應用于cvd成膜工藝的膜厚流量建模方法及在線優化方法
【專利摘要】本發明公開一種應用于CVD成膜工藝的膜厚與氣體流量的建模方法，包括在基礎工藝條件下獲取測試硅片的基準膜厚；進行多組膜厚調節實驗獲得不同實驗條件下測試硅片的膜厚，其中每組實驗的實驗條件為僅改變基礎工藝條件的工藝氣體流量；以及根據得到的多個測試硅片的膜厚相對于基準膜厚的多個膜厚變化值，以及多個測試硅片的膜厚所對應的氣體流量相對于基礎工藝條件的氣體流量的多個流量變化值，計算得到線性的膜厚流量變化關系模型。本發明還提供了一種膜厚在線優化方法，根據膜厚流量變化關系模型、針對該關系模型設定的限制條件以及目標膜厚與基準膜厚的差值，計算氣體流量的最優變化量。本發明可提高調試效率。
【專利說明】應用于CVD成膜工藝的膜厚流量建模方法及在線優化方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及半導體工藝設備CVD成膜工藝【技術領域】，特別涉及應用于CVD成膜工 藝的膜厚流量建模方法及在線優化方法。
【背景技術】
[0002] 半導體硅片是一種重要的半導體材料，目前普遍采用自動化程度更高、工藝性能 更優異的立式爐設備，對硅片進行批處理工藝，如淀積、氧化和擴散等加工工藝。對于上述 批處理工藝，需要對立式爐內每個硅片的成膜量進行高精度的控制，以使得在工藝結束后 硅片能夠達到目標膜厚，滿足對應的工藝制程。
[0003] 在實際的批處理CVD工藝過程中，每個硅片的膜厚依賴主工藝時設定溫度，工藝 氣體流量，壓力，工藝時間等，也與工藝重復次數和變化的外部因素相關，膜厚的變化對這 些條件的改變十分敏感。而由于影響因素眾多，若每次只根據經驗或直覺去改變某些工藝 參數，難以確保工藝的一致性。因此，對于批處理成膜工藝而言，根據經驗改變工藝參數來 調節膜厚具有相當的盲目性，較難實現。若進行機臺調試，則延長了調試時間，若進行新工 藝研發，則延長了研發時間，均耗費了大量的人力、物力，帶來不可估計的經濟損失，不利于 同型機臺的工藝擴展復用。
【發明內容】
[0004] 本發明的主要目的旨在提供一種膜厚與氣體流量的建模方法以及基于該模型的 膜厚在線優化方法。
[0005] 為達成上述目的，本發明提供一種應用于CVD成膜工藝的膜厚與氣體流量的建模 方法，所述CVD成膜工藝為通過導入工藝氣體在多個半導體硅片的表面形成薄膜，所述建 模方法包括以下步驟：
[0006] Sl :在基礎工藝條件下獲取所述多個半導體硅片中測試硅片的基準膜厚；
[0007] S2:進行多組膜厚調節實驗以獲得不同實驗條件下所述測試硅片的膜厚，其中每 組所述膜厚調節實驗的實驗條件為僅改變所述基礎工藝條件的工藝氣體的氣體流量；以及
[0008] S3:根據得到的多個所述測試硅片的膜厚相對于所述基準膜厚的多個膜厚變化 值，以及多個所述測試硅片的膜厚所對應的氣體流量相對于所述基礎工藝條件的氣體流量 的多個流量變化值，計算得到線性的膜厚流量變化關系模型。
[0009] 優選地，步驟S3中建立的所述線性的膜厚流量變化關系模型表達為：ATK = A FL ? C，其中A TK為膜厚變化值，A FL為工藝氣體的流量變化值，C為膜厚變化值與氣體 流量變化值的關系矩陣。
[0010] 優選地，所述膜厚調節實驗的數量為n，則所述關系矩陣表達為：
【權利要求】
1. 一種應用于CVD成膜工藝的膜厚與氣體流量的建模方法，所述CVD成膜工藝為通過 導入工藝氣體在多個半導體硅片的表面形成薄膜，其特征在于，所述建模方法包括以下步 驟： 51 :在基礎工藝條件下獲取所述多個半導體硅片中測試硅片的基準膜厚； 52 :進行多組膜厚調節實驗以獲得不同實驗條件下所述測試硅片的膜厚，其中每組所 述膜厚調節實驗的實驗條件為僅改變所述基礎工藝條件的工藝氣體的氣體流量；以及 53 :根據得到的多個所述測試硅片的膜厚相對于所述基準膜厚的多個膜厚變化值，以 及多個所述測試硅片的膜厚所對應的氣體流量相對于所述基礎工藝條件的氣體流量的多 個流量變化值，計算得到線性的膜厚流量變化關系模型。
2. 根據權利要求1所述的建模方法，其特征在于，步驟S3中建立的所述線性的膜厚流 量變化關系模型表達為：ΔTK=ΛFL·C，其中ΛTK為膜厚變化值，ΛFL為工藝氣體的流 量變化值，C為膜厚變化值與氣體流量變化值的關系矩陣。
3. 根據權利要求2所述的建模方法，其特征在于，所述膜厚調節實驗的數量為η，則所 述關系矩陣表達為：
其中ΔTKi為第i組所述膜厚調節 實驗所獲得的膜厚變化值，△FLi為第i組所述膜厚調節實驗所采用的工藝氣體的流量變化 值，η為正整數。
4. 根據權利要求3所述的建模方法，其特征在于，所述測試硅片的數量為η，所 述工藝氣體通過η路進氣導入所述多個半導體硅片的表面；第i組所述膜厚調節實 驗的流量變化值AFLi表達為MFLi= [Aflowil,Aflowi2……ΛfIowin];第i組 的所述膜厚調節實驗所獲得的所述測試硅片的膜厚變化值ATKi表達為MTKi = [Δthki； 1；Δthki；2.....Athk^J0
5. 根據權利要求1?4任一項所述的建模方法，其特征在于，所述基準膜厚與所述CVD 成膜工藝的目標膜厚的膜厚差為所述目標膜厚的5 %?10 %。
6. 根據權利要求1?4任一項所述的建模方法，其特征在于，所述線性的膜厚流量變化 關系模型設有限制條件，所述限制條件為所述膜厚變化值所對應的膜厚處于以所述目標膜 厚為中心的區域D內。
7. 根據權利要求6所述的建模方法，其特征在于，所述區域D的半徑小于等于所述CVD 成膜工藝的目標膜厚的5%。
8. -種應用于CVD成膜工藝的膜厚在線優化方法，所述CVD成膜工藝為通過導入工藝 氣體在多個半導體硅片的表面形成薄膜，其特征在于，所述在線優化方法包括以下步驟： 511 :在基礎工藝條件下獲取所述多個半導體硅片中測試硅片的基準膜厚； 512 :進行多組膜厚調節實驗以獲得不同實驗條件下所述測試硅片的膜厚，其中每組所 述膜厚調節實驗的實驗條件為僅改變所述基礎工藝條件的工藝氣體的氣體流量； 513 :根據得到的多個所述測試硅片的膜厚相對于所述基準膜厚的多個膜厚變化值，以 及多個所述測試硅片的膜厚所對應的氣體流量相對于所述基礎工藝條件的氣體流量的多 個流量變化值，計算得到線性的膜厚流量變化關系模型； S14:設定所述膜厚流量變化關系模型的限制條件，并根據所述限制條件、所述CVD成 膜工藝的目標膜厚相對于所述基準膜厚的目標膜厚變化值以及所述膜厚流量變化關系模 型，計算得到相對于所述基礎工藝條件的氣體流量的最優流量變化值。
9. 根據權利要求8所述的膜厚在線優化方法，其特征在于，所述膜厚流量變化關系模 型表達為：ΔTK=ΛFL*C，其中ΛTK為膜厚變化值，ΛFL為工藝氣體的流量變化值，C為 膜厚變化值與氣體流量變化值的關系矩陣。
10. 根據權利要求9所述的膜厚在線優化方法，其特征在于，所述膜厚調節實驗的數量 為η，則所述關系矩陣表達為：
其中ATKi為第i組所述 膜厚調節實驗所獲得的膜厚變化值，AFLi為第i組所述膜厚調節實驗所采用的工藝氣體的 流量變化值，η為正整數。
11. 根據權利要求10所述的膜厚在線優化方法，其特征在于，所述測試硅片的數量為 η，所述工藝氣體通過η路進氣導入所述多個半導體硅片的表面；第i組所述膜厚調節實驗 的流量變化值AFLi表達為AFLi=[Aflowi;1，Aflowi2……ΔfIowin];第i組的所述 膜厚調節實驗所獲得的所述測試硅片的膜厚變化值ATKi表達為： ATKi= [Athkil,Athki2.....Athk^J0
12. 根據權利要求8?11任一項所述的膜厚在線優化方法，其特征在于，所述目標膜厚 變化值為所述目標膜厚的5 %?10 %。
13. 根據權利要求8?11任一項所述的膜厚在線優化方法，其特征在于，所述限制條件 為所述膜厚變化值所對應的膜厚處于以所述目標膜厚為中心的區域D內。
14. 根據權利要求13所述的膜厚在線優化方法，其特征在于，步驟S14包括： 設定所述最優流量變化值的目標函數，其中所述最優流量變化值△FLfttt為滿足所述 限制條件的最小流量變化值，其對應的膜厚變化值為最優膜厚變化值△TKfttt，所述目標函 數表達為：IIΔFL最優II=IIΔTK最優*inv(C)II=MinII(ΔTK目標+δTK)*inv(C)II，其中， 卜II表示范數，ΛTKgs為目標膜厚變化值，變量δTK為所述最優膜厚變化值與目標膜厚 變化值的差值，IIsTKII<r，r為所述區域D的半徑；以及 對所述目標函數求解得到所述變量STK，所述最優膜厚變化值以及所述最優流量變化 值。
15. 根據權利要求14所述的膜厚在線優化方法，其特征在于，所述區域D的半徑小于等 于所述目標膜厚的5%。
16. 根據權利要求8所述的膜厚在線優化方法，其特征在于，還包括： 以步驟S14所得到的所述最優流量變化值調節所述基礎工藝條件的氣體流量作為新 的所述基礎工藝條件的氣體流量，重復進行步驟S12至步驟S14,以不斷迭代更新所述膜厚 流量變化關系模型，并根據更新的所述膜厚流量變化關系模型計算對應的所述最優流量變 化值，以得到所述CVD成膜工藝的理論最優流量變化值并實現所述成膜工藝的膜厚在線優 化調節。
【文檔編號】C23C16/52GK104451608SQ201410730097
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月4日 優先權日:2014年12月4日
【發明者】王艾, 徐冬 申請人:北京七星華創電子股份有限公司