[发明专利]物理气相薄膜沉积工艺中控制薄膜沉积速率的模型补偿方法

说明书

技术领域

本发明属于微电子技术领域，具体涉及一种物理气相沉积工艺的薄膜沉积速率的控制方法。

背景技术

物理气相薄膜沉积工艺通常用于制备高质量导电薄膜材料，对薄膜厚度和材料性质都需要精确控制。但是薄膜的沉积速率会随着靶材的消耗发生明显偏移，从而影响到对薄膜厚度的精确控制，同时造成材料的内在性能及其器件特性偏离设计要求。已有技术中，对于薄膜的沉积速率进行实时监测和动态补偿是获得稳定薄膜沉积速率的一种有效方法，但是这种动态反馈补偿系统成本较高，而且在线测量薄膜的厚度不仅影响机器生产效率，还可能给产品带来无法修复的破坏。公知的采用定期离线测机和调整镀膜时间参数的方法来校正薄膜厚度，也会造成机器使用效率的下降和工艺成本的上升。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种物理气相薄膜沉积工艺中控制薄膜沉积速率的模型补偿方法，在不降低机器使用效率的前提下，提高薄膜的厚度均匀性和薄膜性能的稳定性，减小不同批次产品之间性能的差异。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明物理气相薄膜沉积工艺中控制薄膜沉积速率的模型补偿方法的特点是按以下步骤进行：

步骤一：按以下测机方法获得薄膜沉积速率R；

选定工艺程式，设置所述工艺程式中包括镀膜时间t和靶材距离d在内的可调工艺参数为基准值，其中镀膜时间t的基准值取值为t₀，补偿对象工艺参数X取值为X_i，记录X_i和与靶材消耗相关的历史记录参数T的数值T_i；把测量基片导入镀膜机，执行所述工艺程式，在测量基片上沉积薄膜材料；使用离线薄膜厚度测试装置测量薄膜厚度D_i，计算与X_i和T_i相对应薄膜沉积速率R_i的数值为D_i/t₀；

步骤二：按照步骤一所述的测机方法，每测机一次得到一个包含测机条件和测机结果的测机数据点，其中测机条件记录为(X_i，T_i)，测机结果记录为R_i，测机数据点以三维行向量形式记录为(X_i，T_i，R_i)；改变测机条件，在不同的靶材消耗情况下测机，记录对应的历史记录参数T_j，并改变补偿对象工艺参数X的取值为X_j，得到一组测机条件，重复执行步骤一所述的测机方法n次，相应得到n个测机数据点，其中数值n不少于25；

步骤三：由所述步骤二得到的测机结果是一个由n个行向量组成的向量组，记录为：(X_i，T_i，R_i)|_{i＝1，2，...n}，以所述向量组按式(1)建立数学模型；

R＝aX+p₃T³+p₂T²+p₁T+R₀                                            (1)

式(1)中a，p₃，p₂，p₁和R₀为待定的模型常数，其数值的计算方法为两步最小二乘法回归拟合：第一步是线性回归获得自变量X的模型常数a；第二步是3阶多项式回归，获得模型常数p₃，p₂，p₁和R₀；

步骤四：根据步骤三得到的数学模型，按式(2)计算补偿系数k₃、k₂和k₁，