CN103924223A - 应用于cvd成膜工艺的膜厚流量建模方法及膜厚调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于CVD成膜工艺的膜厚与气体流量的建模方法，包括在基础工艺条件下获取测试硅片的基准膜厚；进行多组可信的实验获得不同实验条件下测试硅片的膜厚，其中每组实验的实验条件为仅改变基础工艺条件的工艺气体流量；以及根据多组可信的实验所得到的多个测试硅片的膜厚相对于基准膜厚的多个膜厚变化值，以及多个测试硅片的膜厚所对应的气体流量相对于基础工艺条件的气体流量的多个流量变化值计算得到膜厚流量变化关系模型。本发明还提供了一种膜厚调节方法，根据膜厚流量变化关系模型调节工艺气体的流量以实现目标膜厚，缩短了机台的调试时间，提高了调试效率。

Description

应用于CVD成膜工艺的膜厚流量建模方法及膜厚调节方法

技术领域

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成膜工艺的膜厚流量建模方法及膜厚调节方法，以及相应的处理系统。 

背景技术

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。 

在实际的批处理CVD成膜工艺过程中，每个硅片的膜厚依赖主工艺时设定温度，工艺气体流量，压力，工艺时间等，膜厚的变化对这些工艺条件的改变十分敏感。而由于影响因素众多，若每次只根据经验改变某些工艺参数，需做大量的工艺实验，才能实现目标膜厚。因此，根据经验改变工艺参数来调节膜厚具有相当的盲目性。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

本发明的主要目的旨在提供一种通过模型计算气体流量变化值以实现CVD成膜工艺目标膜厚的调节方法以及模型的建模方法。 

为达成上述目的，本发明提供一种应用于CVD成膜工艺的膜厚与气体流量的建模方法，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，所述建模方法包括以下步骤： 

S1：在基础工艺条件下获取所述多个半导体硅片中测试硅片的基准膜厚； 

S2：进行多组可信的膜厚调节实验以获得不同实验条件下所述测试硅片的膜厚，其中每组所述膜厚调节实验的实验条件为仅改变所述基础工艺条件的工艺气体的气体流 量；以及 

S3：根据多组可信的所述膜厚调节实验所得到的多个所述测试硅片的膜厚相对于所述基准膜厚的多个膜厚变化值，以及多个所述测试硅片的膜厚所对应的气体流量相对于所述基础工艺条件的气体流量的多个流量变化值计算得到膜厚流量变化关系模型。 

优选地，步骤S3进一步包括： 

S31：设定所述膜厚变化值与所述气体流量变化值为线性关系，表达为： 

ΔTK＝ΔFL·C，其中ΔTK为膜厚变化值，ΔFL为工艺气体的流量变化值，C为膜厚变化值与气体流量变化值的关系矩阵； 

S32：利用最小二乘法设定以所述关系矩阵为变量的目标函数；以及 

S33：根据所述多个可信的实验所获得的膜厚变化值以及其对应的所述流量变化值对所述目标函数求解得到所述关系矩阵，以计算出所述膜厚流量变化关系模型。 

优选地，所述测试硅片的数量为m，所述工艺气体通过n路进气导入所述多个半导体硅片的表面，其中m和n均为正整数且m≤n；第i组可信的实验的流量变化值ΔFL_i表达为：ΔFL_i＝[Δflow_i，1...Δflow_i，n]；第i组可信的实验所获得的所述测试硅片的膜厚变化值ΔTK_i表达为：ΔTK_i＝[Δthk_i，1...Δthk_i，m]。 

优选地，所述关系矩阵以列向量表达为C＝[c₁...c_m]；所述目标函数表达为：                                                    $J\left(C\right)=J(c_1,c_2,...,c_m)=\mathrm{Min}\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=1}{\overset{s}{\mathrm{\Σ}}}{({\mathrm{\Δthk}}_{i,j}-{\mathrm{\ΔFL}}_i\·c_j)}^2,$ 其中，s为可信的膜厚调节实验的数量，Δthk_i，j为第i组可信的实验所获得的第j个测试硅片的膜厚变化值。 

优选地，对所述目标函数求解得到的所述膜厚变化值与气体流量变化值的关系矩阵表达为： 

$C={\left(X^{T}X\right)}^{-1}{X}^T\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\ΔTK}}_1\\ {\mathrm{\ΔTK}}_2\\ .\\ .\\ .\\ {\mathrm{\ΔTK}}_s\end{array}\right],$ 其中    $X=\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\ΔTK}}_1\\ {\mathrm{\ΔTK}}_2\\ .\\ .\\ .\\ {\mathrm{\ΔTK}}_s\end{array}\right].$

优选地，所述基准膜厚与所述CVD成膜工艺的目标膜厚的膜厚差为所述目标膜厚的5％至10％。 

本发明还提供了一种应用于CVD成膜工艺的膜厚调节方法，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，所述膜厚调节方法包括以下步 骤： 

S11：在基础工艺条件下获取所述多个半导体硅片中测试硅片的基准膜厚； 

S12：进行多组可信的膜厚调节实验以获得不同实验条件下所述测试硅片的膜厚，其中每组所述膜厚调节实验的实验条件为仅改变所述基础工艺条件的工艺气体的气体流量； 

S13：根据多组可信的所述膜厚调节实验所得到的多个所述测试硅片的膜厚相对于所述基准膜厚的多个膜厚变化值，以及多个所述测试硅片的膜厚所对应的气体流量相对于所述基础工艺条件的气体流量的多个流量变化值计算得到膜厚流量变化关系模型；以及 

S14：根据目标膜厚相对于所述基准膜厚的目标膜厚变化值以及所述膜厚流量变化关系模型，计算得到实现所述目标膜厚所需的工艺气体的气体流量相对于所述基础工艺条件的气体流量的流量变化值并据此对所述基础工艺条件的工艺气体流量加以调节。 

优选地，步骤S13进一步包括： 

S131：设定所述膜厚变化值与所述气体流量变化值为线性关系，表达为： 

ΔTK＝ΔFL·C，其中ΔTK为膜厚变化值，ΔFL为工艺气体的流量变化值，C为膜厚变化值与气体流量变化值的关系矩阵； 

S132：利用最小二乘法设定以所述关系矩阵为变量的目标函数；以及 

S133：根据所述多个可信的实验所获得的膜厚变化值以及其对应的所述流量变化值对所述目标函数求解得到所述关系矩阵，以计算出所述膜厚流量变化关系模型。 

优选地，所述测试硅片的数量为m，所述工艺气体通过n路进气导入所述多个半导体硅片的表面，其中m和n均为正整数且m≤n；第i组可信的实验的流量变化值ΔFL_i表达为：ΔFL_i＝[Δflow_i，1...Δflow_i，n]；第i组可信的实验所获得的所述测试硅片的膜厚变化值ΔTK_i表达为：ΔTK_i＝[Δthk_i，1...Δthk_i，m]。 

优选地，所述关系矩阵以列向量表达为C＝[c₁...c_m]；所述目标函数表达为：     $J\left(C\right)=J(c_1,c_2,...,c_m)=\mathrm{Min}\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=1}{\overset{s}{\mathrm{\Σ}}}{({\mathrm{\Δthk}}_{i,j}-{\mathrm{\ΔFL}}_i\·c_j)}^2,$ 其中，s为可信的膜厚调节实验的数量，Δthk_i，j为第i组可信的实验所获得的第j个测试硅片的膜厚变化值。 

优选地，对所述目标函数求解得到的所述膜厚变化值与气体流量变化值的关系矩阵 表达为：    $C={\left(X^{T}X\right)}^{-1}{X}^T\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\ΔTK}}_1\\ {\mathrm{\ΔTK}}_2\\ .\\ .\\ .\\ {\mathrm{\ΔTK}}_s\end{array}\right],$ 其中    $X=\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\ΔTK}}_1\\ {\mathrm{\ΔTK}}_2\\ .\\ .\\ .\\ {\mathrm{\ΔTK}}_s\end{array}\right].$

优选地，所述测试硅片的数量为m，所述工艺气体通过n路进气导入所述多个半导体硅片的表面，其中m，n为正整数，且m≤n。 

根据本发明的另一方面，还提供一种处理系统，用于在半导体硅片CVD成膜工艺中建立膜厚与气体流量的关系模型，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，该处理系统包括：测量模块，用于测量所述多个半导体硅片中的测试硅片的膜厚；存储模块，用于存储基础工艺条件下以及多组可信的膜厚调节实验的不同实验条件下所述测量模块测量的所述测试硅片的膜厚，其中所述不同实验条件为仅改变所述基础工艺条件的工艺气体的气体流量，所述基础工艺条件下所测量的所述测试模块的膜厚为基准膜厚；以及建模模块，根据多组可信的所述膜厚调节实验得到的多个所述测试硅片的膜厚相对于所述基准膜厚的多个膜厚变化值，以及多个所述测试硅片的膜厚所对应的气体流量相对于所述基础工艺条件的气体流量的多个流量变化值计算得到膜厚流量变化关系模型。 

根据本发明的另一方面，还提供一种处理系统，用于在半导体硅片CVD成膜工艺中调节膜厚，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。所述处理系统包括：测量模块，用于测量所述多个半导体硅片中的测试硅片的膜厚；存储模块，用于存储基础工艺条件下以及多组可信的膜厚调节实验的不同实验条件下所述测量模块测量的所述测试硅片的膜厚，其中所述不同实验条件为仅改变所述基础工艺条件的工艺气体的气体流量，所述基础工艺条件下所测量的所述测试模块的膜厚为基准膜厚；建模模块，根据多组可信的所述膜厚调节实验得到的多个所述测试硅片的膜厚相对于所述基准膜厚的多个膜厚变化值，以及多个所述测试硅片的膜厚所对应的气体流量相对于所述基础工艺条件的气体流量的多个流量变化值计算得到膜厚流量变化关系模型；计算模块，根据目标膜厚相对于所述基准膜厚的目标膜厚变化值以及所述膜厚流量变化关系模型，计算得到实现所述目标膜厚所需的工艺气体的气体流量相对于所述基础工艺条件的气体流量的流量变化值；以及调节模块，根据所述计算模块计算得到的气体流量变化值对所述基础工艺条件的工艺气体流量进行调节。 

本发明所提出的应用于CVD成膜工艺的膜厚与气体流量的建模方法以及膜厚调节方法，根据多次的实验结果建立模型，并根据模型推算出气体流量以调节膜厚达到目标 值，具有统计意义。在实际使用过程中，相比根据经验的膜厚调节方法，缩短了机台的调试时间，提高了调试效率，扩展了同型机台的适应性，工艺复用性。 

附图说明

图1为本发明一实施例成膜装置的结构示意图； 

图2为本发明一实施例成膜装置中半导体硅片分布示意图； 

图3为本发明一实施例应用于CVD成膜工艺的膜厚与气体流量的建模方法的流程图； 

图4为本发明一实施例用于在半导体硅片CVD成膜工艺中建立膜厚与气体流量的关系模型的处理系统的方块图； 

图5为本发明一实施例应用于CVD成膜工艺的膜厚调节方法的流程图； 

图6为本发明一实施例用于在半导体硅片CVD成膜工艺中调节膜厚的处理系统的方块图。 

具体实施方式

为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。 

请参考图1和图2，成膜装置包括处理腔室，处理腔室中容纳晶舟，晶舟用于保持待进行CVD成膜工艺的半导体硅片W。在本实施例中，多个半导体硅片W以在垂直方向上以预定间隔设置的方式容纳在晶舟中。如图2所示，晶舟具有槽口1～125，可容纳125个半导体硅片W，这些半导体硅片中，槽口13、38、63、88和113中容纳的硅片为测试硅片M。在进行CVD成膜工艺时，测试硅片M的膜厚以及膜质即代表了成膜装置内这一批半导体硅片的工艺质量。气体供应单元用于向处理腔室内导入工艺气体，以在多个半导体硅片上形成薄膜。在本实施例中，工艺气体为多路进气，例如气体供应单元可包括由多个从处理腔室底部向上延伸、并具有不同高度的气体供应管，这些气体供应管分别向晶舟上位于不同高度的半导体硅片供给工艺气体；气体供应单元也可以为从处理腔室底部向上延伸，且在其延伸方向上具有多个喷气孔的气体供应管，工艺气体通过这些喷气孔分别向不同高度的半导体硅片供给工艺气体。 

第一实施例

图3为本发明一实施例应用于CVD成膜工艺的膜厚与气体流量的建模方法的流程图，以下将结合图1～3对本发明进行详细的说明。 

本发明的膜厚与气体流量的建模方法包括以下步骤： 

S1：在基础工艺条件下获取多个半导体硅片中测试硅片的基准膜厚。 

具体来说，在成膜装置中，一个完整的CVD成膜工艺过程包括若干次不同的工艺步骤，而每个工艺步骤均有对应的工艺条件需求。尤其是主工艺阶段，对工艺条件有更加严格的要求，需要高精度的恒温热场控制，高精度的气体流量控制，高精度的压力控制等，这些工艺条件的高精度控制是实现硅片目标膜厚的基础。在步骤S1中的基础工艺条件指的是，半导体测试硅片M的膜厚较为接近CVD成膜工艺目标膜厚时，以能够形成最为接近目标膜厚的半导体测试硅片M的膜厚的工艺条件(包括温度、压力、工艺时间、气体流量等工艺条件)为基础工艺条件，而该基础工艺条件下形成的测试硅片的膜厚即为基准膜厚，可通过测量获得。本实施例中，基准膜厚与CVD成膜工艺的目标膜厚的膜厚差为目标膜厚的5％至10％。本实施例中，测试硅片M的数量为m，工艺气体为n路进气，m小于等于n。 

S2：进行多组可信的膜厚调节实验以获得不同实验条件下测试硅片的膜厚。 

具体来说，在获得基准膜厚之后，再进行多组膜厚调节实验。需要注意的是，在这些实验中，仅改变基础条件中的工艺气体的气体流量，不改变温度、压力、工艺时间等其他工艺条件。每一组实验均通过n路进气供应工艺气体，并获得m个测试硅片的膜厚值。而通过检查多组实验的工艺数据以及结果，找出其中可信的s个实验，所谓可信的实验指的是在这些实验过程中，设备内各控制器均正常工作，机台十分稳定。这些可信的膜厚调节实验所获得的不同实验条件下的膜厚数据以及这些膜厚数据对应的气体流量是可用的。 

S3：根据多组可信的膜厚调节实验得到的多个测试硅片的膜厚相对于基准膜厚的多个膜厚变化值，以及多个测试硅片的膜厚所对应的气体流量相对于基础工艺条件的气体流量的多个流量变化值计算得到膜厚流量变化关系模型。 

以下将详细描述关系模型的推算方法。 

首先，如前所述，在步骤S1和步骤S2中，以基础工艺条件下测试硅片的膜厚为基准膜厚，在后续实验中不改变温度、压力、工艺时间等工艺条件，只改变工艺气体流量，因此可将测试硅片膜厚的变化值与气体流量变化值设定为线性关系，其满足以下公式： 

ΔTK＝ΔFL·C，其中ΔTK表示膜厚变化值，ΔFL表示流量变化值，其中，流量变化值为可信的实验中所采用的工艺气体流量减去基础工艺条件的气体流量的差值，其对应的膜厚变化值为该采用的工艺气体流量所形成的测试硅片的膜厚减去基准膜厚的差值。C为膜厚变化值与气体流量变化值的关系矩阵。 

接着，根据上述公式利用最小二乘法设定以关系矩阵C为变量的目标函数，根据多个可信的实验所获得的膜厚变化值以及其对应的流量变化值对目标函数求解来计算出关系矩阵C。 

具体来说，定义第i组(1≤i≤s)可信的实验对应的工艺气体的流量变化值，为n路进气的工艺气体流量分别减去基础工艺条件的气体流量的流量变化值，即： 

ΔFL_i＝[Δflow_i，1...Δflow_i，n](1×n的矩阵)；其中Δflowi，1，……，Δflowi，n分别为第1路，……，第n路进气的流量变化值。 

定义第i组(1≤i≤s)可信的实验对应的测试硅片的膜厚变化值，为m个测试硅片的膜厚分别减去基准膜厚的膜厚变化值，即： 

ΔTK_i＝[Δthk_i，1...Δthk_i，m](1×m的矩阵)；其中Δthki，1，……，Δthki，m分别为第1片，……，第m片测试硅片的膜厚变化值。 

由于膜厚变化值与气体流量变化值近似为线性关系： 

ΔTK_i＝ΔFL_i·C其中C为n×m维矩阵，将矩阵C按列向量表示： 

C＝[c₁...c_m] 

采用最小二乘法建立关于关系矩阵C目标函数，要求满足误差的平方和最小，将代价函数设为： 

$J\left(C\right)=J(c_1,c_2,...,c_m)=\mathrm{Min}\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=1}{\overset{s}{\mathrm{\Σ}}}{({\mathrm{\Δthk}}_{i,j}-{\mathrm{\ΔFL}}_i\·c_j)}^2$

上述函数J(C)为c_j的凸函数，将s个可信的实验的膜厚变化值以及其对应的流量变化值代入目标函数，对上述目标函数求解，求取的c_j应使得J(C)最小，即J(C)对c_j偏导，令其为0，可得： 

$\frac{\∂J\left(C\right)}{{\∂c}_j}=\underset{i=1}{\overset{s}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ΔFL}}_i^T({\mathrm{\Δthk}}_{i,j}-{\mathrm{\ΔFL}}_i\·c_j)=0$

$\→(\underset{i=1}{\overset{s}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ΔFL}}_i^T\·{\mathrm{\ΔFL}}_i)\·c_j=\underset{i=1}{\overset{s}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ΔFL}}_i^T{\mathrm{\Δthk}}_{i,j}$ 式(1.1) 

定义，    $X=\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\ΔTK}}_1\\ {\mathrm{\ΔTK}}_2\\ .\\ .\\ .\\ {\mathrm{\ΔTK}}_s\end{array}\right],b_j=\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\Δthk}}_{1,f}\\ {\mathrm{\Δthk}}_{2,f}\\ .\\ .\\ .\\ {\mathrm{\Δthk}}_{s,f}\end{array}\right];$

则    $\underset{i=1}{\overset{s}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ΔFL}}_i^T\·{\mathrm{\ΔFL}}_i=X^{T}X$

因此，(式1.1)可表示为(X^TX)c_j＝X^Tb_j

c_j＝(X^TX)^-1X^Tb_j

C＝[c₁...c_m]＝(X^TX)^-1X^T[b₁...b_m] 

$-{\left(X^{T}X\right)}^{-1}{X}^T\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\ΔTK}}_1\\ {\mathrm{\ΔTK}}_2\\ .\\ .\\ .\\ {\mathrm{\ΔTK}}_s\end{array}\right]$ (式1.2) 

其中X^TX为样本的相关矩阵，X⁺＝(X^TX)^-1X^T为矩阵的X的广义逆矩阵，如果X是个可逆方阵，X⁺＝X^-1，则    $C=X^{-1}\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\ΔTK}}_1\\ {\mathrm{\ΔTK}}_2\\ .\\ .\\ .\\ {\mathrm{\ΔTK}}_s\end{array}\right].$

综上，根据s个可信的实验获得的测试硅片的膜厚分别相对于基准膜厚的膜厚变化值、这s个可信的实验采用的气体流量分别相对于基础工艺条件气体流量的流量变化值以及(式1.2)，就能够获取关系矩阵C，也就能够得到膜厚流量变化关系模型。 

图4所示为本实施例的对应于上述建模方法的处理系统的方块图。如图4所示，处理系统包括测量模块41，存储模块42以及建模模块43。测量模块41用于测量多个半导体硅片中的测试硅片的膜厚。存储模块42与测量模块41相连，用于存储测量模块41测量得到的测试硅片的膜厚数据，包括基础工艺条件下测试硅片的基准膜厚以及在进行多组仅改变基础工艺条件的工艺气体流量且可信的实验时，不同实验条件(即工艺气体流量)下测试硅片的膜厚。建模模块43与存储模块42相连，建立膜厚变化值与气体流 量变化值为线性关系的数学模型，根据不同实验条件下得到的s个可信实验所获得的膜厚相对于基准膜厚的膜厚变化值    $\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\ΔTK}}_1\\ {\mathrm{\ΔTK}}_2\\ .\\ .\\ .\\ {\mathrm{\ΔTK}}_s\end{array}\right],$ 这些膜厚所对应的气体流量相对于基础工艺条件中工艺气体的流量变化值    $\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\ΔTK}}_1\\ {\mathrm{\ΔTK}}_2\\ .\\ .\\ .\\ {\mathrm{\ΔTK}}_s\end{array}\right],$ 对其利用最小二乘法建立的目标函数求解，计算得到关系矩阵及膜厚流量变化关系模型。 

第二实施例

在第一实施例的基础上，本发明还提供了一种膜厚调节方法。请参考图5，其所示为本实施例的膜厚调节方法的流程示意图，其包括以下步骤： 

S11：在基础工艺条件下获取多个半导体硅片中测试硅片的基准膜厚； 

S12：进行多组可信的膜厚调节实验以获得不同实验条件下测试硅片的膜厚； 

S13：根据多组可信的膜厚调节实验得到的多个所述测试硅片的膜厚相对于所述基准膜厚的多个膜厚变化值，以及多个测试硅片的膜厚所对应的气体流量相对于所述基础工艺条件的气体流量的多个流量变化值计算得到膜厚流量变化关系模型； 

S14：根据目标膜厚相对于基准膜厚的目标膜厚变化值以及膜厚流量变化关系模型，计算得到实现目标膜厚所需的工艺气体的气体流量相对于基础工艺条件的气体流量的流量变化值并据此对基础工艺条件的工艺气体流量加以调节。 

步骤S11至步骤S13与第一实施例中步骤S1至步骤S3相同，在此不作赘述。当步骤S13求得关系矩阵C后，若CVD成膜工艺的目标膜厚为TK_目标，则可知其相对基准膜厚的目标膜厚变化值ΔTK_目标，将其代入(式1.2)可推算出实现目标膜厚所需要的工艺气体的气体流量相对于基础工艺条件的气体流量的流量变化值ΔFL_目标，之后将该值累加到基础工艺条件的气体流量上，就可在测试硅片上形成具有目标膜厚的薄膜，由于测试硅片代表成膜装置内一批半导体硅片的工艺质量，即该批半导体硅片均达到目标膜厚要求，满足工艺制程。 

同样的，对应于本实施例的膜厚调节方法，也具有对应的处理系统。如图6所示，该处理系统包括测量模块61，存储模块62，建模模块63，计算模块64和调节模块65。 其中，测量模块61，存储模块62，建模模块63所完成的功能以及相互连接关系与第一实施例相同，在此不作赘述。计算模块64与存储模块62和建模模块63相连，根据目标膜厚相对基准膜厚的目标膜厚变化值ΔTK_目标以及膜厚流量变化关系模型，计算得到实现目标膜厚所需的工艺气体的气体流量变化值。调节模块65与计算模块64相连，根据计算模块64计算得到的气体流量变化值对基础工艺条件的工艺气体流量进行调节，以达到形成目标膜厚的要求。 

综上所述，本发明根据多次膜厚调节实验的实验结果建立模型，根据该模型推算出实现目标膜厚的气体流量，从而通过调节气体流量使半导体硅片的膜厚达到目标值。由于最终的流量调节是根据多组可信的实验结果推导得出，具有统计意义。在实际使用过程中，相比根据经验的膜厚调节方法，缩短了机台的调试时间，提高了调试效率，扩展了同型机台的适应性，工艺复用性。 

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然所述诸多实施例仅为了便于说明而举例而已，并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明精神和范围的前提下可作若干的更动与润饰，本发明所主张的保护范围应以权利要求书所述为准。 

Claims (14)

1.一种应用于CVD成膜工艺的膜厚与气体流量的建模方法，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，所述建模方法包括以下步骤： 

S1：在基础工艺条件下获取所述多个半导体硅片中测试硅片的基准膜厚； 

S2：进行多组可信的膜厚调节实验以获得不同实验条件下所述测试硅片的膜厚，其中每组所述膜厚调节实验的实验条件为仅改变所述基础工艺条件的工艺气体的气体流量；以及 

S3：根据多组可信的所述膜厚调节实验所得到的多个所述测试硅片的膜厚相对于所述基准膜厚的多个膜厚变化值，以及多个所述测试硅片的膜厚所对应的气体流量相对于所述基础工艺条件的气体流量的多个流量变化值计算得到膜厚流量变化关系模型。 

2.根据权利要求1所述的建模方法，其特征在于，步骤S3进一步包括： 

S31：设定所述膜厚变化值与所述气体流量变化值为线性关系，表达为： 

ΔTK＝ΔFL·C，其中ΔTK为膜厚变化值，ΔFL为工艺气体的流量变化值，C为膜厚变化值与气体流量变化值的关系矩阵； 

S32：利用最小二乘法设定以所述关系矩阵为变量的目标函数；以及 

S33：根据所述多个可信的实验所获得的膜厚变化值以及其对应的所述流量变化值对所述目标函数求解得到所述关系矩阵，以计算出所述膜厚流量变化关系模型。 

3.根据权利要求2所述的建模方法，其特征在于，所述测试硅片的数量为m，所述工艺气体通过n路进气导入所述多个半导体硅片的表面，其中m和n均为正整数且m≤n： 

第i组可信的实验的流量变化值ΔFL_i表达为： 

ΔFL_i＝[Δflow_i，1...Δflow_i，n]； 

第i组可信的实验所获得的所述测试硅片的膜厚变化值ΔTK_i表达为：ΔTK_i＝[Δthk_i，1...Δthk_i，m]。 

4.根据权利要求3所述的建模方法，其特征在于，所述关系矩阵以列向量表达为C＝[c₁...c_m]；所述目标函数表达为： 

其中，s为可信的膜厚调节实验的数量，Δthk_i，j为第i组可信的实验所获得的第j个测试硅片的膜厚变化值。 

5.根据权利要求4所述的建模方法，其特征在于，对所述目标函数求解得到的所述关系矩阵表达为： 

其中   

6.根据权利要求1至5任一项所述的建模方法，其特征在于，所述基准膜厚与所述CVD成膜工艺的目标膜厚的膜厚差为所述目标膜厚的5％至10％。 

7.一种应用于CVD成膜工艺的膜厚调节方法，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，所述膜厚调节方法包括以下步骤： 

S11：在基础工艺条件下获取所述多个半导体硅片中测试硅片的基准膜厚； 

S12：进行多组可信的膜厚调节实验以获得不同实验条件下所述测试硅片的膜厚，其中每组所述膜厚调节实验的实验条件为仅改变所述基础工艺条件的工艺气体的气体流量； 

S13：根据多组可信的所述膜厚调节实验所得到的多个所述测试硅片的膜厚相对于所述基准膜厚的多个膜厚变化值，以及多个所述测试硅片的膜厚所对应的气体流量相对于所述基础工艺条件的气体流量的多个流量变化值计算得到膜厚流量变化关系模型；以及 

S14：根据目标膜厚相对于所述基准膜厚的目标膜厚变化值以及所述膜厚流量变化关系模型，计算得到实现所述目标膜厚所需的工艺气体的气体流量相对于所述基础工艺条件的气体流量的流量变化值并据此对所述基础工艺条件的工艺气体流量加以调节。 

8.根据权利要求7所述的膜厚调节方法，其特征在于，步骤S13进一步包括： 

S131：设定所述膜厚变化值与所述气体流量变化值为线性关系，表达为： 

ΔTK＝ΔFL·C，其中ΔTK为膜厚变化值，ΔFL为工艺气体的流量变化值，C为膜厚变化值与气体流量变化值的关系矩阵； 

S132：利用最小二乘法设定以所述关系矩阵为变量的目标函数；以及 

S133：根据所述多个可信的实验所获得的膜厚变化值以及其对应的所述流量变化值对所述目标函数求解得到所述关系矩阵，以计算出所述膜厚流量变化关系模型。 

9.根据权利要求8所述的膜厚调节方法，其特征在于，所述测试硅片的数量为m，所述工艺气体通过n路进气导入所述多个半导体硅片的表面，其中m和n均为正整数且m≤n： 

第i组可信的实验的流量变化值ΔFL_i表达为： 

ΔFL_i＝[Δflow_i，1...Δflow_i，n]； 

第i组可信的实验所获得的所述测试硅片的膜厚变化值ΔTK_i表达为：ΔTK_i＝[Δthk_i，1...Δthk_i，m]。 

10.根据权利要求9所述的膜厚调节方法，其特征在于，所述关系矩阵以列向量表达为C＝[c₁...c_m]；所述目标函数表达为： 

其中，s为可信的膜厚调节实验的数量，Δthk_i，j为第i组可信的实验所获得的第j个测试硅片的膜厚变化值。 

11.根据权利要求10所述的膜厚调节方法，其特征在于，对所述目标函数求解得到的所述关系矩阵表达为： 

其中   

12.根据权利要求11所述的膜厚调节方法，其特征在于，所述基准膜厚与所述CVD成膜工艺的目标膜厚的膜厚差为所述目标膜厚的5％至10％。 

13.一种处理系统，用于在半导体硅片CVD成膜工艺中建立膜厚与气体流量的关系模型，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，所述处理系统包括： 

测量模块，用于测量所述多个半导体硅片中的测试硅片的膜厚； 

存储模块，用于存储基础工艺条件下以及多组可信的膜厚调节实验的不同实验条件下所述测量模块测量的所述测试硅片的膜厚，其中所述不同实验条件为仅改变所述基础 工艺条件的工艺气体的气体流量，所述基础工艺条件下所测量的所述测试模块的膜厚为基准膜厚；以及 

建模模块，根据多组可信的所述膜厚调节实验所得到的多个所述测试硅片的膜厚相对于所述基准膜厚的多个膜厚变化值，以及多个所述测试硅片的膜厚所对应的气体流量相对于所述基础工艺条件的气体流量的多个流量变化值计算得到膜厚流量变化关系模型。 

14.一种处理系统，用于在半导体硅片CVD成膜工艺中调节膜厚，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，所述处理系统包括： 

测量模块，用于测量所述多个半导体硅片中的测试硅片的膜厚； 

存储模块，用于存储基础工艺条件下以及多组可信的膜厚调节实验的不同实验条件下所述测量模块测量的所述测试硅片的膜厚，其中所述不同实验条件为仅改变所述基础工艺条件的工艺气体的气体流量，所述基础工艺条件下所测量的所述测试模块的膜厚为基准膜厚； 

建模模块，根据多组可信的所述膜厚调节实验所得到的多个所述测试硅片的膜厚相对于所述基准膜厚的多个膜厚变化值，以及多个所述测试硅片的膜厚所对应的气体流量相对于所述基础工艺条件的气体流量的多个流量变化值计算得到膜厚流量变化关系模型； 

计算模块，根据目标膜厚相对于所述基准膜厚的目标膜厚变化值以及所述膜厚流量变化关系模型，计算得到实现所述目标膜厚所需的工艺气体的气体流量相对于所述基础工艺条件的气体流量的流量变化值；以及 

调节模块，根据所述计算模块计算得到的气体流量变化值对所述基础工艺条件的工艺气体流量进行调节。