fabrication of micromachined sensors, actuators, and structures. Despite the more recent emergence of higher resolution, surface-micromachining approaches, the majority of currently shipping silicon sensors are made using bulk etching. Particularly in light of newly introduced dry etching methods compatible with complementary metal-oxide-semiconductors, it is unlikely that bulk micromachining will decrease in popularity in the near future. The available etching methods fall into three categories in terms of the state of the etchant: wet, vapor, and plasma. For each category, the available processes are reviewed and compared in terms of etch results, cost, complexity, process compatibility, and a number of other factors. In addition, several example micromachined structures are presented     

等离子体刻蚀工艺中的OES监控技术

采用光学发射光谱(OES)原位检测技术,对等离子体刻蚀机中的等离子体状态进行实时监控,讨论了其在故障诊断、分类、刻蚀终点的判断及控制方面的应用。实验平台为在新研发的高密度等离子体刻蚀机,采用化学气体HBr/Cl₂为刻蚀气体进行多晶硅刻蚀工艺实验,实验过程中所采集的OES数据通过PCA法进行分析,得到与刻蚀过程相关的特征谱线。实验结果表明：OES技术适合于深亚微米等离子体刻蚀工艺过程的终点检测及故障诊断。最后就OES技术未来发展面临的挑战进行了讨论。     

多晶硅太阳电池背表面刻蚀提升其性能的产线工艺研究

对比研究了产线上多晶硅太阳电池背表面刻蚀对 其光电转换性能的影响。示范性实验结果表明:多晶硅太阳电池背表面刻蚀能够改善其短路 电流, 从而相应的光电转换效 率提升了约 0．1％。依据多晶硅太阳电池背表面刻蚀前后的扫描 电镜(SEM)形貌、背表面漫 反射光谱及完整电池片外量子效率的测试结果,改进的光电转换的原因可能源于背表面刻蚀 “镜面”化有利于太阳光子在背表面内反射和改进印刷Al浆与背表面覆盖接触。背表面刻蚀 与当前晶硅电池产线工艺兼容,能够提升电池片的光电转换效率,是一种可供选择的产线升 级工艺。     

Effect of Protective Layer and Etch Process on Silicon Molded Micro Peltier Arrays

We used silicon molding and examined the protective layer on a silicon molded Peltier array. Both a large p-type array and n-type array were created with the protective layer. Because the conventional bismuth-antimony-telluride (BiSbTe) alloys react with XeF₂ etching gas rapidly, we need to place the protective layer at the interface between the silicon and the thermoelectric material using the water vapor thermal oxidization method. As the xenon difluoride selective etching ratio of silicon and SiO₂ is about 100:1, the protective layer is damaged if the removal ratio of silicon is high and the etching process time is long. Next we examined a new method involving both an anisotropic process using deep reactive ion etching (DRIE) and an isotropic process using XeF₂ etching, and we formulated an etching process that causes no damage to the protective layer.     

硅微通道板像增强器的研究

微通道板作为电子倍增器件可以对电子、离子、紫外和软X射线进行探测和成像.传统微通道板制备是采用玻璃纤维拉制和氢还原等技术,提出分别采用半导体体微加工和电化学腐蚀制备硅微通道板的新技术.在干法刻蚀中采用 ICP 技术制备了孔径为 6～20 μm、间隔4～8 μm、长径比 15～30 的硅微通道板,初步试验结果为对于长径比为 16 的样品,电子增益为 102 数量级.同时,开展了湿法电化学腐蚀技术制作硅微通道板的研究,分析讨论了电化学腐蚀微通道板的机理.结果表明,干法和湿法刻蚀技术可以制备高长径比硅微通道板,与 ICP 技术型比,电化学腐蚀具有较低的成本.     

Application of experimental and numerical simulation methods for studies of the dry groove silicon etching process

A physical-chemical silicon etching model is described; an etching profile is calculated by the string method; and model adequacy is considered. The simulation results of the groove etching process as function of process optimization parameter variations are analyzed.