COMSOL 主题日：半导体制造
探索多物理场仿真的无限可能
随着半导体特征尺寸不断缩小，制程的精度要求越来越高，工艺也越来越复杂。多物理场仿真可以帮助工程师和设计人员深入理解制造工艺中涉及的多种物理和化学过程，预测和优化工艺参数，确保精度和稳定性，从而提高产品的质量和可靠性。
欢迎参加 COMSOL 半导体制造主题日活动，与工程师和行业专家一起，了解多物理场仿真在光刻、沉积、刻蚀、CMP 等半导体制造工艺中的应用。活动内容将涉及真空系统、等离子体、薄膜沉积、封装和测试等半导体相关主题。来自半导体行业的资深用户还将展示如何基于仿真分析来解决半导体制造过程中遇到的工程问题。
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日程安排
半导体制程中涉及到多种复杂的物理过程，COMSOL Multiphysics® 多物理场仿真软件已被广泛应用于半导体工艺的设计和优化。在本环节中，我们将综合介绍 COMSOL 在半导体制程中的应用。
中微半导体设备（上海）股份有限公司，严佑锐凌
CVD（chemical vapor deposition，化学气相沉积）是半导体制造过程中的一项重要工艺，涉及传热、流动、化学反应等多种物理现象的耦合。温度是工艺过程中的关键影响因素，因此对升温过程的控制是设备开发进程中的重要一环。
借助 COMSOL 的 LiveLink™ for MATLAB® 接口，建立起基于物理模型的 Virtual Chamber，实现了 CFD 模型与控制系统的联合仿真，在控制器的设计与改进、设备结构的优化、工艺结果的调整等方面发挥重要作用。
上海集成电路材料研究院，刘奕然
化学机械抛光（CMP） 是先进半导体制造中实现全局平坦化的重要工艺，详细地研究和了解可能影响局部抛光率的每个因素非常重要。
对保持环的结构进行优化是提高 CMP 工艺质量的方法之一。本报告介绍了使用 COMSOL 中的流体-颗粒相互作用耦合接口建立的二维计算流体力学-离散元法（CFD-DEM）模型，展示了保持环凹槽设计对抛光液磨粒运动的影响。
湖北九峰山实验室，熊国栋
异质外延过程中应力的合理调控对外延片质量起着至关重要的作用。本报告从实际 GaN 外延制备工艺出发，基于 COMSOL Multiphysics® 多物理场仿真软件，构建 GaN 外延片制备的三维模型，结合“多层壳结构”设置，同时添加“固体力学”，“热应力”等接口，对多物理场耦合状态下的三维模型进行热力场、导热性能的综合研究，获取优化后的工艺参数，为后期实验提供理论指导。
等离子体反应器常用于半导体器件加工中的表面反应过程。对于等离子体反应器的理解、设计和性能预测，建模和仿真起到了关键的作用。
COMSOL Multiphysics®软件中的等离子体模块为各类反应器仿真提供了多种功能，包括 ICP、CCP、ICP/CCP、DC 和微波激发反应器等。这些功能可在一维、二维和三维环境中对流体力学、反应工程学、物理动力学、传热学、传质学和电磁学进行仿真，适用于瞬态模型和稳态模型。
在本环节中，您将了解等离子体模块的独特功能，并了解如何将这些功能应用于等离子体反应器仿真。
良好的封装可以为半导体器件提供机械支撑与保护，实现与外部电路的连接，并改善其在工作中的散热性能。先进封装的设计需要考虑电、热、力、湿等多种物理效应的综合影响。例如，器件工作时的产热与散热、温度变化带来的热应力与热疲劳、工艺过程的残余应力、长期湿度环境引发的材料吸湿膨胀、多层结构的翘曲变形与脱层失效，等等。您可以使用 COMSOL Multiphysics® 对先进封装中的这些多物理场耦合问题进行仿真，评估其力学可靠性以及电气性能，优化封装设计与工艺。
在本环节中，我们将介绍如何使用 COMSOL Multiphysics® 对封装和测试中的关键问题进行建模与仿真。
薄膜沉积作为半导体制程中的关键工艺步骤之一，包含物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD）等不同方法，涉及真空、蒸发、高温、等离子体、化学反应等多种物理现象，且相互之间存在很强的影响。COMSOL 多物理场仿真能够帮助工程师预测不同的工况条件和工艺参数下薄膜生长的均匀性与质量，优化设计方案，提高产品性能。
在本环节中，我们将介绍 COMSOL 在 PVD/CVD 工艺模拟中的应用及相关功能，并提供案例演示，让您直观地了解如何使用 COMSOL 软件来分析这些问题。
在半导体加工过程的设计和优化中，传热是一个关键因素，需要在高保真模型中仔细考虑。由于这些过程通常发生在高温和低压条件下，因此在模型中考虑辐射传热至关重要。
COMSOL Multiphysics® 提供了先进的功能，可精确描述具有温度或方向依赖特性的表面对表面辐射，其中可以模拟漫反射和混合漫反射-镜面表面等各种反射面，还提供了用于半透明介质中辐射的预定义接口，包括参与介质、吸收和散射介质以及吸收介质中的光束等。此外，COMSOL 还提供了将传热和其他物理场（如流体流动、电磁场和相场）耦合的独特功能。
在本环节中，我们将介绍热辐射的建模与仿真，包括具有独立波段辐射光谱、反射表面和参与介质的模型。
半导体制程中包括沉积、刻蚀等环节都涉及到真空环境。多物理场仿真可用于理解并预测真空系统中的流动、粒子传输、传热等物理过程。然而，基于纳维-斯托克斯方程的传统 CFD 方法无法准确描述加工腔室内部的超高真空气体环境。专为高度稀薄气体流动仿真而开发的分子流模块可完美地解决这一问题，其中还包含了将稀薄气流与温度和电磁场等其他物理现象耦合的独特仿真功能。
在本环节中，我们将对分子流模块的功能进行概述，并讲解如何借助 COMSOL 分析真空环境中的常见问题。
在使用晶圆加工半导体器件时，晶圆的质量直接影响半导体器件的性能。一块完美的晶圆需要经历晶体生长、切割、化学机械抛光等多道工序，为了从源头上控制晶圆的质量，我们必须对晶体生长过程做出严格的控制，避免在此过程中引入杂质和位错等缺陷。目前业界主流的晶体生长方法主要是熔体法和外延法两种，这些工艺都是一些复杂的多物理场耦合过程，包括且不限于流场、传热、物质传递、电磁场等，COMSOL 的多物理场耦合仿真能力适用于模拟这种复杂的耦合问题。
本环节，我们将分别介绍这两种典型的晶体生长方法中的物理过程，并通过典型示例为希望进行此类仿真的用户提供参考。
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