一种半导体镀膜电源的柔性匹配控制系统与工艺方法

本发明涉及一种半导体镀膜电源的柔性匹配控制系统与工艺方法，属于半导体镀膜电源的柔性匹配控制。

背景技术：

1、以常规气相沉积过程中的气体电离为例，为使硅片的钝化更强，所生成的膜更加致密，目前采用的是直接等离子体方式以及如图3所示的双悬浮电极技术，能更有效的降低对本身设备及其它设备的电磁干扰，具有更好的电对称性和更稳定的放电环境。气相沉积技术常用于集成电路和光伏电池等半导体镀膜环节，在工艺制造的过程中，常使用基于射频系统的半导体镀膜电源辉光放电将气体分解电离，以等离子体的形式快速发生反应，从而生成薄膜。半导体镀膜电源以连接电极的方式与负载相接触，运行过程中在功率和负载阻抗确定的情况下，电源输出的电流、电压是相对稳定的，当负载阻抗发生变化时，电源的功率、电流、电压亦会随之改变，当偏差过大时则会报警停机。而硅片隐裂、在运输或高温形变时产生碎片或变形、相邻两个电极的硅片触碰、硅片部分未插进卡点、载片机构（如石墨舟）受热或力形变导致两电极间距离变短、电荷聚焦都是导致负载阻抗变化的因素。因为离子是参与导电的，所以气体的电离程度也影响着整个系统阻抗。以电源输出的电流为例，当电流偏小时，离子数量少，气体没有充分电离，而电流偏大时，又会容易造成击穿。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提出了一种半导体镀膜电源的柔性匹配控制系统与工艺方法，制造过程中，每层薄膜制备的反应气体流量和压力是一定的，半导体镀膜电源射频气体放电，电子作振荡运动，二次电子将产生更多碰撞电离，反应腔室中的射频放电等离子电荷密度与电子/离子浓度会随着时间增加。通过控制电源的输出使气体的电离程度与负载阻抗变化相匹配，可有效地保证整个工艺过程完整地进行，减少因中断而带来的损失，实现降本增效。

2、同时，从能量守恒的角度考虑，只需将电流控制在上下范围内，采用峰值电流控制，通过稳定的电压值计算输出功率并由算法转换成一个电流控制指令，通过与设置的功率值做功率补偿，就可以保证半导体镀膜电源保持工作状态直到结束。

3、为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

4、一种半导体镀膜电源的柔性匹配控制系统，包括参数设置区、半导体镀膜电源和负载：

5、所述参数设置区用于配置和调整半导体镀膜电源工作参数的区域，包括电源的输出电流、电压、工作频率和电流峰值关键参数的设置，通过参数设置区配置工作参数；

6、所述半导体镀膜电源使电源在电流峰值范围内正常工作、检测到输出电流瞬时值超出预设电流峰值时则做电流抑制、进行峰值电流控制、触发报警停机以及完成镀膜，包括控制模块和检测模块，所述参数设置区连接控制模块，控制模块根据参数设置区的预设进行正常工作，所述控制模块连接检测模块，检测模块将收集到的运行参数传送给控制模块，控制模块根据设定程序进行调整修正，维护半导体镀膜电源的安全运行；

7、所述控制模块：负责整体控制和调节功率输出，根据参数设置区的设定和检测模块的反馈，灵活调整输出以实现对负载的精准匹配，以满足负载的需求；

8、所述检测模块：监测半导体镀膜电源工作状态的模块，实时检测输出电流和电压参数的变化情况；当检测到输出电流瞬时值或其他参数超出预设范围时，将检测到的输出电流、电压等信息反馈给控制模块，触发异常处理机制，包括电流抑制和停机保护措施，实时进行动态调整，确保系统在异常情况下的可控操作，维护系统稳定性；

9、所述负载是半导体镀膜电源输出能量的接收端，其电能需求随时间变化。

10、该系统通过参数设置区配置工作参数，半导体镀膜电源内部的控制模块负责整体功率输出的调控，而检测模块则监测系统状态并采取相应的异常处理措施，以确保在不同工作条件下对负载进行柔性匹配控制。

11、作为本发明系统进一步改进，所述半导体镀膜电源以连接电极的方式与负载相接触，其能确保工作过程中在功率和负载阻抗确定的情况下，电源输出的电流、电压相对稳定。

12、作为本发明系统进一步改进，所述半导体镀膜电源的控制模块通过峰值电流控制来确保电流控制在上下范围内，通过稳定的电压值计算输出功率并由算法转换成一个电流控制指令，与设置的功率值做功率补偿，保证所述半导体镀膜电源保持工作状态直到结束。

13、作为本发明系统进一步改进，所述半导体镀膜电源的柔性匹配控制系统还设有报警停机机制，当负载阻抗发生变化且偏差过大时，触发报警停机。

14、作为本发明系统进一步改进，根据负载不同以及电能需求不同，所述半导体镀膜电源能够根据参数设置区的设定灵活调整输出，实现对负载的精准匹配，以确保稳定的电能供应。

15、本发明提供所述半导体镀膜电源的柔性匹配控制系统的工艺方法，具体步骤如下：

16、s0：初始化设置n=0，k=0,其中n是输出电流瞬时值超过输出电流的峰值的次数，k是实际电流值超过电流阈值的次数；

17、s1：启动半导体镀膜电源，设置停息时间；

18、s2：开始工艺，记录正常工作时的输出电压；

19、s3：电源在输出电流的峰值范围内正常工作，当检测到输出电流瞬时值超出预设电流峰值时，令n=n+1，若n=1，则做电流抑制，若抑制无效，即n>1，则关闭电源输出数十毫秒，对应停息时间，之后再继续放电；

20、s4：若按照第s3步处理，若检测到输出电流瞬时值仍超过电流峰值，即n>2，则停止工作；如果成功，则计算抑制时间内的输出功率和将之与时间内的功率设定值和相比较，计算差值；

21、s5：将第s4步的差值的绝对值与剩余时间和输出电压值相除得到剩余电流补偿值；

22、s6：电源继续工作，电流峰值临时加入剩余电流补偿值得到电流阈值，输出电流为实际值加剩余电流补偿值，若不超过电流阈值，即k=0，则直至镀膜完成，若超出电流阈值，即k=1，则关闭电源输出数十毫秒，对应停息时间，之后再继续放电，如果数值还是超出，即k>1，马上停止工作。

23、半导体镀膜电源工作过程中通过多次检测和比较输出电流异常情况，采取电流抑制和动态功率调整的控制策略，以确保系统稳定运行并在异常情况下实现可控的停机保护。

24、本发明柔性匹配控制技术的具体控制流程为初始化设置输出电流瞬时值超过峰值的次数（n）和实际电流值超过电流阈值的次数（k），并启动电源设定停息时间。随后，开始工艺并记录正常工作时的输出电压。在工作过程中，电源在输出电流的峰值范围内正常运行，若检测到输出电流瞬时值首次超出预设电流峰值，则进行电流抑制；若抑制无效，即n>1，则关闭电源输出一段时间后再继续放电。若多次检测到输出电流瞬时值超过电流峰值（n>2），则停止工作；如果成功，则计算抑制时间内的输出功率，并与设定值比较，得出差值。通过将差值的绝对值与剩余时间和输出电压值相除，计算得到剩余电流补偿值。随后，电源继续工作，将电流峰值临时加入剩余电流补偿值得到电流阈值，输出电流为实际值加剩余电流补偿值。若不超过电流阈值（k=0），则持续进行镀膜直至完成；若超出电流阈值（k=1），则关闭电源输出一段时间后再继续放电，如果数值再次超出（k>1），则立即停止工作。这一控制过程通过多次检测和动态调整，保障了系统的稳定运行，并在异常情况下实现可控的停机保护，确保半导体镀膜电源在工艺制造中的安全性和稳定性。

25、本发明可通过控制电源的输出使气体的电离程度与负载阻抗变化相匹配，可有效地保证整个镀膜过程完整地进行，减少因电流峰值超限而带来的损失，实现降本增效。

26、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

27、精准匹配负载需求：通过参数设置区的设定，半导体镀膜电源能够根据负载的不同电能需求进行灵活调整输出，实现对负载的精准匹配。这样可以确保在不同工艺条件下，电源能够提供稳定而有效的电能供应。

28、稳定输出电流和电压：采用连接电极的方式确保在工作过程中在功率和负载阻抗确定的情况下，电源输出的电流和电压相对稳定。这有助于维持镀膜工作过程的稳定性，防止因电流和电压波动而引起的设备损坏等问题。

29、峰值电流控制：通过峰值电流控制，确保电流在上下范围内，避免电流过小导致电离不充分，或电流过大导致击穿等问题。这有助于维持等离子体的稳定发生，提高镀膜质量。

30、报警停机机制：设有负载阻抗发生变化且偏差过大时的报警停机机制，能够及时响应异常情况，避免设备故障或不安全操作。

31、动态功率调整：通过动态计算输出功率并与设定的功率值比较，实现对功率的动态调整。这有助于在抑制过程中进行补偿，保证系统在异常情况下依然能够稳定运行。