(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211130715.X (22)申请日 2022.09.16 (71)申请人 北京积元 科技有限公司 地址 100029 北京市怀柔区雁栖经济开发 区雁栖大街13号3层 (72)发明人 曹秀明　葛凡　 (74)专利代理 机构 北京孚睿湾知识产权代理事 务所(普通 合伙) 11474 专利代理师 梁冰 (51)Int.Cl. G16C 10/00(2019.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 原子级尺度低温等离子体表面过程仿真模 拟的方法 (57)摘要 本发明可以对在半导体 芯片制造过程中， 最 小特征工艺尺度在几个原子范围内的物理过程、 化学反应过程和表面过程进行快速、 准确的计算 仿真。 本发明的方法包括以下步骤： S1， 确定芯片 制造工艺的微观粒子模型与原子级分子反应动 力学模型； S2， 根据工艺过程涉及的区域的大小 和几何形状确定工艺过程仿真的空间几何区域， 接下来在区域上进行网格划分； S3， 根据S2步骤 确定的原子级计算仿真区域和粒子计算仿真区 域， 分别采用分子反应动力学方法和传统粒子模 拟计算方法进行分区仿真计算， 并在两种计算方 法的交界区域进行不同模型算法之间的数据交 互。 权利要求书2页 说明书6页 附图1页 CN 115440306 A 2022.12.06 CN 115440306 A 1.一种原子级尺度低温等离子体表面过程仿真模拟的方法， 其特征在于， 包括以下步 骤： 模型匹配步骤S1： 确定芯片制造工艺的微观粒子模型计算方法与原子级分子反应动力 学模型计算方法， 其中， 微观粒子模型参数包括模型体系中包含的粒子种类、 电量、 粒子间 的碰撞截面、 化学反应截面、 原子级模 型中包含的原子种类、 描述原子之 间相互作用的反应 力场种类； 空间划分步骤S2： 根据工艺过程涉及的区域的大小和几何形状确定工艺过程仿真的空 间几何区域， 然后在区域上进 行网格划分， 其中， 基于仿 真模拟的区域的大小与几何形状进 行网格划分； 交互计算步骤S3： 根据S2步骤确定的原子级计算仿真区域和粒子计算仿真区域， 分别 采用分子反应动力学方法和传统粒子模拟计算方法进 行分区仿 真计算， 并在两种计算方法 的交界区域进行不同模型算法 之间的数据交 互。 2.根据权利要求1所述的原子级尺度低温等离子体表面过程仿真模拟的方法， 其特征 在于， 步骤S 3中， 两种计算方法的交界区域进 行不同模型算法之间的数据交互方法包括： 在 交界区内由粒子计算模型计算得出 的气压、 温度、 原子能量状态等参数可以采用加权的方 式实时地传递给与之相邻的原子级计算模型。 3.根据权利要求1所述的原子级尺度低温等离子体表面过程仿真模拟的方法， 其特征 在于， 步骤S 3中， 两种计算方法的交界区域进 行不同模型算法之间的数据交互方法包括： 由 原子级计算模拟得出的碰撞截面和速率分布等参量， 经由交界区域 实时传递给与之相 邻的 粒子计算模型。 4.根据权利要求1所述的原子级尺度低温等离子体表面过程仿真模拟的方法， 其特征 在于， 步骤S2中， 基于仿 真模拟的区域的大小与几何形状进 行网格划分的方法为： 采用分区 网格剖分的法， 具体方法如下： 在工艺特征尺度为1纳米以下的区域， 划分的网格单元几何尺寸应小于0.1纳米， 在此 区域采用原子级的计算方式进行仿真； 在工艺特征尺度大于1纳米以上的区域， 划分网格单元的几何尺寸应大于0.5纳米， 在 此区域采用传统粒子模拟的方式进行仿真； 在不同工艺特征尺度的交界区域， 设置过渡区， 过渡区的大小为0.5—1纳米之间， 在过 渡区采用非均匀网格划分的方式； 过渡区内由较小网格向较大网格过渡的方式可以采用等 比例过渡或等差过渡。 5.根据权利要求1所述的原子级尺度低温等离子体表面过程仿真模拟的方法， 其特征 在于， 步骤S1中， 微观粒子模型的计算方法为， 跟踪大量超粒子的运动轨迹， 再对超粒子做 统计平均， 进 而得出模型中各类粒子的时空演化 规律的方法， 其中， 对于各种类粒子之间的相互碰撞过程， 其计算方法为， 总的碰撞概 率为： PT＝1‑exp(‑νmaxΔt)                       (1) 其中νmax＝ngmax( σT( ε )v)， σT为碰撞的总截面σT＝∑jσj( ε )， σj( ε )为单个碰撞的截 面； 在 确定了碰撞的总概率之后， 还需要进一步确定每个粒子发生碰撞的类型， 其具体方法如下： 设发生某种单个碰撞的概率为 由于所有单个碰撞概率的和为1， 在[0,1]区间内将权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115440306 A 2区间分为j份， 其宽度大小为Pj， 当需要确定发生何种类型的碰撞时， 在[0,1] 区间选取均匀 分布的随机数， 若其 值落在j区间内则说明发生第j种碰撞； 对于粒子之间的弹性碰撞， 其碰撞后的能量和角度分别为： χ＝arccos(1‑2RN)                 (3) 其中χ为碰撞后的散射角， RN为[0， 1]区间上均匀分布的随机数； 在角方向上碰撞后的 散射角 ψ认为是0到2π上均匀分布的， 有 ψ＝2πRN， 在求得了碰撞后质心系中的角度之后， 可 以利用以下公式计算出 粒子碰撞后在实验坐标系中的运动轨 迹， 其中θ0与 为碰撞前的角度， θ与 为碰撞后的角度。 对于粒子间的激发与电离碰撞， 其 碰撞后的能量 分别为： ε＝ εin‑εexc， ε＝ εin‑εion‑εcre其中εin为碰撞前的能量， εexc为中性气体 的激发态能量， εion为电离能， εcre为电离过程中新生 成粒子的能量； 在求得了碰撞后的粒子 能量之后， 就可以利用式(3)与(4)式求得碰撞后电子运动的轨 迹。 6.根据权利要求1所述的原子级尺度低温等离子体表面过程仿真模拟的方法， 其特征 在于， S1步骤中， 原子级的分子 反应动力学的计算方法中， 应用势 函数来描述原子间的相互 作用关系， 所述势函数包括EAM、 M EAM、 Tersof f、 REBO、 AIREBO、 ReaxF F和COMB。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115440306 A 3