表面活性剂作用下的单晶硅全晶面刻蚀速率的获取方法
【专利摘要】公开了一种表面活性剂作用下的单晶硅全晶面刻蚀速率的获取方法，包括：1，获取约束晶面的实验刻蚀速率；2，确定目标参数的取值范围和生成目标参数的优化种群；3，建立表面活性剂作用下的蒙特卡罗S-AEP硅原子移除概率函数并计算目标原子的刻蚀概率；4，计算种群中各个体的约束晶面模拟刻蚀速率；5，选取某一约束晶面作为基准晶面并计算种群中各个体的约束晶面仿真刻蚀速率；6，利用个体适应度评价方法筛选出种群中最优个体；7，判断最优个体的约束晶面仿真刻蚀速率是否满足输出条件，满足则输出最优个体并生成单晶硅全刻蚀速率曲线；不满足则将最优个体编码并遗传变异，生成下一代种群，进入新一轮循环。
【专利说明】表面活性剂作用下的单晶硅全晶面刻蚀速率的获取方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于微机电系统（MEMS)体硅适形各向异性湿法刻蚀加工与误差控制领 域，涉及蒙特卡洛湿法刻蚀工艺模型问题，具体是通过表面活性剂作用下的少量单晶硅晶 面实验刻蚀速率获得全部任意Ih k 1}晶面刻蚀速率。
【背景技术】
[0002] 硅湿法刻蚀是加工三维复杂微结构的重要工艺，特别的，添加表面活性剂后的适 形各向异性湿法刻蚀工艺依靠不同晶面刻蚀速率的差异可以在硅衬底上加工出许多复杂 结构，如腔体结构、悬臂结构、谐振器等；其中，单晶硅各晶面刻蚀速率的大小是由不同刻蚀 液的刻蚀特性决定的。针对某些特殊结构的硅产品，需要在已选定的刻蚀剂中添加定量的 表面活性剂来选择性的大幅抑制某些晶面的刻蚀速率，以便硅基体能够按照掩膜形状，实 现良好的各向异性适形刻蚀。
[0003] 目前获得单晶硅全部晶面刻蚀速率的方法主要有硅半球试验法、插值计算法，而 针对添加表面活性剂的单晶硅湿法刻蚀系统还没有一种专门的研究方法。硅半球试验法可 以获得真实的全部晶面刻蚀速率，是目前普遍采用的工艺方法但是其试验材料昂贵，周期 长，技术要求高，需要精密测量试验设备才能完成；插值计算法采用坐标代换的方式用少量 晶面刻蚀速率估测全晶面刻蚀速率，虽然方法简单便于操作但是模拟结果精度不高且不能 解释硅刻蚀的真实原因，精度有限，尤其在刻蚀速率最大最小值晶面确定上误差较大，仅作 为一种理论研究的参考方法。
【发明内容】
[0004] 技术问题：针对上述技术方法在表面活性剂作用下的湿法刻蚀系统中作用能力的 局限，本发明提供了一种依据少量硅晶面刻蚀速率而获得全部晶面刻蚀速率的工艺方法。
[0005] 技术方案：为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
[0006] -种表面活性剂作用下的单晶硅全晶面刻蚀速率的获取方法，步骤如下：
[0007] 步骤1获取七个重要约束晶面的实验刻蚀速率Vi, i = 1，2, ...，7,所述的重要约 束晶面包括（100)、（110)、（111)、（331)、（211)、（411)和（310)，V 1 代表（100)晶面实验刻 蚀速率，V2代表（110)晶面实验刻蚀速率，V3代表（110)晶面实验刻蚀速率，V 4代表（331) 晶面实验刻蚀速率，V5代表（211)晶面实验刻蚀速率，V6代表（411)晶面实验刻蚀速率，％ 代表（310)晶面实验刻蚀速率，
[0008] 步骤2确定目标参数ε η, ε 12，ε 21，ε ^EpE2, g，Em，rQ的取值范围和建立目标参 数优化种群Τ(Φ)Χ，X为遗传代数，Φ为种群个体数并属于区间[1，100]中的整数，种群 个体为：ε η(θ)χ，ε12(θ)χ，ε21(θ) χ， !"Cl(Q)x，其中θ为种群个体序数并取值为[1，Φ]之间的整数，
[0009] 步骤3建立表面活性剂作用下的蒙特卡罗S-AEP硅原子刻蚀概率函数，然后将 εη(θ) χ，ε12(θ)χ，ε21(θ)χ， e22(0)x，El(0)x，E2(0) x，g(0)x，Em(0)Jr〇(0) ^代入该函数计算得到目标原子移除概率？^^，!^，^，!^):
【权利要求】
1. 一种表面活性剂作用下的单晶硅全晶面刻蚀速率的获取方法，其特征在于，步骤如 下： 步骤1获取七个重要约束晶面的实验刻蚀速率Vi,i= 1，2,...，7,所述的重要约束晶 面包括（100)、（110)、（111)、（331)、（211)、（411)和（310)，V1 代表（100)晶面实验刻蚀速 率，V2代表（110)晶面实验刻蚀速率，V3代表（110)晶面实验刻蚀速率，V4代表（331)晶面 实验刻蚀速率，V5代表（211)晶面实验刻蚀速率，V6代表（411)晶面实验刻蚀速率，V7代表 (310)晶面实验刻蚀速率， 步骤2确定目标参数εη,ε12,ε21,ε22,EpEi^g,E1^rtl的取值范围和建立目标参数优 化种群Τ(Φ)Χ，X为遗传代数，Φ为种群个体数并属于区间[1，100]中的整数，种群个 体为：εη(θ)χ，ε12(θ)χ，ε21(θ)χ， !"Cl(Q)x，其中Θ为种群个体序数并取值为[1，φ]之间的整数， 步骤3建立表面活性剂作用下的蒙特卡罗S-AEP硅原子刻蚀概率函数，然后将 εη(θ)χ，ε12(θ)χ，ε21(θ)χ，e22(0)x，El(0)x，E2(0)x，g(0)x，Em(0UPr〇(0)x代入该函数计算得到目标原子移除概率P(n",n19,n91,n99):
其中，nn为目标原子一级邻居中位于晶体表面的邻原子数目，n12为目标原子一级邻居 中位于晶体基底的邻原子数目，n21为目标原子二级邻居中位于晶体表面的邻原子数目，n22 为目标原子二级邻居中位于晶体基底的邻原子数目，εn为打断单个一级表面邻居键所需 要的平均能量，ε12为打断单个一级衬底邻居键所需要的平均能量，ε21为打断单个二级表 面邻居键所需要的平均能量，ε22为打断单个二级衬底邻居键所需要的平均能量，E1为目 标原子与一级邻居原子间的能量阀值，E2为目标原子与二级邻居原子间的能量阀值，g为活 性剂对一级邻居原子所产生的平均吸附能量，Em为活性剂与硅表面原子之间的吸附能量阀 值；rQ为活性剂在刻蚀反应中的作用因子；β=V(kB ·Τ)，kB =I. 3806505X10_23J/K为波 尔兹曼常数，T为热力学温度，所述表面活性剂为TritonX_100或IPA， 步骤4分别计算出当前代种群各个体的七个约束晶面的模拟刻蚀速率~(θ)，i= 1,2，···，7,Θ为种群个体序数并取值为[1，φ]之间的整数，U1(Q)代表个体Θ的（100) 晶面模拟刻蚀速率，u2(θ)代表个体Θ的（110)晶面模拟刻蚀速率，u3(θ)代表个体Θ 的（111)晶面模拟刻蚀速率，υ4(θ)代表个体Θ的（331)晶面模拟刻蚀速率，υ5(θ)代 表个体Θ的（211)晶面模拟刻蚀速率，u6(θ)代表个体Θ的（411)晶面模拟刻蚀速率， υ7(θ)代表个体Θ的（310)晶面模拟刻蚀速率， 步骤5选取约束晶面（100)作为基准晶面，分别计算当前代种群各个体约束晶面的 仿真刻蚀速率\(θ)，i=1,2，...，7，Θ为种群个体序数并取值为[1，φ]之间的整数， V1(S)代表个体Θ的（100)晶面仿真刻蚀速率，ν2(θ)代表个体θ的（110)晶面仿真刻 蚀速率，ν3(Θ)代表个体Θ的（111)晶面仿真刻蚀速率，ν4(Θ)代表个体Θ的（331)晶 面仿真刻蚀速率，ν5(Θ)代表个体Θ的（211)晶面仿真刻蚀速率，ν6(Θ)代表个体Θ的 (411)晶面仿真刻蚀速率，ν7(θ)代表个体Θ的（310)晶面仿真刻蚀速率， 步骤6利用个体适应度评价方法筛选出当前代最优个体， 步骤7判断当前代最优个体对应的各约束晶面仿真刻蚀速率Vi (Θ)是否满足判断条 件，如果满足判断条件，则输出当前代最优个体并生成单晶硅全刻蚀速率曲线；如果不满足 判断条件，则进入步骤8,所述判断条件为=IVi(Q)-ViI<Qi，其中Ω为仿真精度约束参 数，i= 1，2, ...，7,所述单晶硅全刻蚀速率曲线的生成方法为： 步骤7-1，建立主要晶面的硅衬底模型，主要晶面为：（110)，（15151)，（991)，（661)， (551)，（441)，（331)，（221)，（553)，（332)(775), (997)，（131311)，（111110)，（111)， (141313)，（151313)，（544)，（433)，（755)，（322)，（211)，（1255)，（271010)，（311)，（411)， (511)，（611)，（711)，（911)，（1211)，（1711)，（3011)，（100)，（910)，（710)，（610)，（510)， (410)(310)， （210)， （530)， （320)， （750)， （970)， （1190)， 步骤7-2,将目标参数优化结果代入S-AEP硅原子刻蚀概率函数后，根据各晶面目标原 子的四指数配置（nn，n12,n21，n22)，计算主要晶面目标原子的移除概率， 步骤7-3,计算主要晶面的模拟刻蚀速率ui，i= 1，2, 3,...， 步骤7-4,选取晶面（100)作为基准晶面，分别计算各晶面的仿真刻蚀速率Vi,i=1,2,3,, 步骤7-5,依次按顺利连接各晶面仿真刻蚀速率，即可获得全部晶面仿真刻蚀速率， 步骤8将当前代最优个体进行再次编码后进行遗传选择、交叉和变异，生成下一代种 群Τ(Φ)Χ+1，并返回步骤3。
【文档编号】G06F17/50GK104462711SQ201410803809
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月22日 优先权日:2014年12月22日
【发明者】幸研, 张辉 申请人:东南大学