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基于CA模型的单晶硅各向异性腐蚀微观模拟

作　者: 周丽玲
导　师: 闫卫平
学　校: 大连理工大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 各向异性腐蚀 MEMS 单晶硅计算机模拟 OpenGL三维技术
分类号: TG172
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

单晶硅各向异性腐蚀技术是MEMS技术的核心工艺之一，精确地对各向异性腐蚀的结果进行计算机模拟，对MEMS工艺水平的提高具有重要的意义。本文在VC环境下，根据3-D动态连续CA算法抽象了硅各向异性腐蚀模型，利用面向对象编程语言实现了用户对图形的灵活操作，利用OpenGL技术实现了图形的绘制和腐蚀过程的三维动态显示，建立了硅各向异性腐蚀的三维动态模拟系统，从微观角度模拟了硅各向异性腐蚀的动态过程。本文首先分别建立了基于静态和动态存储方式单晶硅各向异性腐蚀微观模拟。通过分析单晶硅结构特点，提出了以硅晶胞为最小处理单位的设计思想，采用动静态相结合的方式对原子进行存储操作。根据用户输入腐蚀版图尺寸，系统动态分配二维数组存储原子信息，通过对每个原子信息的分析和判断，完成硅衬底动态腐蚀模拟。在腐蚀算法中，把硅各向异性腐蚀看作硅原子的移除过程，依据原子相邻原子和次相邻原子的数目判断原子所在晶面，根据用户输入的各晶面的腐蚀速率计算原子的生命值，当生命值为0时去除该原子。本系统利用硅晶胞的动态移动描述整个硅衬底腐蚀模拟的全过程，需要的存储空间小，提高了模拟计算的速度。利用本文建立的模拟软件，对硅(100)台面凸角腐蚀中存在的切削问题进行较深入的探讨，设计了三种台面直角结构腐蚀的补偿图形，经实验验证取得了较好的补偿效果，理论分析和实验结果吻合很好。台面三角形和圆形掩膜图形进行腐蚀实验的腐蚀结果与计算机模拟结果完全一致，为复杂图形的补偿设计奠定了良好的基础。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-16
  1.1 问题的提出  8-9
  1.2 硅腐蚀技术  9-11
  1.3 硅各向异性腐蚀模拟技术的研究现状  11-15
  1.4 本课题的主要工作  15-16
2 硅单晶各向异性腐蚀机理及其CA模型  16-25
  2.1 单晶硅的结构特征  16-18
    2.1.1 晶胞、晶面及晶向  16-17
    2.1.2 低指数晶面的结构特性  17-18
  2.2 单晶硅各向异性腐蚀机理  18-21
  2.3 元胞自动机简介  21-23
    2.3.1 一维细胞原动机  22
    2.3.2 二维元胞自动机  22
    2.3.3 三维元胞自动机  22-23
  2.4 硅各向异性腐蚀模拟的CA模型  23-25
    2.4.1 普通CA算法  23
    2.4.2 随机CA算法  23
    2.4.3 连续CA算法  23-24
    2.4.4 动态CA算法  24-25
3 三维动态连续CA模型建立和微观模拟  25-53
  3.1 腐蚀规则的确立  25-26
  3.2 模拟应用软件的选取  26-28
    3.2.1 Visual C++面向对象程序设计  26-27
    3.2.2 OpenGL显示技术  27-28
  3.3 基于静态存储方式的硅各向异性腐蚀模拟  28-34
    3.3.1 硅衬底模型的建立  28-31
    3.3.2 基于静态存储方法的腐蚀算法实现  31-34
  3.4 基于动静态结合的存储方式模拟  34-42
    3.4.1 硅原子的表示方法  35-36
    3.4.2 硅衬底的存储方式  36-38
    3.4.3 腐蚀过程描述  38-42
    3.4.4 腐蚀算法的时空效率  42
  3.5 硅各向异性腐蚀的微观模拟  42-53
    3.5.1 模型参数的输入  42-47
    3.5.2 腐蚀过程的模拟  47
    3.5.3 腐蚀结果显示与保存  47-53
4 台面凸角切削分析及补偿设计  53-72
  4.1 台面直角切削分析和补偿设计  53-58
    4.1.1 台面直角切削模拟分析  53-55
    4.1.2 台面直角切削补偿设计  55-58
  4.2 腐蚀工艺和流程  58-60
    4.2.1 单晶硅氧化  58
    4.2.2 光刻和显影  58-60
  4.3 台面直角补偿微观模拟及实验验证  60-69
    4.3.1 正方形补偿设计验证  60-61
    4.3.2 方形组合的补偿结构设计  61-67
    4.3.3 三角形补偿结构设计  67-69
  4.4 台面非直角切削现象分析  69-72
    4.4.1 五角星掩膜图形实验结果和模拟结果  69-70
    4.4.2 圆形掩膜图形实验分析和模拟验证  70-72
结论  72-74
参考文献  74-77
附录A 程序代码  77-81
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  81-82
致谢  82-83
大连理工大学学位论文版权使用授权书  83

基于CA模型的单晶硅各向异性腐蚀微观模拟

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