稀薄等离子体扩散和相场法耦合助力制备真空微腔的溅射夹具设计

何文龙1, 黄裕翔1, 梁军2, 柯子期1
1深圳大学电子与信息工程学院;射频异质异构集成国家重点实验室
2深圳大学微纳光电子研究院
发布日期 2024

在半导体增材制备的过程中,磁控溅射,使用电离的氩离子轰击靶材形成等离子气团,进而扩散转移到晶圆表面是一种常见的增材加工工艺。许多的MEMS应用和先进封装技术中常会通过偏转靶材和衬底的相对夹角进行溅射镀膜,从而形成特殊的台阶覆盖。传统来说,上述过程的工艺仿真(TCAD)往往是以变形网格耦合定向的靶材通量实现镀膜形貌的仿真;然而,变形网格的方法难以仿真封闭微腔(不连通的新域)形成,定向的靶材流体通量忽略了镀材的扩散运动在背向镀膜侧的镀材沉积。 使用COMSOL Multiphysics,我们提出了一种求解等离子体/稀释气体的流体场通量,再结合相场方法对微腔形成过程中的流固相变界面进行跟踪的溅射成膜仿真方法。对不同角度的各种镀膜夹具进行了模拟和求解,以找到最有效、最可靠的夹具设计。 所提出的微腔可作为高性能MEMS及纳米真空电子器件的单器件级封装,有助于异构器件实现片上集成。附图展示了我们的仿真模型与结果:高效且可靠的镀膜夹具能保证微腔内部结构不被镀材覆盖,而微腔顶部的孔洞形成稳定的固体相。

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