薄膜二维淀积过程模拟的边界元胞自动机方法技术

薄膜二维淀积过程模拟的边界元胞自动机方法提供了一种用于薄膜二维淀积过程模拟的边界元胞自动机方法，该方法采用二维的摩尔邻域，在一个薄膜的淀积过程中，根据薄膜淀积过程中不断变化的衬底表面形貌确定各个时间步长时对应的淀积速率，并采用次级时间步长值确定圆形惠更斯波的产生过程；将一个元胞在某一时间步长内被完全淀积后的剩余时间加到下一时间步长用于淀积其相邻元胞，并确定这个元胞的所有邻域内元胞的状态与该元胞的剩余时间值的关系。解决已有薄膜二维淀积过程模拟边界方法难以同时达到初始条件简单、精度高、速度快的要求的问题。可以快速、高精度地模拟薄膜淀积过程，并可以方便地描述由于工艺缺陷产生的复杂边界条件。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术提供了一种用于，属于微电子薄膜淀积过程模拟

技术介绍
随着微机械电子系统(MEMS)和集成电路(IC)器件尺寸的不断缩小，结构日益复杂，MEMS和IC器件加工工艺的优化和控制日益重要。在MEMS和IC的加工过程中，淀积薄膜技术有着广泛的应用，对器件的性能有着重要的影响。开发出合适的工艺模拟软件，快速精确地实现对薄膜淀积加工工艺的模拟，等于有了一个虚拟实验室，这对于提高MEMS的设计和制造技术水平，缩短MEMS产品的设计周期，降低MEMS产品的开发成本，具有重要意义。目前，薄膜二维淀积模拟过程中边界方法主要基于特征轨迹方程(Characteristic trajectory formulation)和等位函数法(Level set function)两种数学方法。两种数学方程都需要大量的运算时间和内存，而且都难于描述由于工艺过程中缺陷产生的复杂边界条件，不能模拟存在缺陷的薄膜淀积过程。已有的薄膜二维淀积过程边界元胞自动机(cellular automata，CA)方法初始条件较简单，可以模拟存在缺陷的薄膜淀积过程。但是，一个元胞在某一时间步长内被完全淀积后，一般情形是这一时间步长还有剩余时间，已有的边界元胞自动机方法忽略这些剩余时间，影响了模拟结果的精度。因而这种方法不能满足MEMS和IC工艺模拟日益提高的精度要求。
技术实现思路
技术问题本专利技术的目的是提供一种用于，解决已有薄膜二维淀积过程模拟边界方法难以同时达到初始条件简单、精度高、速度快的要求的问题。可以快速、高精度地模拟薄膜淀积过程，并可以方便地描述由于工艺缺陷产生的复杂边界条件。技术方案本专利技术中元胞自动机采用摩尔邻域，将衬底细分成小的正方形组成的阵列，每个正方形作为元胞自动机的一个元胞。在某一时刻，元胞的状态定义为此时元胞中淀积材料面积与整个元胞面积的比值。在薄膜淀积模拟过程中，表面元胞被视为惠更斯源，这些惠更斯源根据淀积速率不断的产生圆形惠更斯波，这些惠更斯波形成的封闭区域就是经过一段时间后淀积得到的淀积材料层。一个元胞作为惠更斯源的条件是该元胞已经被淀积材料填满或者是该元胞是衬底元胞，并且该元胞至少有一个邻域内的元胞没有被淀积材料填满。薄膜淀积过程中，作为惠更斯源的表面元胞会不断地变化。本方法的基本步骤如下(1)输入将在其表面淀积薄膜的衬底的尺寸和形状，根据刻蚀模拟精度要求将衬底细分成小正方形组成的阵列，并采用二维矩阵来代表阵列，确定淀积薄膜材料、淀积工艺条件信息和总的淀积时间；(2)根据衬底的尺寸和形状，以及一个元胞作为惠更斯源的条件，产生表面元胞数组及指向表面元胞数组的指针数组，这些元胞数组就是最初的惠更斯源，且其对应的时间补偿值的初始值都为0；(3)根据淀积薄膜材料、淀积工艺条件信息确定作为不同惠更斯源的表面元胞对应的淀积速率，根据表面元胞的淀积速率大小，确定边界推进的时间步长值和次级时间步长值，进而确定当前时间步长表面元胞的淀积过程，产生圆形惠更斯波，在各元胞淀积过程中确定相应元胞对应的时间补偿值；(4)根据规则产生新的表面元胞数组，指向表面元胞数组的指针数组也随之更新；(5)根据上一时间步长计算得到的表面元胞数组，以及淀积得到的新的衬底形貌，重新确定作为不同惠更斯源的表面元胞对应的淀积速率，然后根据表面元胞的淀积速率大小，确定边界推进的时间步长值和次级时间步长值，进而确定当前时间步长表面元胞的淀积过程，产生圆形惠更斯波，在各元胞淀积过程中，确定对应的时间补偿值，这样重复薄膜的淀积过程，直到给定的淀积总时间结束。纵观本专利技术的技术实现过程，如果在当前时间步长内一个元胞的被完全淀积，通过将该时间步长完全淀积该元胞后剩余的时间补偿到下一时间步长用于该元胞邻域内元胞的淀积过程计算，提高了模拟精度。本专利技术不同于已有的，该方法在一定程度上解决了已有边界方法难以同时达到快速、高精度要求的问题。本文提出的薄膜淀积过程模拟的边界元胞自动机方法主要具有以下特征一、采用二维的摩尔邻域，在计算某一个薄膜的淀积过程时，根据薄膜淀积过程中不断变化的衬底形貌确定各个时间步长时对应的淀积速率，并采用次级时间步长值确定圆形惠更斯波的产生过程。二、一个元胞在某一时间步长内被完全淀积后，这一时间步长还可能有剩余时间，本专利技术没有忽略这些剩余时间，而是将这一剩余时间加到下一时间步长用于淀积其相邻元胞，并确定这个元胞的所有邻域内元胞的状态与该元胞的剩余时间值的关系，因而本专利技术具有较高的精度。满足以上两个条件的元胞自动机方法即该视为该。有益效果本专利技术解决了已有薄膜二维淀积过程模拟边界方法难以同时达到初始条件件简单，精度高，速度快的要求的问题。可以快速、高精度地模拟薄膜二维淀积过程，并可以方便地描述由于工艺缺陷产生的复杂边界条件。在Pentium III/833MHz机器上成功实现了薄膜淀积过程的模拟，模拟结果与实验结果一致。这对于实现MEMS和IC中薄膜二维淀积过程的高精度模拟具有实用意义。本专利技术在计算某一个薄膜的淀积过程时，根据薄膜淀积过程中不断变化的衬底表面形貌确定各个时间步长时对应的淀积速率，并采用次级时间步长值计算圆形惠更斯波的产生过程。一个元胞在某一时间步长内被完全淀积后，这一时间步长还可能有剩余时间，本专利技术没有忽略这些剩余时间，而是将这一剩余时间加到下一时间步长用于淀积其相邻元胞，并确定这个元胞的所有邻域内元胞的状态与该元胞的剩余时间值的关系，因而具有较高的精度。基于以上特点，本专利技术具有运算速度快、精度高的优点。本专利技术对于实现MEMS和IC中薄膜淀积过程的高精度模拟具有实用意义。附图说明图1是元胞自动机的二维摩尔邻域示意图。图2是元胞淀积过程的时间补偿过程示意图。图3是元胞产生圆形惠更斯波及圆形惠更斯波相互交叠形成淀积材料边界的示意图。其中a为旧边界，b为新边界。图4是用边界元胞自动动机方法模拟薄膜淀积过程的模拟结果，其中图4a和图4b对应于不同的淀积时间。图5是用边界元胞自动动机方法模拟存在缺陷的薄膜淀积过程得到的模拟结果，其中图5a和图5b对应于不同的淀积时间。具体实施方案本专利技术中元胞自动机采用如附图1所示的二维摩尔邻域，并利用相应的二维矩阵来模拟淀积过程。将要衬底细分成小的边长为a的正方形组成的阵列，每个正方形作为CA的一个元胞。在某一时刻t，元胞的状态Ci，j(t)定义为此时元胞中淀积材料面积Ain(t)与整个元胞面积At的比值Ci,j(t)=Ain(t)At----(1)]]>在薄膜淀积模拟过程中，表面元胞被视为惠更斯源，这些惠更斯源根据淀积速率不断的产生圆形惠更斯波，这些惠更斯波形成的封闭区域就是经过一段时间后淀积得到的淀积材料层。本方法的基本步骤如下(1)输入将在其表面淀积薄膜的衬底的尺寸和形状，根据刻蚀模拟精度要求将衬底细分成小正方形组成的阵列，并采用二维矩阵来代表阵列，确定淀积薄膜材料、淀积工艺条件信息和总的淀积时间t；(2)根据衬底的尺寸和形状，以及一个元胞作为惠更斯源的条件，产生表面元胞数组及指向表面元胞数组的指针数组，一个元胞作为惠更斯源的条件是该元胞已经被淀积材料填满或者是该元胞是衬底元胞，并且该元胞至少有一个邻域内的元胞没有被淀积材料填满。这些元胞数组就是最初的惠更斯源，且其对应的时间补偿值Tc(0)的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种薄膜二维淀积过程模拟的边界元胞自动机方法，其特征在于：采用二维的摩尔邻域，在一个薄膜的淀积过程中，根据薄膜淀积过程中不断变化的衬底表面形貌确定各个时间步长时对应的淀积速率，并采用次级时间步长值确定圆形惠更斯波的产生过程；将一个元胞在某一时间步长内被完全淀积后的剩余时间加到下一时间步长用于淀积其相邻元胞，并确定这个元胞的所有邻域内元胞的状态与该元胞的剩余时间值的关系。

【技术特征摘要】
1.一种薄膜二维淀积过程模拟的边界元胞自动机方法，其特征在于采用二维的摩尔邻域，在一个薄膜的淀积过程中，根据薄膜淀积过程中不断变化的衬底表面形貌确定各个时间步长时对应的淀积速率，并采用次级时间步长值确定圆形惠更斯波的产生过程；将一个元胞在某一时间步长内被完全淀积后的剩余时间加到下一时间步长用于淀积其相邻元胞，并确定这个元胞的所有邻域内元胞的状态与该元胞的剩余时间值的关系。2.根据权利要求1所述的薄膜二维淀积过程模拟的边界元胞自动机方法，其特征在于本方法的基本步骤如下a、输入将在其表面淀积薄膜的衬底的尺寸和形状，根据刻蚀模拟精度要求将衬底细分成小正方形组成的阵列，并采用二维矩阵来代表阵列，确定淀积薄膜材料、淀积工艺条件信息和总的淀积时间；b、根据衬底的尺寸和形状，以及一个元胞作为惠更斯源的条件，产生表面元胞数组及指向表面元胞数组的指...

【专利技术属性】
技术研发人员：周再发，黄庆安，李伟华，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]