【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及硅外延生長，具體涉及一種硅外延生長膜厚均勻性的工藝優化方法。
技術介紹
1、硅外延生長通常采用硅外延爐進行生長，反應的前驅體通常是sih4或者二氯二氫硅（dcs）等通過h2輸運到反應腔中，通過紅外燈管或者點燈等加熱裝置對晶圓和氣體進行加熱，氣體在晶圓表面進行分解、吸附，生成外延層。對于硅外延來說，其厚度均勻性是考量其外延生長質量的重要指標。在日常的工藝調試過程中，通過各種參數的調節實現外延的均勻生長是工藝工程師的主要工作之一。
2、外延硅的生長速率和溫度、壓力、工藝氣體流量與工藝時間等參數都密切相關。以溫度為例，生長速率和溫度都遵循阿倫尼烏斯曲線，在給定流量的條件下，外延硅在晶圓表面的生長速率主要和對應位置的溫度相關。想要優化晶圓表面外延硅層的膜厚，主要靠調節加熱元件的功率來實現。對于外延反應腔來說，加熱元件往往有很多種，例如條形燈管，或者圓形點燈。通過調節單一燈管的功率，去摸索和優化最佳的燈管功率配比比較困難，需要較多的實驗次數。而且，往往只調單一燈管無法獲得最優的均勻性，需要多根燈管的組合調節來獲得更好的均勻性。
3、在實際操作過程中通常采用doe的方法進行實驗設計，然后計算每組參數的線性響應度，通過這些參數組響應度的線性組合來獲得好的均勻性。這種方法在實驗設計的時候可以一定程度上簡化單一變量調節所需要的實驗組數。但是，對于最優化燈管配比的求解，依然需要很多次的線性組合實驗得到。
4、因此，需要開發一種硅外延生長膜厚均勻性的工藝優化方法，以期縮減實際實驗的需求，以期達到快速調
技術實現思路
1、鑒于現有技術中存在的問題，本專利技術提供了一種硅外延生長膜厚均勻性的工藝優化方法，結合了doe的實驗設計思路，通過確定工藝變量并分別設計i組（i≥3）不同的實驗工藝參數，可以優化實驗測試組數，有效降低了實驗的晶圓和機臺消耗，有效的降低了實驗次數，并實現了最佳均勻性的預測。
2、為達此目的，本專利技術采用以下技術方案：
3、本專利技術的目的在于提供一種硅外延生長膜厚均勻性的工藝優化方法，所述工藝優化方法包括如下步驟：
4、（1）確定基礎條件：準備i個相同的基底，基于化學氣相沉積方法，采用相同的基礎工藝參數，分別在基底上生長si層；
5、（2）設計實驗方案：確定工藝變量，設計i組不同的實驗工藝參數，i≥3，分別在步驟（1）所得的i組si層上進行硅外延生長，分別測量硅外延生長膜厚曲線ai；
6、（3）計算敏感度：將步驟（2）所得硅外延生長膜厚曲線ai進行歸一化處理，分別計算硅外延生長膜厚對i組不同的實驗工藝參數的敏感度，獲得i條敏感度曲線；
7、（4）非線性規劃求解：基于步驟（3）所得i條敏感度曲線，設置（α1，α2，至αi）的一組參數組作為預測參數組，將兩者線性組合，獲得理想膜厚曲線并求解其理想均勻性表征值r理想；
8、（5）實驗驗證：將步驟（4）所述預測參數組與步驟（1）所述基礎工藝參數整合，將所得驗證工藝參數進行實驗驗證，獲得驗證組膜厚曲線并求解其驗證均勻性表征值r驗證；計算對比差值q?=│100%-r驗證/r理想│；若對比差值q滿足要求，符合預測，則驗證工藝參數作為工藝優化組；否則，不符合預測，返回重新建立優化模型。
9、本專利技術所述工藝優化方法結合了doe的實驗設計思路，通過確定工藝變量并分別設計i組（i≥3）不同的實驗工藝參數，有效降低了實驗的晶圓和機臺消耗，在進行第一輪的實驗之后，通過使用python腳本計算非線性規劃計算獲得最佳的參數組，有效的降低了實驗次數，并實現了最佳均勻性的預測；通過這個預測腳本，可以很快知道在對應參數變動下si外延層的最佳均勻性，并根據參數組進行有效調節；如果當前的工藝變量得到的si均勻性無法滿足目標工藝需求，還可以根據這個結果和預測更改或者增加工藝變量重新進行非線性規劃，進行預測。這個預測模型建立外延機臺的虛擬量測，有效的縮減了實際實驗的需求，提供了一種快速調試的解決方案。
10、關于步驟（5），對比差值q?=│100%-r驗證/r理想│是絕對值，若對比差值q滿足要求，符合預測，證明該優化模型可行度高，根據該優化模型給出的預測參數即可獲得在對應的變量條件下最佳均勻性；否則，不符合預測；若偏差較大，證明該優化模型中參數變量的敏感度可行度不高，需要返回至步驟（2），需要重新在預測的最佳均勻性條件下重新進行敏感度數據采集，并重新建立優化模型；若偏差較小，可以返回步驟（4）調整預測參數組的取值。
11、作為本專利技術優選的技術方案，步驟（2）所述工藝變量包括溫度、壓力、工藝氣體流量與工藝時間的任意一種或至少兩種的組合。
12、作為本專利技術優選的技術方案，步驟（2）所述工藝變量為溫度，通過對加熱元件進行分組并調整加熱元件相對于額定功率的功率比例，來設計i組不同的實驗工藝參數；關于加熱元件的分組，往往根據加熱元件的位置關系，尤其是對稱關系，進行劃分。
13、作為本專利技術優選的技術方案，步驟（3）所述歸一化處理包括：將步驟（2）所得硅外延生長膜厚曲線ai分別除以各自的膜厚平均值。
14、作為本專利技術優選的技術方案，步驟（4）所述非線性規劃求解包括：利用sicpy程序包中的非線性規劃求解器，定義變量上下界，并初始化，調用minimize函數，執行優化，求解最小值并輸出優化結果，給出參數條件。
15、作為本專利技術優選的技術方案，理想均勻性表征值r理想、驗證均勻性表征值r驗證均為相應的膜厚曲線的最大值與最小值作差得到的最大差值。
16、作為本專利技術優選的技術方案，步驟（5）中，若對比差值q≤10%，符合預測，得到工藝優化組。
17、作為本專利技術優選的技術方案，步驟（5）中，若滿足10%＜對比差值q＜20%，不符合預測，返回步驟（4）調整預測參數組的具體數值。
18、作為本專利技術優選的技術方案，步驟（5）中，若對比差值q≥20%，不符合預測，返回步驟（2），重新確定工藝變量或增加工藝變量，重新設計i組不同的實驗工藝參數。
19、作為本專利技術優選的技術方案，步驟（5）中，重新確定工藝變量，重新設計i組不同的實驗工藝參數，獲得的對比差值滿足10%＜對比差值q＜20%，返回步驟（4）調整預測參數組的具體數值。
20、與現有技術方案相比，本專利技術至少具有以下有益效果：
21、本專利技術提供了一種硅外延生長膜厚均勻性的工藝優化方法，包括依次進行的確定基礎條件、設計實驗方案、計算敏感度、非線性規劃求解、實驗驗證，最終可以得到工藝優化組，對實際工藝進行優化。本專利技術所述工藝優化方法結合了doe的實驗設計思路，通過確定工藝變量并分別設計i組（i≥3）不同的實驗工藝參數，可以優化實驗測試組數，有效降低了實驗的晶圓和機臺消耗，有效的降低了實驗次數，并實現了最佳均勻性的預測。
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1.一種硅外延生長膜厚均勻性的工藝優化方法，其特征在于，所述工藝優化方法包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的工藝優化方法，其特征在于，步驟（2）所述工藝變量包括溫度、壓力、工藝氣體流量與工藝時間的任意一種或至少兩種的組合。
3.根據權利要求2所述的工藝優化方法，其特征在于，步驟（2）所述工藝變量為溫度，通過對加熱元件進行分組并調整加熱元件相對于額定功率的功率比例，來設計i組不同的實驗工藝參數。
4.根據權利要求1所述的工藝優化方法，其特征在于，步驟（3）所述歸一化處理包括：將步驟（2）所得硅外延生長膜厚曲線Ai分別除以各自的膜厚平均值。
5.根據權利要求1所述的工藝優化方法，其特征在于，步驟（4）所述非線性規劃求解包括：定義變量上下界，并初始化，調用minimize函數，執行優化，求解最小值并輸出優化結果，給出參數條件。
6.根據權利要求1所述的工藝優化方法，其特征在于，理想均勻性表征值R理想、驗證均勻性表征值R驗證均為相應的膜厚曲線的最大值與最小值作差得到的最大差值。
7.根據權利要求1所述的工藝優化方
8.根據權利要求1所述的工藝優化方法，其特征在于，步驟（5）中，若滿足10%＜對比差值Q＜20%，不符合預測，返回步驟（4）調整預測參數組的具體數值。
9.根據權利要求1所述的工藝優化方法，其特征在于，步驟（5）中，若對比差值Q≥20%，不符合預測，返回步驟（2），重新確定工藝變量或增加工藝變量，重新設計i組不同的實驗工藝參數。
10.根據權利要求9所述的工藝優化方法，其特征在于，步驟（5）中，重新確定工藝變量，重新設計i組不同的實驗工藝參數，獲得的對比差值滿足10%＜對比差值Q＜20%，返回步驟（4）調整預測參數組的具體數值或者增加工藝變量。
...【技術特征摘要】
1.一種硅外延生長膜厚均勻性的工藝優化方法，其特征在于，所述工藝優化方法包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的工藝優化方法，其特征在于，步驟（2）所述工藝變量包括溫度、壓力、工藝氣體流量與工藝時間的任意一種或至少兩種的組合。
3.根據權利要求2所述的工藝優化方法，其特征在于，步驟（2）所述工藝變量為溫度，通過對加熱元件進行分組并調整加熱元件相對于額定功率的功率比例，來設計i組不同的實驗工藝參數。
4.根據權利要求1所述的工藝優化方法，其特征在于，步驟（3）所述歸一化處理包括：將步驟（2）所得硅外延生長膜厚曲線ai分別除以各自的膜厚平均值。
5.根據權利要求1所述的工藝優化方法，其特征在于，步驟（4）所述非線性規劃求解包括：定義變量上下界，并初始化，調用minimize函數，執行優化，求解最小值并輸出優化結果，給出參數條件。
6.根據權利要求1所述的工藝優化方...
【專利技術屬性】
技術研發人員：曹建偉，張文浩，朱凌鋒，葉斌，周田莉，王明明，許嘉俊，
申請(專利權)人：浙江求是創芯半導體設備有限公司，
類型：發明
國別省市：
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