Cvd成膜工艺的膜厚调节优化方法
【专利摘要】本发明公开一种应用于CVD成膜工艺的膜厚调节优化方法，包括进行基准实验以获取基准膜厚；仅改变基准实验的工艺气体流量进行多组测试实验以获取测试硅片的膜厚；以相对于基准实验气体流量的流量变化值以及该流量变化值造成的相对于基准膜厚的膜厚变化值为变量建立目标函数，并确定该目标函数的约束条件为膜厚变化值与流量变化值呈线性关系；根据多组测试实验结果及约束条件计算目标函数的值最小时的最优流量变化值；以最优流量变化值调节基准流量作为最优气体流量并获取测试硅片的最优膜厚；以及判断最优膜厚与目标膜厚的膜厚差值大于预定值时以最优气体流量作为基准实验的工艺气体流量，并重复上述步骤。本发明可提高膜厚调节效率。
【专利说明】CVD成膜工艺的膜厚调节优化方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及半导体工艺设备CVD成膜工艺【技术领域】，特别涉及应用于CVD成膜工 艺的膜厚调节优化方法。
【背景技术】
[0002] 半导体硅片是一种重要的半导体材料，目前普遍采用自动化程度更高、工艺性能 更优异的立式炉设备，对硅片进行批处理工艺，如淀积、氧化和扩散等加工工艺。对于上述 批处理工艺，需要对立式炉内每个硅片的成膜量进行高精度的控制，以使得在工艺结束后 硅片能够达到目标膜厚，满足对应的工艺制程。
[0003] 在实际的CVD批处理工艺，在低压环境下，会因为工艺气体浓度的不均匀，导致片 间均匀性不能满足批处理工艺要求。为解决上述问题，CVD工艺设备自上而下，采用多路工 艺气体进入反应腔室（TUBE)，通过调整不同管路的进气量，实现片间均匀性的调节。CVD淀 积的膜厚对工艺气体流量十分敏感，由于需调整多路工艺气体的进气量，CVD工艺后硅片上 沉积的薄膜难以同时调到目标膜厚。若每次只根据经验改变工艺气体流量，需做大量的工 艺实验，实现目标膜厚。因此，对于CVD批处理成膜工艺而言，根据经验改变工艺参数来调 节膜厚具有相当的盲目性，较难实现。若进行机台调试，则延长了调试时间，若进行新工艺 研发，则延长了研发时间，均耗费了大量的人力、物力，带来不可估计的经济损失，不利于同 型机台的工艺扩展复用。
【发明内容】
[0004] 本发明的主要目的旨在提供一种CVD批处理工艺膜厚调节的在线优化方法。
[0005] 为达成上述目的，本发明提供一种CVD成膜工艺的膜厚调节优化方法，所述CVD成 膜工艺为通过导入工艺气体在多个半导体硅片的表面形成薄膜，所述膜厚调节优化方法包 括以下步骤：
[0006] Sl :进行基准实验以获取所述多个半导体硅片中测试硅片的基准膜厚，其中所述 基准实验采用的工艺气体流量为基准流量；
[0007] S2:进行多组测试实验以获取所述测试硅片的膜厚，其中每组所述测试实验的实 验条件为仅改变基准实验的工艺气体流量；
[0008] S3 :以相对于所述基准流量的流量变化值以及该流量变化值所造成的相对于所述 基准膜厚的膜厚变化值为变量建立目标函数，并确定该目标函数的约束条件，其中所述约 束条件为所述膜厚变化值与所述流量变化值呈线性关系；
[0009] S4:根据所述多组测试实验的结果及所述约束条件计算所述目标函数的值最小时 的最优解以得到相对于所述基准气体流量的最优流量变化值；
[0010] S5 :以所述最优流量变化值调节所述基准流量为最优气体流量并获取所述测试硅 片的最优膜厚；以及
[0011] S6:判断所述最优膜厚与目标膜厚的膜厚差值，若大于预定范围则将所述最优气 体流量作为所述基准实验采用的工艺气体流量，并重复进行步骤SI至步骤S5直至所述最 优膜厚与目标膜厚的膜厚差值处于所述预定范围内。
[0012] 优选地，步骤S3中该目标函数的约束条件表达为：AX*W-AY = 0,其中ΛΧ为相 较于所述基准膜厚的膜厚变化值，△ Y为相较于所述基准流量的流量变化值，W为所述膜厚 变化值与所述气体流量变化值的关系矩阵。
[0013] 优选地，所述关系矩阵通过步骤S2中的所述多组测试实验的结果计算得出，所述 关系矩阵表达为：W = AYiWinvAXiT ;其中AYi为第i组的所述测试实验所获得的膜厚变 化值，AXi为第i组的所述测试实验所采用的工艺气体的流量变化值。
[0014] 优选地，所述测试硅片的数量为n，所述工艺气体通过m个管路进气导入η 个所述测试硅片的表面；第i组的所述测试实验的流量变化值AXi表达为：AXi = [AX1, AX2 · · · · · ΛΧΠ ]Τ ;第i组的所述测试实验获得的所述测试娃片的膜厚变化值AYi表 达为：AYi = [AY1, AY2.......AYn]T，m和η均为正整数。
[0015] 优选地，所述目标函数的表达式为：
【权利要求】
1. 一种CVD成膜工艺的膜厚调节优化方法，所述CVD成膜工艺为通过导入工艺气体在 多个半导体硅片的表面形成薄膜，其特征在于，所述膜厚调节优化方法包括以下步骤： 51 :进行基准实验以获取所述多个半导体硅片中测试硅片的基准膜厚，其中所述基准 实验采用的工艺气体流量为基准流量； 52 :进行多组测试实验以获取所述测试硅片的膜厚，其中每组所述测试实验的实验条 件为仅改变基准实验的工艺气体流量； 53 :以相对于所述基准流量的流量变化值以及该流量变化值所造成的相对于所述基准 膜厚的膜厚变化值为变量建立目标函数，并确定该目标函数的约束条件，其中所述约束条 件为所述膜厚变化值与所述流量变化值呈线性关系； 54 :根据所述多组测试实验的结果及所述约束条件计算所述目标函数的值最小时的最 优解以得到相对于所述基准气体流量的最优流量变化值； 55 :以所述最优流量变化值调节所述基准流量为最优气体流量并获取所述测试硅片的 最优膜厚；以及 56 :判断所述最优膜厚与目标膜厚的膜厚差值，若大于预定范围则将所述最优气体流 量作为所述基准实验采用的工艺气体流量，并重复进行步骤S1至步骤S5直至所述最优膜 厚与目标膜厚的膜厚差值处于所述预定范围内。
2. 根据权利要求1所述的膜厚调节优化方法，其特征在于，步骤S3中该目标函数的约 束条件表达为：AX*W-AY= 0,其中AX为相较于所述基准膜厚的膜厚变化值，AY为相 较于所述基准流量的流量变化值，W为所述膜厚变化值与所述气体流量变化值的关系矩阵。
3. 根据权利要求2所述的膜厚调节优化方法，其特征在于，所述关系矩阵通过步骤S2 中的所述多组测试实验的结果计算得出，所述关系矩阵表达为：W=AY/^nvAX/;其中 At为第i组的所述测试实验所获得的膜厚变化值，为第i组的所述测试实验所采用 的工艺气体的流量变化值。
4. 根据权利要求3所述的膜厚调节优化方法，其特征在于，所述测试硅片的数量为n， 所述工艺气体通过m个管路进气导入n个所述测试硅片的表面；第i组的所述测试实验的 流量变化值A\表达为：AXi= [AX:，AX2……AXm]T ;第i组的所述测试实验获得的所 述测试硅片的膜厚变化值AYi表达为：AYi=[AYpAY2.......AYn]T，m和n均为正整 数。
5. 根据权利要求4所述的膜厚调节优化方法，其特征在于，所述目标函数的表达式为：
，其中IAXk|为第k路工艺气体的流量变化值的绝对值， AY」为第j片测试硅片的膜厚变化值的绝对值，A大于〇。
6. 根据权利要求1所述的膜厚调节优化方法，其特征在于，所述基准膜厚与所述目标 膜厚的膜厚差值小于等于所述目标膜厚的20%。
7. 根据权利要求1所述的膜厚调节优化方法，其特征在于，所述预定范围为所述目标 膜厚的2%。
8. 根据权利要求4所述的膜厚调节优化方法，其特征在于，所述测试实验的数量大于 等于所述工艺气体进气的管路数量m。
9.根据权利要求8所述的膜厚调节优化方法，其特征在于，完成所述多组测试实验后， 所述m个管路的每一路均发生所述工艺气体的流量变化。
【文档编号】C23C16/52GK104404479SQ201410730080
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年12月4日 优先权日:2014年12月4日
【发明者】林伟华, 翟立君, 王艾 申请人:北京七星华创电子股份有限公司