專利名稱：一種用于硅各向異性腐蝕過(guò)程模擬的元胞自動(dòng)機(jī)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供了一種用于硅各向異性腐蝕過(guò)程模擬的元胞自動(dòng)機(jī)方法，屬于硅各向異性腐蝕過(guò)程模擬技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
硅的各向異性腐蝕技術(shù)是指在硅的腐蝕過(guò)程中，硅的不同晶面具有不同的腐蝕速率，它是微機(jī)械電子系統(tǒng)(MEMS)加工的主體工藝之一。實(shí)現(xiàn)硅各向異性腐蝕過(guò)程模擬可以有效地優(yōu)化MEMS結(jié)構(gòu)和工藝，減少試制成本，還可以縮短設(shè)計(jì)周期，增強(qiáng)產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
目前硅的各向異性腐蝕過(guò)程模擬的方法基本上可以分為兩類幾何方法和元胞自動(dòng)機(jī)方法。隨著計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度的提高及MEMS結(jié)構(gòu)變得日漸復(fù)雜，元胞自動(dòng)機(jī)方法以其高精度和三維處理能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，逐漸成為硅的各向異性腐蝕模擬的常用方法。
但是目前的元胞自動(dòng)機(jī)方法一般只能考慮三個(gè)低密勒指數(shù)晶面，只有少數(shù)可以在此基礎(chǔ)上多考慮一個(gè)高密勒指數(shù)晶面((311)晶面)。因而現(xiàn)有的元胞自動(dòng)機(jī)方法模擬精度不高，隨著MEMS器件的尺寸日益縮小，已有的元胞自動(dòng)機(jī)方法已不能滿足MEMS器件精度要求不斷提高的要求。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明的目的是提供一種用于硅各向異性腐蝕過(guò)程模擬的元胞自動(dòng)機(jī)方法，解決已有硅各向異性腐蝕過(guò)程模擬的元胞自動(dòng)機(jī)方法難以引入高密勒指數(shù)晶面的問(wèn)題?？梢杂行У囊?120)，(130)，(211)，(311)，(331)，(411)等高密勒指數(shù)晶面。對(duì)于實(shí)現(xiàn)硅各向異性腐蝕過(guò)程的精確模擬，提高M(jìn)EMS設(shè)計(jì)水平具有實(shí)用意義。
技術(shù)方案本發(fā)明中采用硅的晶格結(jié)構(gòu)作為元胞自動(dòng)機(jī)的晶格結(jié)構(gòu)，由一些離散的位于晶格點(diǎn)位置的元胞組成的陣列代表硅襯底，根據(jù)各晶面上表面元胞與其一級(jí)相鄰元胞(直接相連的元胞)的連接狀態(tài)，這些一級(jí)相鄰元胞相對(duì)于腐蝕界面的位置，這些一級(jí)相鄰元胞與二級(jí)相鄰元胞(與一級(jí)相鄰元胞直接相連的元胞)的連接狀態(tài)以及這些二級(jí)相鄰元胞相對(duì)于腐蝕界面的位置，確定該表面元胞所在晶面。使得本發(fā)明可以有效地確定腐蝕過(guò)程中出現(xiàn)的(120)，(130)，(211)，(311)，(331)，(411)等高密勒指數(shù)晶面，提高模擬精確。此外，模擬過(guò)程中只處理與腐蝕液接觸的表面元胞以提高模擬系統(tǒng)的運(yùn)算速度。
本發(fā)明的硅各向異性腐蝕過(guò)程模擬的元胞自動(dòng)機(jī)方法滿足以下條件采用硅的晶格結(jié)構(gòu)作為元胞自動(dòng)機(jī)的晶格結(jié)構(gòu)，根據(jù)一個(gè)表面元胞與其一級(jí)相鄰元胞的連接狀態(tài)及這些一級(jí)相鄰元胞相對(duì)于腐蝕界面的位置，這些一級(jí)相鄰元胞與二級(jí)相鄰元胞的連接狀態(tài)及這些二級(jí)相鄰元胞相對(duì)于腐蝕界面的位置，來(lái)確定該表面元胞所在晶面，該方法的基本步驟如下a)、確定襯底的尺寸和晶向，采用硅的晶格結(jié)構(gòu)作為元胞自動(dòng)機(jī)的晶格結(jié)構(gòu)，根據(jù)模擬精度的要求將襯底細(xì)分成小元胞組成的陣列；b)、根據(jù)腐蝕的初始條件，確定襯底表層元胞中與腐蝕液接觸的元胞即表面元胞；c)、根據(jù)一個(gè)表面元胞與其一級(jí)相鄰元胞的連接狀態(tài)及這些一級(jí)相鄰元胞相對(duì)于腐蝕界面的位置，這些一級(jí)相鄰元胞與二級(jí)相鄰元胞的連接狀態(tài)及這些二級(jí)相鄰元胞相對(duì)于腐蝕界面的位置，來(lái)確定該表面元胞所在晶面。根據(jù)這些晶面所對(duì)應(yīng)的腐蝕速率腐蝕這些襯底表層元胞中的表面元胞；d)、重新確定表面元胞及這些表面元胞所在的晶面，根據(jù)這些晶面所對(duì)應(yīng)的腐蝕速率腐蝕這些表面元胞。當(dāng)有些表面元胞中被完全腐蝕時(shí)，根據(jù)元胞的連接規(guī)則，確定襯底內(nèi)部元胞中的新暴露到腐蝕液中的表面元胞。然后在下一時(shí)間步長(zhǎng)，重新確定表面元胞及其所在晶面，根據(jù)這些晶面所對(duì)應(yīng)的腐蝕速率腐蝕這些表面元胞；這樣重復(fù)硅襯底的腐蝕過(guò)程，直到給定的腐蝕總時(shí)間結(jié)束。
縱觀本發(fā)明的技術(shù)實(shí)現(xiàn)過(guò)程，發(fā)明了一種用于硅各向異性腐蝕過(guò)程模擬的新元胞自動(dòng)機(jī)方法，可以解決已有硅各向異性腐蝕過(guò)程模擬的元胞自動(dòng)機(jī)方法難以引入高密勒指數(shù)晶面的問(wèn)題?？梢杂行У囊敫g過(guò)程中出現(xiàn)的(120)，(130)，(211)，(311)，(331)，(411)等高密勒指數(shù)晶面。對(duì)于提高硅各向異性腐蝕過(guò)程的模擬精度，提高M(jìn)EMS設(shè)計(jì)水平具有實(shí)用意義。
本發(fā)明不同于已有的硅各向異性腐蝕過(guò)程模擬的元胞自動(dòng)機(jī)方法，該方法根據(jù)一個(gè)表面元胞與其一級(jí)相鄰元胞的連接狀態(tài)及這些一級(jí)相鄰元胞相對(duì)于腐蝕界面的位置，這些一級(jí)相鄰元胞與二級(jí)相鄰元胞的連接狀態(tài)及這些二級(jí)相鄰元胞相對(duì)于腐蝕界面的位置，來(lái)確定該表面元胞所在晶面，然后根據(jù)各晶面的腐蝕速率腐蝕各晶面上的元胞。本發(fā)明提出的硅各向異性腐蝕過(guò)程模擬的元胞自動(dòng)機(jī)方法主要具有以下特征一、采用硅的晶格結(jié)構(gòu)作為元胞自動(dòng)機(jī)的晶格結(jié)構(gòu)，根據(jù)一個(gè)表面元胞與其一級(jí)相鄰元胞的連接狀態(tài)及這些一級(jí)相鄰元胞相對(duì)于腐蝕界面的位置，這些一級(jí)相鄰元胞與二級(jí)相鄰元胞的連接狀態(tài)及這些二級(jí)相鄰元胞相對(duì)于腐蝕界面的位置，來(lái)確定該表面元胞所在晶面，然后根據(jù)各晶面的腐蝕速率腐蝕各晶面上的元胞。本發(fā)明可以有效的引入腐蝕過(guò)程中出現(xiàn)的(120)，(130)，(211)，(311)，(331)，(411)等高密勒指數(shù)晶面，因而本發(fā)明具有較高的精度。
滿足以上條件的方法即該視為該硅各向異性腐蝕過(guò)程模擬的元胞自動(dòng)機(jī)方法。
有益效果本發(fā)明解決了已有硅各向異性腐蝕過(guò)程模擬的元胞自動(dòng)機(jī)方法難以引入高密勒指數(shù)晶面的問(wèn)題。根據(jù)一個(gè)表面元胞與其一級(jí)相鄰元胞的連接狀態(tài)及這些一級(jí)相鄰元胞相對(duì)于腐蝕界面的位置，這些一級(jí)相鄰元胞與二級(jí)相鄰元胞的連接狀態(tài)及這些二級(jí)相鄰元胞相對(duì)于腐蝕界面的位置，來(lái)確定該表面元胞所在晶面，然后根據(jù)各晶面的腐蝕速率腐蝕各晶面上的元胞?？梢杂行У囊敫g過(guò)程中出現(xiàn)的(120)，(130)，(211)，(311)，(331)，(411)等高密勒指數(shù)晶面。在Pentium III/833MHz機(jī)器上成功實(shí)現(xiàn)了硅各向異性腐蝕過(guò)程的模擬，模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致，這對(duì)于提高M(jìn)EMS設(shè)計(jì)水平具有重要的實(shí)用意義。
基于以上特點(diǎn)，本發(fā)明具有精度高的優(yōu)點(diǎn)。這對(duì)于有效地實(shí)現(xiàn)硅各向異性腐蝕過(guò)程精確模擬具有實(shí)用意義。


圖1是本發(fā)明元胞自動(dòng)機(jī)的晶格結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明根據(jù)一個(gè)表面元胞與其一級(jí)相鄰元胞的連接狀態(tài)及這些一級(jí)相鄰元胞相對(duì)于腐蝕界面的位置，這些一級(jí)相鄰元胞與二級(jí)相鄰元胞的連接狀態(tài)及這些二級(jí)相鄰元胞相對(duì)于腐蝕界面的位置，來(lái)確定(311)晶面上表面元胞的示意圖。a表示(311)晶面的表面元胞，b表示襯底內(nèi)部元胞。
圖3是本發(fā)明根據(jù)一個(gè)表面元胞與其一級(jí)相鄰元胞的連接狀態(tài)及這些一級(jí)相鄰元胞相對(duì)于腐蝕界面的位置，這些一級(jí)相鄰元胞與二級(jí)相鄰元胞的連接狀態(tài)及這些二級(jí)相鄰元胞相對(duì)于腐蝕界面的位置，來(lái)確定(331)晶面上表面元胞的示意圖。c表示(311)晶面的表面元胞，b表示襯底內(nèi)部元胞。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明中采用二硅的晶格結(jié)構(gòu)作為元胞自動(dòng)機(jī)的晶格結(jié)構(gòu)，如附圖1所示。根據(jù)一個(gè)表面元胞與其一級(jí)相鄰元胞的連接狀態(tài)及這些一級(jí)相鄰元胞相對(duì)于腐蝕界面的位置，這些一級(jí)相鄰元胞與二級(jí)相鄰元胞的連接狀態(tài)及這些二級(jí)相鄰元胞相對(duì)于腐蝕界面的位置，來(lái)確定該表面元胞所在晶面，然后根據(jù)各晶面的腐蝕速率腐蝕各晶面上的元胞。本發(fā)明可以有效的引入腐蝕過(guò)程中出現(xiàn)的(120)，(130)，(211)，(311)，(331)，(411)等高密勒指數(shù)晶面，因而本發(fā)明具有較高的精度。該方法滿足以下條件用硅的晶格結(jié)構(gòu)作為元胞自動(dòng)機(jī)的晶格結(jié)構(gòu)，根據(jù)一個(gè)表面元胞與其一級(jí)相鄰元胞的連接狀態(tài)及這些一級(jí)相鄰元胞相對(duì)于腐蝕界面的位置，這些一級(jí)相鄰元胞與二級(jí)相鄰元胞的連接狀態(tài)及這些二級(jí)相鄰元胞相對(duì)于腐蝕界面的位置，來(lái)確定該表面元胞所在晶面，然后根據(jù)各晶面的腐蝕速率腐蝕各晶面上的元胞。本方法的基本步驟如下(1)輸入襯底的尺寸和晶向，根據(jù)腐蝕模擬精度要求將襯底細(xì)分成小元胞組成的陣列，并采用三維矩陣來(lái)代表元胞陣列，確定腐蝕模擬的工藝條件信息和總的腐蝕時(shí)間；(2)根據(jù)腐蝕的初始條件，確定襯底表層元胞中與腐蝕液接觸的元胞即表面元胞；(3)根據(jù)一個(gè)表面元胞與其一級(jí)相鄰元胞的連接狀態(tài)及這些一級(jí)相鄰元胞相對(duì)于腐蝕界面的位置，這些一級(jí)相鄰元胞與二級(jí)相鄰元胞的連接狀態(tài)及這些二級(jí)相鄰元胞相對(duì)于腐蝕界面的位置，來(lái)確定該表面元胞所在晶面。根據(jù)這些晶面所對(duì)應(yīng)的腐蝕速率腐蝕這些襯底表層元胞中的表面元胞；當(dāng)有些表面元胞中被完全腐蝕時(shí)，根據(jù)元胞的連接規(guī)則，確定襯底內(nèi)部元胞中的新暴露到腐蝕液中的表面元胞。例如，一個(gè)(311)晶面上的表面元胞，與其相連的4個(gè)一級(jí)相鄰元胞中，有2個(gè)一級(jí)相鄰元胞已經(jīng)被完全刻蝕，另外2個(gè)一級(jí)相鄰元胞位于襯底內(nèi)部(沒(méi)有與腐蝕液接觸)。而這2個(gè)未被完全刻蝕的一級(jí)相鄰元胞共有6個(gè)未被完全刻蝕的二級(jí)相鄰元胞，其中4個(gè)是與腐蝕液接觸的表面元胞，2個(gè)是襯底內(nèi)部元胞。圖2是本發(fā)明根據(jù)一個(gè)表面元胞與其一級(jí)相鄰元胞的連接狀態(tài)及這些一級(jí)相鄰元胞相對(duì)于腐蝕界面的位置，這些一級(jí)相鄰元胞與二級(jí)相鄰元胞的連接狀態(tài)及這些二級(jí)相鄰元胞相對(duì)于腐蝕界面的位置，來(lái)確定(311)晶面上表面元胞的示意圖。對(duì)于一個(gè)(331)晶面上的表面元胞，與其相連的4個(gè)一級(jí)相鄰元胞中，有1個(gè)一級(jí)相鄰元胞已經(jīng)被完全刻蝕，另外3個(gè)一級(jí)相鄰元胞中有2個(gè)是與腐蝕液接觸的表面元胞，1個(gè)位于襯底內(nèi)部。而這3個(gè)未被完全刻蝕的一級(jí)相鄰元胞共有7個(gè)未被完全刻蝕的二級(jí)相鄰元胞，其中4個(gè)是與腐蝕液接觸的表面元胞，3個(gè)是襯底內(nèi)部元胞。圖3是本發(fā)明根據(jù)一個(gè)表面元胞與其一級(jí)相鄰元胞的連接狀態(tài)及這些一級(jí)相鄰元胞相對(duì)于腐蝕界面的位置，這些一級(jí)相鄰元胞與二級(jí)相鄰元胞的連接狀態(tài)及這些二級(jí)相鄰元胞相對(duì)于腐蝕界面的位置，來(lái)確定(331)晶面上表面元胞的示意圖。c表示(311)晶面的表面元胞，b表示襯底內(nèi)部元胞。
(4)重新確定表面元胞及這些表面元胞所在的晶面，根據(jù)這些晶面所對(duì)應(yīng)的腐蝕速率腐蝕這些表面元胞。當(dāng)有些表面元胞中被完全腐蝕時(shí)，根據(jù)元胞的連接規(guī)則，確定襯底內(nèi)部元胞中的新暴露到腐蝕液中的表面元胞。然后在下一時(shí)間步長(zhǎng)，重新確定表面元胞及其所在晶面，根據(jù)這些晶面所對(duì)應(yīng)的腐蝕速率腐蝕這些表面元胞；這樣重復(fù)硅襯底的腐蝕過(guò)程，直到給定的腐蝕總時(shí)間結(jié)束。
我們已成功地在PentiumIII/833MHz機(jī)器上編程實(shí)現(xiàn)了硅各向異性腐蝕過(guò)程的模擬，模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致，這對(duì)于提高硅各向異性腐蝕模擬的精度具有實(shí)用意義。
權(quán)利要求
1.一種硅各向異性腐蝕過(guò)程模擬的元胞自動(dòng)機(jī)方法，其特征在于該方法采用硅的晶格結(jié)構(gòu)作為元胞自動(dòng)機(jī)的晶格結(jié)構(gòu)，根據(jù)一個(gè)表面元胞與其一級(jí)相鄰元胞的連接狀態(tài)及這些一級(jí)相鄰元胞相對(duì)于腐蝕界面的位置，這些一級(jí)相鄰元胞與二級(jí)相鄰元胞的連接狀態(tài)及這些二級(jí)相鄰元胞相對(duì)于腐蝕界面的位置，來(lái)確定該表面元胞所在晶面，該方法的基本步驟如下a).確定襯底的尺寸和晶向，采用硅的晶格結(jié)構(gòu)作為元胞自動(dòng)機(jī)的晶格結(jié)構(gòu)，根據(jù)模擬精度的要求將襯底細(xì)分成小元胞組成的陣列；b).根據(jù)腐蝕的初始條件，確定襯底表層元胞中與腐蝕液接觸的元胞即表面元胞；c).根據(jù)一個(gè)表面元胞與其一級(jí)相鄰元胞的連接狀態(tài)及這些一級(jí)相鄰元胞相對(duì)于腐蝕界面的位置，這些一級(jí)相鄰元胞與二級(jí)相鄰元胞的連接狀態(tài)及這些二級(jí)相鄰元胞相對(duì)于腐蝕界面的位置，來(lái)確定該表面元胞所在晶面，根據(jù)這些晶面所對(duì)應(yīng)的腐蝕速率腐蝕這些襯底表層元胞中的表面元胞；d).重新確定表面元胞及這些表面元胞所在的晶面，根據(jù)這些晶面所對(duì)應(yīng)的腐蝕速率腐蝕這些表面元胞，當(dāng)有些表面元胞中被完全腐蝕時(shí)，根據(jù)元胞的連接規(guī)則，確定襯底內(nèi)部元胞中的新暴露到腐蝕液中的表面元胞，然后在下一時(shí)間步長(zhǎng)，重新確定表面元胞及其所在晶面，根據(jù)這些晶面所對(duì)應(yīng)的腐蝕速率腐蝕這些表面元胞；這樣重復(fù)硅襯底的腐蝕過(guò)程，直到給定的腐蝕總時(shí)間結(jié)束。
全文摘要
硅各向異性腐蝕過(guò)程模擬的元胞自動(dòng)機(jī)方法是硅各向異性腐蝕過(guò)程模擬技術(shù)，該方法采用硅的晶格結(jié)構(gòu)作為元胞自動(dòng)機(jī)的晶格結(jié)構(gòu)，根據(jù)一個(gè)表面元胞與其一級(jí)相鄰元胞的連接狀態(tài)及這些一級(jí)相鄰元胞相對(duì)于腐蝕界面的位置，這些一級(jí)相鄰元胞與二級(jí)相鄰元胞的連接狀態(tài)及這些二級(jí)相鄰元胞相對(duì)于腐蝕界面的位置，來(lái)確定該表面元胞所在晶面；本發(fā)明可以有效地引入硅各向異性腐蝕過(guò)程中出現(xiàn)的高密勒指數(shù)晶面，具有精度高的優(yōu)點(diǎn)。這對(duì)于有效地實(shí)現(xiàn)硅各向異性腐蝕過(guò)程精確模擬具有實(shí)用意義。
文檔編號(hào)G01N17/00GK1837779SQ20061003951
公開(kāi)日2006年9月27日 申請(qǐng)日期2006年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月13日
發(fā)明者周再發(fā), 黃慶安, 李偉華 申請(qǐng)人:東南大學(xué)