一种MOCVD设备生长结果异常溯源方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种MOCVD设备生长结果异常溯源方法及系统，该方法包括：对MOCVD反应腔进行CFD建模，生成CFD模型；确定工艺参数取值范围并利用CFD模型进行模拟仿真实验，得到模拟仿真工艺参数和模拟仿真结果；根据模拟仿真工艺参数和模拟仿真结果进行建模，生成神经网络模型；基于神经网络模型将异常生长结果与工艺参数进行匹配，得到异常工艺参数。该系统包括：CFD构建模块、模拟仿真模块、神经网络构建模块和匹配模块。通过使用本发明专利技术，能够快速精准地找出异常工艺参数且提高效率。本发明专利技术作为一种MOCVD设备生长结果异常溯源方法及系统，可广泛应用于MOCVD异常检测领域。泛应用于MOCVD异常检测领域。泛应用于MOCVD异常检测领域。

【技术实现步骤摘要】
一种MOCVD设备生长结果异常溯源方法及系统


[0001]本专利技术涉及MOCVD异常检测领域，尤其涉及一种MOCVD设备生长结果异常溯源方法及系统。

技术介绍

[0002]金属有机化学气相沉积(MOCVD)是一种将金属有机物和反应气体输运至高温衬底表面进行热分解和化学反应，最终形成薄膜的过程。在薄膜外延生长过程，MOCVD腔体内部多学科知识交叉，工艺参数较多且相互影响，内部气体流动状态复杂。
[0003]CFD(计算流体力学)是一种通过有限元分析方法，结合多学科知识进行计算分析的计算机辅助研究方法。通过数值模拟计算可以得到反应腔体内部气体流动，温度分布，以及与化学反应相结合得到薄膜外延生长速率和均匀性，CFD技术已经成为MOCVD设备研发的主要手段，且国外设备生产商都利用此种方法进行研究设计。目前通过精确的反应腔建模和计算模型，搭配完善的化学反应路径，能够实现对MOCVD薄膜生长速率和均匀性的精确预测，当前CFD已广泛应用于对MOCVD反应腔的设计和生长工艺参数的研究。
[0004]在实际MOCVD外延生长过程中，尤其是工业化量产中，其生长工艺参数确定后都是固定的，一旦生长结果出现异常，如薄膜的生长速率和均匀性发生变化，会导致产品批量报废，造成损失。一般都是通过工程师的经验来进行判断，如果无法找出问题则需要重新调整工艺参数，耗时耗力，成本上升，效率下降。

技术实现思路

[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种MOCVD设备生长结果异常溯源方法及系统，能够快速精准地找出异常工艺参数且提高效率。
[0006]本专利技术所采用的第一技术方案是：一种MOCVD设备生长结果异常溯源方法，包括以下步骤：
[0007]对MOCVD反应腔进行CFD建模，生成CFD模型；
[0008]确定工艺参数取值范围并利用CFD模型进行模拟仿真实验，得到模拟仿真工艺参数和模拟仿真结果；
[0009]根据模拟仿真工艺参数和模拟仿真结果进行建模，生成神经网络模型；
[0010]基于神经网络模型将异常生长结果与工艺参数进行匹配，得到异常工艺参数。
[0011]进一步，确定工艺参数取值范围并基于实验设计方法利用CFD模型进行模拟仿真实验，得到模拟仿真工艺参数和模拟仿真结果这一步骤，具体包括：
[0012]确定工艺参数取值范围；
[0013]在工艺参数取值范围内利用实验设计方法设置多组模拟仿真实验，得到模拟仿真工艺参数；
[0014]根据模拟仿真工艺参数利用CFD模型进行模拟仿真实验，得到模拟仿真结果。
[0015]进一步，所述基于神经网络模型将异常生长结果与工艺参数进行匹配，得到异常
工艺参数这一步骤，具体包括：
[0016]基于控制变量法设置多组工艺参数值；
[0017]将工艺参数值依次输入神经网络模型，得到预测结果；
[0018]基于均方误差公式将预测结果与异常生长结果进行比较，得到最小均方误差值；
[0019]基于概率公式对不同工艺参数的最小均方误差值进行计算，得到异常工艺参数。
[0020]进一步，所述概率公式具体如下：
[0021][0022]上式中，P(x
i
)为异常生长结果的概率，为最小均方误差值，x
i
为工艺参数。
[0023]进一步，还包括对CFD模型进行验证，具体如下：
[0024]设置多组工艺参数实验值并依次利用MOCVD反应腔进行生长实验，得到实验结果；
[0025]模拟工艺参数实验值并依次利用CFD模型进行模拟仿真和数值模拟计算，得到模拟结果；
[0026]基于皮尔逊相关系数对实验结果与模拟结果进行计算，验证CFD模型。
[0027]进一步，所述实验结果为半导体薄膜的生长速率，其计算步骤具体如下：
[0028]获取实验完成后得到的半导体薄膜和实验时间；
[0029]测量半导体薄膜的厚度；
[0030]根据厚度与实验时间计算半导体薄膜的生长速率。
[0031]本专利技术所采用的第二技术方案是：一种MOCVD设备生长结果异常溯源系统，包括：
[0032]CFD构建模块，用于对MOCVD反应腔进行CFD建模，生成CFD模型；
[0033]模拟仿真模块，用于确定工艺参数取值范围并利用CFD模型进行模拟仿真实验，得到模拟仿真工艺参数和模拟仿真结果；
[0034]神经网络构建模块，用于根据模拟仿真工艺参数和模拟仿真结果进行建模，生成神经网络模型；
[0035]匹配模块，基于神经网络模型将异常生长结果与工艺参数进行匹配，得到异常工艺参数。
[0036]本专利技术方法及系统的有益效果是：本专利技术首先对MOCVD反应腔进行CFD建模，得到CFD模型，能够使模拟仿真实验更加贴合；其次利用CFD模型进行模拟仿真实验，得到模拟仿真工艺参数和模拟仿真结果，能够节约成本；然后根据模拟仿真工艺参数和模拟仿真结果构建神经网络模型，获得任意工艺参数下与生长结果之间的映射关系；最后基于神经网络模型将异常生长结果与工艺参数进行匹配，可迅速精准地得到异常工艺参数，该方法也可以溯源多参数异常导致的生长结果异常。
附图说明
[0037]图1是本专利技术一种MOCVD设备生长结果异常溯源方法的步骤流程图；
[0038]图2是本专利技术一种MOCVD设备生长结果异常溯源系统的结构框图；
[0039]图3是本专利技术具体实施例半导体薄膜示意图；
[0040]图4是本专利技术具体实施例神经网络模型匹配流程图；
[0041]图5是本专利技术具体实施例异常工艺参数概率示意图。
具体实施方式
[0042]下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步的详细说明。对于以下实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。
[0043]参照图1，本专利技术提供了一种MOCVD设备生长结果异常溯源方法，该方法包括以下步骤：
[0044]S1、对MOCVD反应腔进行CFD建模，生成CFD模型；
[0045]S2、对CFD模型进行验证，通过对CFD模型的验证，可以知道CFD模型的准确性；
[0046]S2.1、设置多组工艺参数实验值并依次利用MOCVD反应腔进行生长实验，得到实验结果；
[0047]具体地，设置了13组工艺参数实验值，如下表：
[0048][0049][0050]将上述13组工艺参数实验值依次输入MOCVD反应腔内进行生长实验，可以得到13组实验结果；该实验结果的计算步骤具体如下：
[0051]首先获取实验完成后得到的半导体薄膜和实验时间，然后如图3所示，将半导体薄膜分成内中外三圈，每圈选取三个点并对每个点进行测量，得到这九个点的厚度，最后根据厚度与实验时间计算半导体薄膜的生长速率，生长速率公式为厚度除以实验时间。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种MOCVD设备生长结果异常溯源方法，其特征在于，包括以下步骤：对MOCVD反应腔进行CFD建模，生成CFD模型；确定工艺参数取值范围并利用CFD模型进行模拟仿真实验，得到模拟仿真工艺参数和模拟仿真结果；根据模拟仿真工艺参数和模拟仿真结果进行建模，生成神经网络模型；基于神经网络模型将异常生长结果与工艺参数进行匹配，得到异常工艺参数。2.根据权利要求1所述一种MOCVD设备生长结果异常溯源方法，其特征在于，所述确定工艺参数取值范围并基于实验设计方法利用CFD模型进行模拟仿真实验，得到模拟仿真工艺参数和模拟仿真结果这一步骤，具体包括：确定工艺参数取值范围；在工艺参数取值范围内利用实验设计方法设置多组模拟仿真实验，得到模拟仿真工艺参数；根据模拟仿真工艺参数利用CFD模型进行模拟仿真实验，得到模拟仿真结果。3.根据权利要求1所述一种MOCVD设备生长结果异常溯源方法，其特征在于，所述基于神经网络模型将异常生长结果与工艺参数进行匹配，得到异常工艺参数这一步骤，具体包括：基于控制变量法设置多组工艺参数值；将工艺参数值依次输入神经网络模型，得到预测结果；基于均方误差公式将预测结果与异常生长结果进行比较，得到最小均方误差值；基于概率公式对不同工艺参数的最小均方误差值进行计算，得到异常工艺参数。4.根据权利要求3所述一种MOCVD设备生长结果异常溯源方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王钢，王杰，裴艳丽，罗铁成，何宜聪，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：