表面活性劑作用下的單晶硅全晶面刻蝕速率的獲取方法
【專利摘要】公開了一種表面活性劑作用下的單晶硅全晶面刻蝕速率的獲取方法，包括：1，獲取約束晶面的實驗刻蝕速率；2，確定目標(biāo)參數(shù)的取值范圍和生成目標(biāo)參數(shù)的優(yōu)化種群；3，建立表面活性劑作用下的蒙特卡羅S-AEP硅原子移除概率函數(shù)并計算目標(biāo)原子的刻蝕概率；4，計算種群中各個體的約束晶面模擬刻蝕速率；5，選取某一約束晶面作為基準(zhǔn)晶面并計算種群中各個體的約束晶面仿真刻蝕速率；6，利用個體適應(yīng)度評價方法篩選出種群中最優(yōu)個體；7，判斷最優(yōu)個體的約束晶面仿真刻蝕速率是否滿足輸出條件，滿足則輸出最優(yōu)個體并生成單晶硅全刻蝕速率曲線；不滿足則將最優(yōu)個體編碼并遺傳變異，生成下一代種群，進(jìn)入新一輪循環(huán)。
【專利說明】表面活性劑作用下的單晶硅全晶面刻蝕速率的獲取方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于微機電系統(tǒng)（MEMS)體硅適形各向異性濕法刻蝕加工與誤差控制領(lǐng) 域，涉及蒙特卡洛濕法刻蝕工藝模型問題，具體是通過表面活性劑作用下的少量單晶硅晶 面實驗刻蝕速率獲得全部任意Ih k 1}晶面刻蝕速率。

【背景技術(shù)】
[0002] 硅濕法刻蝕是加工三維復(fù)雜微結(jié)構(gòu)的重要工藝，特別的，添加表面活性劑后的適 形各向異性濕法刻蝕工藝依靠不同晶面刻蝕速率的差異可以在硅襯底上加工出許多復(fù)雜 結(jié)構(gòu)，如腔體結(jié)構(gòu)、懸臂結(jié)構(gòu)、諧振器等；其中，單晶硅各晶面刻蝕速率的大小是由不同刻蝕 液的刻蝕特性決定的。針對某些特殊結(jié)構(gòu)的硅產(chǎn)品，需要在已選定的刻蝕劑中添加定量的 表面活性劑來選擇性的大幅抑制某些晶面的刻蝕速率，以便硅基體能夠按照掩膜形狀，實 現(xiàn)良好的各向異性適形刻蝕。
[0003] 目前獲得單晶硅全部晶面刻蝕速率的方法主要有硅半球試驗法、插值計算法，而 針對添加表面活性劑的單晶硅濕法刻蝕系統(tǒng)還沒有一種專門的研究方法。硅半球試驗法可 以獲得真實的全部晶面刻蝕速率，是目前普遍采用的工藝方法但是其試驗材料昂貴，周期 長，技術(shù)要求高，需要精密測量試驗設(shè)備才能完成；插值計算法采用坐標(biāo)代換的方式用少量 晶面刻蝕速率估測全晶面刻蝕速率，雖然方法簡單便于操作但是模擬結(jié)果精度不高且不能 解釋硅刻蝕的真實原因，精度有限，尤其在刻蝕速率最大最小值晶面確定上誤差較大，僅作 為一種理論研究的參考方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 技術(shù)問題：針對上述技術(shù)方法在表面活性劑作用下的濕法刻蝕系統(tǒng)中作用能力的 局限，本發(fā)明提供了一種依據(jù)少量硅晶面刻蝕速率而獲得全部晶面刻蝕速率的工藝方法。
[0005] 技術(shù)方案：為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
[0006] -種表面活性劑作用下的單晶硅全晶面刻蝕速率的獲取方法，步驟如下：
[0007] 步驟1獲取七個重要約束晶面的實驗刻蝕速率Vi, i = 1，2, ...，7,所述的重要約 束晶面包括（100)、（110)、（111)、（331)、（211)、（411)和（310)，V 1 代表（100)晶面實驗刻 蝕速率，V2代表（110)晶面實驗刻蝕速率，V3代表（110)晶面實驗刻蝕速率，V 4代表（331) 晶面實驗刻蝕速率，V5代表（211)晶面實驗刻蝕速率，V6代表（411)晶面實驗刻蝕速率，％ 代表（310)晶面實驗刻蝕速率，
[0008] 步驟2確定目標(biāo)參數(shù)ε η, ε 12，ε 21，ε ^EpE2, g，Em，rQ的取值范圍和建立目標(biāo)參 數(shù)優(yōu)化種群Τ(Φ)Χ，X為遺傳代數(shù)，Φ為種群個體數(shù)并屬于區(qū)間[1，100]中的整數(shù)，種群 個體為：ε η(θ)χ，ε12(θ)χ，ε21(θ) χ， !"Cl(Q)x，其中θ為種群個體序數(shù)并取值為[1，Φ]之間的整數(shù)，
[0009] 步驟3建立表面活性劑作用下的蒙特卡羅S-AEP硅原子刻蝕概率函數(shù)，然后將 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) ^代入該函數(shù)計算得到目標(biāo)原子移除概率？^^，!^，^，!^):

【權(quán)利要求】
1. 一種表面活性劑作用下的單晶硅全晶面刻蝕速率的獲取方法，其特征在于，步驟如 下： 步驟1獲取七個重要約束晶面的實驗刻蝕速率Vi,i= 1，2,...，7,所述的重要約束晶 面包括（100)、（110)、（111)、（331)、（211)、（411)和（310)，V1 代表（100)晶面實驗刻蝕速 率，V2代表（110)晶面實驗刻蝕速率，V3代表（110)晶面實驗刻蝕速率，V4代表（331)晶面 實驗刻蝕速率，V5代表（211)晶面實驗刻蝕速率，V6代表（411)晶面實驗刻蝕速率，V7代表 (310)晶面實驗刻蝕速率， 步驟2確定目標(biāo)參數(shù)εη,ε12,ε21,ε22,EpEi^g,E1^rtl的取值范圍和建立目標(biāo)參數(shù)優(yōu) 化種群Τ(Φ)Χ，X為遺傳代數(shù)，Φ為種群個體數(shù)并屬于區(qū)間[1，100]中的整數(shù)，種群個 體為：εη(θ)χ，ε12(θ)χ，ε21(θ)χ， !"Cl(Q)x，其中Θ為種群個體序數(shù)并取值為[1，φ]之間的整數(shù)， 步驟3建立表面活性劑作用下的蒙特卡羅S-AEP硅原子刻蝕概率函數(shù)，然后將 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代入該函數(shù)計算得到目標(biāo)原子移除概率P(n",n19,n91,n99):
其中，nn為目標(biāo)原子一級鄰居中位于晶體表面的鄰原子數(shù)目，n12為目標(biāo)原子一級鄰居 中位于晶體基底的鄰原子數(shù)目，n21為目標(biāo)原子二級鄰居中位于晶體表面的鄰原子數(shù)目，n22 為目標(biāo)原子二級鄰居中位于晶體基底的鄰原子數(shù)目，εn為打斷單個一級表面鄰居鍵所需 要的平均能量，ε12為打斷單個一級襯底鄰居鍵所需要的平均能量，ε21為打斷單個二級表 面鄰居鍵所需要的平均能量，ε22為打斷單個二級襯底鄰居鍵所需要的平均能量，E1為目 標(biāo)原子與一級鄰居原子間的能量閥值，E2為目標(biāo)原子與二級鄰居原子間的能量閥值，g為活 性劑對一級鄰居原子所產(chǎn)生的平均吸附能量，Em為活性劑與硅表面原子之間的吸附能量閥 值；rQ為活性劑在刻蝕反應(yīng)中的作用因子；β=V(kB ·Τ)，kB =I. 3806505X10_23J/K為波 爾茲曼常數(shù)，T為熱力學(xué)溫度，所述表面活性劑為TritonX_100或IPA， 步驟4分別計算出當(dāng)前代種群各個體的七個約束晶面的模擬刻蝕速率~(θ)，i= 1,2，···，7,Θ為種群個體序數(shù)并取值為[1，φ]之間的整數(shù)，U1(Q)代表個體Θ的（100) 晶面模擬刻蝕速率，u2(θ)代表個體Θ的（110)晶面模擬刻蝕速率，u3(θ)代表個體Θ 的（111)晶面模擬刻蝕速率，υ4(θ)代表個體Θ的（331)晶面模擬刻蝕速率，υ5(θ)代 表個體Θ的（211)晶面模擬刻蝕速率，u6(θ)代表個體Θ的（411)晶面模擬刻蝕速率， υ7(θ)代表個體Θ的（310)晶面模擬刻蝕速率， 步驟5選取約束晶面（100)作為基準(zhǔn)晶面，分別計算當(dāng)前代種群各個體約束晶面的 仿真刻蝕速率\(θ)，i=1,2，...，7，Θ為種群個體序數(shù)并取值為[1，φ]之間的整數(shù)， V1(S)代表個體Θ的（100)晶面仿真刻蝕速率，ν2(θ)代表個體θ的（110)晶面仿真刻 蝕速率，ν3(Θ)代表個體Θ的（111)晶面仿真刻蝕速率，ν4(Θ)代表個體Θ的（331)晶 面仿真刻蝕速率，ν5(Θ)代表個體Θ的（211)晶面仿真刻蝕速率，ν6(Θ)代表個體Θ的 (411)晶面仿真刻蝕速率，ν7(θ)代表個體Θ的（310)晶面仿真刻蝕速率， 步驟6利用個體適應(yīng)度評價方法篩選出當(dāng)前代最優(yōu)個體， 步驟7判斷當(dāng)前代最優(yōu)個體對應(yīng)的各約束晶面仿真刻蝕速率Vi (Θ)是否滿足判斷條 件，如果滿足判斷條件，則輸出當(dāng)前代最優(yōu)個體并生成單晶硅全刻蝕速率曲線；如果不滿足 判斷條件，則進(jìn)入步驟8,所述判斷條件為=IVi(Q)-ViI<Qi，其中Ω為仿真精度約束參 數(shù)，i= 1，2, ...，7,所述單晶硅全刻蝕速率曲線的生成方法為： 步驟7-1，建立主要晶面的硅襯底模型，主要晶面為：（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)， 步驟7-2,將目標(biāo)參數(shù)優(yōu)化結(jié)果代入S-AEP硅原子刻蝕概率函數(shù)后，根據(jù)各晶面目標(biāo)原 子的四指數(shù)配置（nn，n12,n21，n22)，計算主要晶面目標(biāo)原子的移除概率， 步驟7-3,計算主要晶面的模擬刻蝕速率ui，i= 1，2, 3,...， 步驟7-4,選取晶面（100)作為基準(zhǔn)晶面，分別計算各晶面的仿真刻蝕速率Vi,i=1,2,3,, 步驟7-5,依次按順利連接各晶面仿真刻蝕速率，即可獲得全部晶面仿真刻蝕速率， 步驟8將當(dāng)前代最優(yōu)個體進(jìn)行再次編碼后進(jìn)行遺傳選擇、交叉和變異，生成下一代種 群Τ(Φ)Χ+1，并返回步驟3。
【文檔編號】G06F17/50GK104462711SQ201410803809
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月22日
【發(fā)明者】幸研, 張輝 申請人:東南大學(xué)