[发明专利]蒙特卡洛和元胞自动机融合的刻蚀、沉积过程仿真方法

说明书

技术领域

本发明涉及微电子加工技术领域，特别一种用元胞自动机方法(CA)和蒙特卡罗(MC)方法相结合，实现刻蚀或沉积中的表面过程仿真方法。

背景技术

随着集成电路特征尺度不断缩小，结构日益复杂，对其加工工艺提出了更高的要求。而刻蚀与沉积是半导体制造过程中的关键步骤。刻蚀是指通过溶液或反应离子来剥离、去除材料的一种加工工艺，而沉积是指利用气相中发生的物理、化学过程，在工件表面形成涂层的工艺过程。等离子体增强刻蚀与沉积过程是目前的主流技术，只有更深刻地理解等离子体的行为及其与表面的复杂作用关系,才能有效指导加工工艺和优化工艺参数,生产出质量更高、性能更好的产品。通过仿真方法模拟指定输入条件下刻蚀或沉积表面不断变化的过程,以此来帮助人们研究刻蚀或沉积机理,找出工艺参数和刻蚀或沉积结果间的关系,从而能够为刻蚀工艺提供指导，为工艺产品设计制造提供依据，越来越受到企业和研究人员的重视。

等离子体参与下刻蚀或沉积过程，可以看成由于大量离子和中性原子或原子团跟表面发生复杂的理化反应，来实现的表面的刻蚀或沉积。仿真方法要准确模拟这些粒子和表面的作用过程，才能得到可信的结果。目前，模拟沉积和刻蚀过程的方法主要是线算法、水平集(LS)方法、元胞自动机(CA)方法和蒙特卡罗(MC)方法等。但是线算法、水平集(LS)方法需要事先给定刻蚀或沉积速度,无法表达表面复杂理化反应，不适合研究离子和中性表面作用机理。

一般来说，在元胞自动机方法中，刻蚀模型被均匀划分为一组网格，称之为元胞，每个元胞由不同材料的一定数量的原子组成。沿表面的刻蚀过程是未被刻蚀元胞和已被刻蚀元胞之间不断变化的一个过程，当一个元胞被刻蚀掉后，新元胞露出，使得刻蚀继续进行。元胞法主要用于模拟离子的统计行为，通过经验公式，描述离子在表面的等效作用，采用这种方式进行宏观廓线模拟简单有效，但是当涉及更微观的作用过程描述时，比如中性原子在表面的扩散、反应、吸咐和脱咐等事件，元胞法在这些事件的表达上存在其固有缺陷。

而蒙特卡洛方法模拟刻蚀、沉积过程的基本思想是：首先考虑粒子可能进行的所 有运动，并计算每种运动方式相应的概率，然后用随机抽样的方法，选取随机数来确定各粒子的运动，最后统计求解。在MC方法中，一般由粒子在一次迁移中始态与终态能量之差来确定该次运动的概率。蒙特卡罗方法作为一种概率方法，来模拟表面原子的扩散、反应、吸咐和脱咐等事件，从而表达表面微观的作用过程，适合模拟中性原子或原子团的行为。

发明内容

本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种蒙特卡洛和元胞自动机融合的刻蚀、沉积过程仿真方法，该方法可以模拟反应离子刻蚀(RIE)、等离子体刻蚀、深反应离子刻蚀(DRIE)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、化学气相沉积(CVD)和物理气相沉积(PVD)等工艺过程的模拟。

本发明提出的一种蒙特卡洛和元胞自动机融合的刻蚀、沉积过程仿真方法，其特征在于：该方法首先采用元胞模型对仿真区域进行模型表示，然后对入射到该区域的中性粒子和离子分别采用蒙特卡洛方法和元胞方法进行处理，从而实现刻蚀、沉积过程的仿真，具体包括以下步骤：

1)对仿真区域进行模型表示：

首先将离散分布的构成基底的所有粒子读入仿真区域中，然后将仿真区域划分为连续紧密规则排列的小格，每个小格称为元胞，包括空元胞和非空元胞两类，并设有各元胞编码，编码表示所处区域所包含的粒子的数量，空元胞表示没有粒子的区域，非空元胞代表一个粒子或者粒子团，完成模型构建；

2)在与所述模型表面距离Dis为空白元胞所在一侧的曲面上(Dis表示一个数值，一般来说大于1，小于10)，按照均匀分布的方式随机生成数量Nn的中性粒子(Nn表示一个数值，一般来说大于10²，小于10⁴)，这些中性粒子停留在生成的位置，然后将这些中性粒子和模型表面下深度小于Dep的粒子构建一个新模型并按照蒙特卡洛方法进行仿真处理(Dep表示一个数值，一般来说大于2，小于20)，该仿真处理结束后再将处理后新模型导入原模型中，具体包括：

21)在与原模型表面距离为Dis值的空白元胞所在一侧的曲面上，生成一个中性粒子，该中性粒子停留在其生成位置，记录下该位置坐标；

22)判断在原模型表面生成的中性粒子数是否达到规定的数量Nn，若否，继续生成中性粒子，转到21)，若是则停止，转到23)；