[发明专利]等离子体刻蚀模拟中最大离子边界角的测量方法

说明书

技术领域

本发明属于微电子机械系统(MEMS)工艺过程模拟技术领域，具体涉及MEMS工艺中的深反应离子刻蚀(DRIE)以及其他等离子体刻蚀工艺过程的模型建立及软件实现过程中，用于“模型参数”数值确定的最大离子边界角值的测量方法。

背景技术

随着MEMS技术的不断发展，制作出高深宽比可动结构的器件成为MEMS器件设计中的关键技术点之一。因而对于一定的刻蚀实验参数(如刻蚀机的线圈功率，平板功率，气体流量，腔体气压等)设置下，所能够实现的深反应离子刻蚀的刻蚀形貌的准确把握，成为MEMS器件制作过程中的关键环节。

以往多是通过进行反复大量的摸索实验来不断优化刻蚀参数的设置，以得到更好的刻蚀形貌，但这样的过程往往耗费大量的人力财力和时间，而且具有很大的盲目性，最终甚至往往很难得到最优化的结果，或是难以判断结果的优化程度。

而基于对刻蚀原理深入分析所建立的深反应离子刻蚀过程模拟模型及其软件实现，为实验者和设计者提供了很好的辅助和向导工具。一方面，软件模拟可以应用于实验参数的优化设置，以期得到更加理想化的刻蚀形貌；另一方面，软件模拟可以被应用于目前一些器件行为仿真的前端输入，使得输入的器件模型的形貌包含了实际制造因素，而不再是以往的理想形貌的输入，这样可以使得在一定的制造条件下制造出的器件的性能得到更加准确的模拟。

目前，针对硅的深反应离子刻蚀——博世(Bosch)工艺，已经有一些相对比较成熟的模拟模型和相应的软件实现。但这些模型，抑或是一些十分复杂的模型，基于对多物理场的耦合分析，综合考虑了深反应离子刻蚀过程中的各种物理化学综合作用的过程，建立模型的过程十分复杂，应用时也需要相关的一些专业背景知识；抑或是基于了对离子角分布函数的假设，即假设离子角分布函数满足高斯分布，这在很大程度上降低了模型的准确程度。

专利申请者之前的相关研究(Jia Hu et.al.，Determining the ion angular distribution of bulk titanium DRIE with overhang SU-8 mask，Proceedings of the 2011 6^th IEEE International Conference on Nano/Micro Engineered and Molecular Systems，February 20-23，2011，Kaohsiung，Taiwan)中，仔细探究了以氯气等离子体对钛材料进行深反应离子刻蚀的模型，采用了基于对等离子体物理行为分析建立的更加优化的离子角分布函数，并从中提取出相关“模型参数”，对应于不同刻蚀实验参数设置下的物理化学作用的耦合影响及作用结果。从而在输入刻蚀的相关实验参数时，不必基于复杂的物理化学过程及理论的推导和计算来确定当前刻蚀实验参数设置所对应的具体刻蚀模型，而是可以通过实际的实验以及对实验结果的测量来确定当前刻蚀实验参数设置所对应的“模型参数”的数值，进而得到当前刻蚀实验参数设置所对应的具体刻蚀模型。这样的模型更具有实际应用价值，比起单纯的理论分析也相对更加准确。

上述文献中，所建立的深反应离子刻蚀模型如公式(1)～(4)所示：

G(θ)=[exp(R)/π][Rsecθexp(-Rsec2θ)+0.5πerfc(Rsecθ)]]]>(1)