基于深度信念网络的半导体硅单晶生长状态监测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于深度信念网络的半导体硅单晶生长状态监测方法，首先建立直拉硅单晶生长过程模型；然后基于硅单晶生长模型构建二输入多输出的硅单晶生长仿真系统，选取合适的硅单晶生长仿真系统的输出变量经过数据处理，最后将选取的输出变量输入到状态监测模型，构建状态监测指标，完成DBN网络模型的训练和状态监测模型的构建，然后将硅单晶生长运行过程输出数据输入到训练好的网络模型中，通过对输出状态指标的比较，最终判断硅单晶生长过程运行状态是否正常。本发明专利技术解决了现有技术中存在的硅单晶生长过程运行状态不能被及时监测，导致硅单晶生长效率低、品质差的问题。品质差的问题。品质差的问题。

【技术实现步骤摘要】
基于深度信念网络的半导体硅单晶生长状态监测方法


[0001]本专利技术属于半导体硅单晶生长过程状态监测
，具体涉及一种基于深度信念网络的半导体硅单晶生长状态监测方法。

技术介绍

[0002]硅单晶材料是集成电路芯片最重要的基础性材料。芯片制程的不断演进，使硅单晶材料向着大尺寸、高品质的方向发展，因此需要从晶体生长设备到生长工艺各个方面进行优化升级。在这一过程中，对晶体生长过程状态监测是实现生长高品质硅单晶材料的必要条件。熔体温度、熔体高度、晶体生长速度等状态异常会直接导致晶体的位错缺陷，降低生长效率和晶体品质，对上述多个状态变量进行监测是反映晶体生长状态是否正常的有效途径。
[0003]硅单晶生长是一个复杂的物理过程，在这样一个多场多相耦合，真空高温的环境下，如何建立多状态、多输出量的硅单晶生长模型并分析过程参数和变量的数据，提取数据内部隐含的信息和特征，实现智能化的晶体生长过程状态监测，是提高晶体生长效率与晶体品质的一个难题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种基于深度信念网络的半导体硅单晶生长本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于深度信念网络的半导体硅单晶生长状态监测方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1、建立直拉硅单晶生长过程模型；步骤2、基于硅单晶生长模型构建二输入多输出的硅单晶生长仿真系统，选取合适的硅单晶生长仿真系统的输出变量经过数据处理，作为步骤3构建的SM
‑
DBN模型的输入；步骤3、设计SM
‑
DBN模型，将步骤2中选取的输出变量输入到状态监测模型，构建状态监测指标，完成DBN网络模型的训练和状态监测模型的构建，然后将硅单晶生长运行过程输出数据输入到训练好的网络模型中，通过对输出状态指标的比较，最终判断硅单晶生长过程运行状态是否正常。2.根据权利要求1所述的基于深度信念网络的半导体硅单晶生长状态监测方法，其特征在于，所述步骤1具体按照以下步骤实施：步骤1.1、根据晶体生长过程中的能量平衡模型、流体力学和几何学模型建立包括热传输模型和几何模型的硅单晶生长模型；步骤1.2、建立热传输模型，假设加热器对外释放的所有能量均被转移到坩埚中，没有其他能量损耗，加热器和坩埚温度在整个三维空间中是均匀的，根据加热器能量守恒关系，加热器温度随时间的变化量的方程为：其中，加热器到坩埚热辐射传输速率q
hc
为：q
hc
＝A
c
σ(T
h4
‑
T
c4
) (2)C
h
是加热器热容，P
in
是加热器功率，A
c
是坩埚表面积，σ是Stefan
‑
Boltzmann常数，T
h
是加热器温度，T
c
是坩埚温度；根据坩埚内的能量守恒关系，坩埚温度随时间的变化量的方程为：其中，C
c
是坩埚热容，q
co
是坩埚到环境的热辐射传输速率，q
cs
是坩埚到熔体的热辐射传输速率，q
cm
是坩埚到熔体的热传导传输速率；根据熔体能量和质量守恒关系，熔体温度随时间的变化量的方程为：其中，C
m
是熔体热容，q
so
是熔体到环境的热传输速率，q
m
是熔体到弯月面的热传输速率，是熔体高度的变化率，T
m
是熔体温度，H
m
是熔体高度；在生长界面处，晶体生长速度根据熔体流入生长界面处的热量Q
mI
与生长界面流入晶体热量Q
Ii
的差值计算，这部分热量的差值就是晶体结晶释放的热量，那么晶体生长的速度V
g
根据能量守恒关系式得到：
其中，H
f
是结晶潜热，ρ
s
是晶体密度，q
Ii
是固液界面到晶体的热传输速率，q
mI
是熔体到固液界面的热传输速率，R
i
是晶体半径；步骤1.3、建立几何模型：根据固液界面的质量守恒条件，熔体高度随时间的变化量的方程为：其中，V
p
是晶体提拉速度，是弯月面高度的变化率，ρ
m
是熔体密度，R
c
是坩埚半径；用晶体半径和倾斜角表示弯月面高度H
men
为：其中，a为毛细管长度，也称Laplace常量，与弯月面表面张力γ
le
和熔体密度有关，a的值为α0是晶体生长角，α
c
是晶体倾斜角；由式(7)求导得根据弯月面处的几何关系得到晶体半径随时间的变化量和生长速度V
g
的关系：倾斜角的变化会引起晶体直径的变化，倾斜角随时间的变化通过下式计算：其中：其中：其中：
V
cruc
是坩埚升速；根据晶体生长速度，晶体长度随时间的变化为：上述硅单晶生长过程相关状态变量的热传输模型和几何模型共同构成直拉硅单晶生长过程模型。3.根据权利要求2所述的基于深度信念网络的半导体硅单晶生长状态监测方法，其特征在于，所述步骤1.3中α0取值为11
°
。4.根据权利要求2所述的基于深度信念网络的半导体硅单晶生长状态监测方法，其特征在于，所述步骤2具体按照以下步骤实施：步骤2.1、对放肩到等径生长阶段的硅单晶生长过程进行仿真，在Matlab/Simulink环境下搭建出硅单晶生长仿真系统，仿真系统由三层子系统组成，第一层子系统直接显示了仿真系统总的输入输出，输入为P
in
和V
p
，输出为T
h
、T
c
、T
m
、H
m
、R
i
、α
c
、V
g
、L、H
men
，第二层处理熔体和晶体之间的热通量以及晶体生长倾斜角的仿真；第三层为公式和各种参数数据的细节，通过搭建好的硅单晶生长仿真系统可得出各状态变量的实时数据；步骤2.2、选取加热器温度T
h
，坩埚温度T
c
，熔体温度T
m
，晶体半径R
i
，晶体生长速度V
g
，熔体高度H
m
和晶体旋转速度V
ir
，坩埚旋转速度V
cr
作为步骤3中建立的SM
‑
DBN模型的输入，对步骤2.1中建立的硅单晶仿真系统进行状态监测；步骤2.3、建立8维样本数据X，每维代表晶体生长过程变量：步骤2.3、建立8维样本数据X，每维代表晶体生长过程变量：为仿真时间在第n秒时加热器温度的值，为仿真时间在第n秒时坩埚温度的值，为仿真时间在第n秒时熔体温度的值，为仿真时间在第n秒时晶体半径的值，为仿真时间在第n秒时晶体生长速度的值，为仿真时间在第n秒时晶体旋转速度的值，为仿真时间在第n秒时坩埚旋转速度的值，为仿真时间在第n秒时熔体高度的值，n∈R；步骤2.4、对公式17中...

【专利技术属性】
技术研发人员：穆凌霞，刘丁，刘宇宇，宋泽众，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：