薄膜沉积过程的模拟——针对集成电路中铝膜的沉积

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2、腿莃蒂蚃衿膆莈蚂羁莁蚇蚁肃膄薃蚀膅莀葿蝿袅膂莅螈羇莈芁螈膀膁虿螇衿蒆薅螆羂艿蒁螅肄蒄莇螄膆芇蚆螃袆肀薂袃羈芅蒈袂肁肈莄袁螀芄莀袀羃膇蚈衿肅莂薄袈膇膅蒀袇袇莀莆羇罿膃蚅羆肁荿薁羅膄膁蒇羄袃莇蒃薀肆芀荿薀膈蒅蚈蕿袈芈薄薈羀蒄蒀薇肂芆莆蚆膅聿蚄蚅袄芅薀薄膜沉积过程的模拟——针对集成电路中铝膜的沉积王洪瑞(学号)邓越(学号)全健平(学号)金鹤(学号)渠志光(学号)2002级电子科学与技术专业　　指导老师：胡明教授【摘要】：要生产高密度的半导体器件，重要的一点就是保证铝膜对硅衬底上沟槽的良好沉积。在本文中，我们从原子的角度，利用分子动力学计算和模拟了沉积在带沟槽的硅衬底的铝膜的形貌。其中，着重考

3、虑了入射原子能量和角度，结果发现这两个因素对于薄膜质量有很大的影响。【关键词】：分子动力学；沉积；沟槽【ABSTRACT】：Itisimportantthataluminumfilmsfillthegroovesonsiliconsubstratesifhighdensitydevicesaretobeproduced.Inthispaper,wecalculateandsimulatetheprofilesofdepositedaluminumfilmsongroovedsubtratesonaatomscaleusingamoleculardynamicsmethod.Wepute

4、mphasisontheenergyandangleofsputteredatoms.Asaresult,wefindboththefactorshavegreateffectonthequalityofthegrowedfilms【KEYWORDS】：moleculardynamics;deposition;groove1引言高速计算机的出现引起超大规模集成电路芯片上的期间密度的迅速增大，这使得亚微米级的内部多层互联变得必不可少。为了制造这些亚微米级的互连线，就必须研发出能使铝膜良好地覆盖硅衬底上的沟槽的技术。铝膜的淀积主要有两种方法，真空蒸发法和溅射法。其中溅射法由于较高的入射粒子

5、能量而应用越来越广泛。在溅射过程中有很多参数，如衬底温度，入射能量和角度，沉积速率，基板形貌等等会对沉积薄膜的效果有很大影响，所以需仔细地研究这些因素，并小心地控制，以使沉积效果达到最佳。2建模2.1分子动力学法介绍分子运动学假定原子的运动是由牛顿运动方程决定的。假定绝热近似严格成立时，原子的运动有特定的轨道，其量子效应可以忽略。经典的MD模型根据单个原子与周围原子受到的作用力，计算每个原子的牛顿力学运动轨迹，从而计算原子运动的位置与坐标，又称为计算机模拟经典轨迹法。需要描绘体系中N个粒子的坐标、速度，对于第i个原子的坐标、速度，分析它所受的作用力。分子间的作用力一般可根据经验势得出，

6、常用的势能有雷纳德-琼斯势和摩斯势。对于原子之间的作用，一般采用前者。它可以表示为：(1)那么，其在t时刻的速度与位移（坐标）就可以通过数值积分求出，常用的方法采用Verlet算法。问题的关键在于原子与原子之间的作用势函数与参数的确定以及算法实现。2.2建立模型模型是采用分子动力学方法描述的铝膜在带沟槽的硅衬底上的二维生长。（1）衬底描述：本文中所用的基底是带有沟槽的衬底，如图所示，左右平台处各为18个和15个原子尺寸长，沟槽深度（侧墙）和宽度（底部）各为15个和12个原子尺寸长度。预先淀积3层均匀密排的铝原子，它们保持恒定均匀的温度，在以后的沉积过程中，它们的位置固定不变。由于溅射原

7、子能量较大，当沉积到基底上时，会失去竖直方向上的动能，将能量传给基板，从而引起基板温度略有上升，为简单起见，本模型中忽略此影响。（2）入射原子描述：铝原子的各项固定参数为：质量：44.8*10^(-27)kg;直径：2.8*10^(-10)m;互作用势常数：0.36eV。可控制的参数时能量和角度，这两项分开讨论：（a）竖直入射（角度为0），变换能量的数值，观察沉积效果。（b）斜入射，保持能量恒定，改变入射角度，观察沉积效果。入射原子的初始位置为