Mocvd控制程序及器件结构生成的模拟系统及方法

专利名称：Mocvd控制程序及器件结构生成的模拟系统及方法
技术领域：
本发明涉及半导体的工业制造领域，尤其涉及一种金属有机化学气相沉积设备控
制程序及生成器件结构的模拟系统和方法。
背景技术：
金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术在半导体行业有广泛的应用，采用不同的金属有机化合物(MO)、气及掺杂源，利用其所生长的材料几乎涵盖了所有常规半导体。由于MOCVD所生长的材料具有完美的质量，且可以方便地实现薄层结构的可控制备，目前使用的各波段的半导体激光器、LED、高效太阳能电池、探测器等器件大多都是使用这种方法。
目前国际上的MOCVD厂商生产的设备都是采用电脑控制，只需在电脑终端输入规范的控制信息就可以实现设备的流程运行控制，生长出合理的器件结构。主流MOCVD设备商如Aixtron和Veeco的程序都提供文本命令输入，用户在熟悉设备的参数后，根据相应的材料结构设计符合语法的文本控制程序，检查无误后启用该控制程序，设备就会按照程序设计好的流程自动运行。 但在多层结构的材料生长中，特别是生长过程中需要使用很多不同的金属、气以及掺杂源并且需要频繁地改变生长条件的情况下，控制程序的流程会非常复杂，语句的数量也变的很多，分析起来非常不方便。特别是设计新结构的时候，控制程序会存在不少错误，尤其在各种阀门的控制方面，会出现某些疏漏，从而导致程序检查的过程非常繁琐和花费时间，如果有工具能够辅助工作人员进行设计，将大大地加快设计流程，并且保证控制程序不会出现错误。

发明内容
鉴于上述现有技术MOCVD设备在半导体工业制造中的诸多缺陷，本发明的目的在
于提供一种MOCVD控制程序及器件结构生成的模拟系统及方法，通过灵活的软件系统，辅
助MOCVD控制程序的设计，模拟程序的运行，以及验证运行结果。 本发明的第一个目的得以实现的技术方案是 MOCVD控制程序及器件结构生成的模拟系统，其特征在于包括 用于分别输入设备参数、器件结构参数及MOCVD控制程序并转换成内部数据，且
相互分立的第一输入模块、第二输入模块和第三输入模块； 用于转换模拟所得的内部数据并分别输出器件结构参数及MOCVD控制程序的第一输出模块和第二输出模块； 用于根据内部数据模拟MOCVD运行，给出各种状态的模拟运行模块；
以及与这些分立的模块通过双向数据相连的核心数据模块。 进一步地，前述的MOCVD控制程序及器件结构生成的模拟系统，还包括一个功能扩展模块，基于核心数据模块提供的软件和硬件的规范接口 ，向系统输入更多参数以获取扩展性功能，所述功能扩展模块与核心数据模块通过双向数据相连。
本发明的第二个目的得以实现的技术方案是 MOCVD控制程序及器件结构生成的模拟方法，其特征在于利用所述第一输入模块、第二输入模块及第三输入模块向模拟系统分别输入MOCVD设备的设定参数、器件结构参数及MOCVD控制程序，并转换成内部数据；再通过核心数据模块调制收发各模块的数据，利用模拟运行模块模拟并输出MOCVD运行的各状态信息、利用第一输出模块输出器件名称及其结构与参数、以及利用第二输出模块输出适于在MOCVD控制电脑上运行的程序。
进一步地，前述的MOCVD控制程序及器件结构生成的模拟方法，其中，
模拟运行模块按照从核心数据模块处获得的MOCVD设备运行流程，时序地模拟MOCVD设备的运行状态及生长的材料的性能，并实时地输出，或者待模拟结束后一次性输出。 各输入模块的输入方式包括以文件形式读取存储在计算机可读介质上的数据、
通过交互输入设备输入的数据以及通过标准接口传输的数据中的一种或多种兼用。 各输出模块的输出方式包括将数据输出到计算机可读介质上进行存储、将数据
从交互输设备上直观输出以及通过标准接口传输的数据中的一种或多种兼用。 更进一步地，前述的MOCVD控制程序及器件结构生成的模拟方法的输入方式中，
在计算机可读介质上进行读写的数据以二进制文件或文本文件形式存储；而所述标准接口包括USB、1394、红夕卜、蓝牙、有线以太网口、无线以太网口、各种串口、并口 ；所述通过标准
接口传输的数据是利用相应接口的传输协议包装的可识别数据序列。 再进一步地，前述的MOCVD控制程序及器件结构生成的模拟方法，其交互输入方式包括键盘输入、鼠标点选、CCD扫描成像、触摸品点击、麦克风采集音频或操作杆操控；而交互输出方式包括计算机显示器显示、LED灯指示、音频接口输出音频、打印机直接输出纸张图形或文字。 本发明设计的模拟系统及方法应用实施后，其突出的有益效果体现为 通过软件系统可以自动生成和分析MOCVD的控制程序，模拟MOCVD设备的运行状
态，使材料生长控制程序的设计工作变得简单易行。也为初学者的模拟实践或者学习软件
提供了有效途径。


图1是本发明模拟系统的结构拓扑图； 图2是本发明器件结构参数的层次结构示意图。
具体实施例方式
如图1所示，本发明MOCVD控制程序及器件结构生成的模拟系统主要分为七个功能模块，分别为 參第一输入模块(设备参数输入模块)用于输入一些MOCVD设备的设定参数，以便模拟MOCVD的运行以及生成控制程序或者器件结构。 參第二输入模块(器件结构输入模块)通过此模块输入需要的器件，例如各层材料，厚度，掺杂等，并转换成内部数据。 參第三输入模块(控制程序输入模块)通过此模块输入MOCVD控制程序，并转换成内部数据。
參第一输出模块(器件结构输出模块)将内部数据转换成器件结构输出。
參第二输出模块(控制程序输出模块)将内部数据转换成可在M0CVD控制电脑 上运行的程序并输出。
參运行模拟模块根据内部数据，模拟MOCVD运行，给出各种状态。 參核心数据模块与上述该些分立模块分别通过双向数据相连，用于存放内部数
据并检查数据的合理性 此外，该模拟系统还可以包括一功能扩展模块，基于核心数据模块提供的软件和 硬件的规范接口 ，向系统输入更多参数以获取扩展性功能，所述功能扩展模块与核心数据 模块通过双向数据相连。
纵向而具体地来看其中的该些模块 该第一、第二和第三输入模块的输入方式具有如下共同点以文件形式读取存储 在计算机可读介质上的数据、通过交互输入设备输入的数据以及通过标准接口传输的数 据。 首先、可以是存储在计算机可读介质上的数据，可读介质包括磁带、磁盘、软盘、光 盘、磁光盘、R0M、 PR0M、 CD、 VCD、 DVD和U盘。以文件的形式读取上述介质上的数据，文件存 放的是二进制或者文本数据，数据具可控性和有序性，例如以数型图，字典或者哈希表的形 式存储； 其次、可以是从交互输入设备上交互输入数据，包括键盘、鼠标、CCD、麦克风、触摸 屏、操纵杆和扫描仪。交互输入的数据可以是字符串，对图形界面的移动或点击等操作，图 像，音频序列； 再次、可以是从标准接口传输的数据，包括USB、1394 口 、红外接口 、蓝牙、有线以 太网口 、无线以太网口 、各种串口和并口 。从标准接口输入的数据是利用相应接口的传输协 议包装的可识别的数据序列。 该第一、第二输出模块的输出方式也具有如下共同点将数据输出到计算机可读 介质上进行存储、将数据从交互输设备上直观输出以及通过标准接口传输的数据。
—方面、可以将数据输出到计算机可读介质上，可读介质包括磁带、磁盘、软盘、光 盘、磁光盘、R0M、 PR0M、 CD、 VCD、 DVD和U盘。输出到存储介质的数据以二进制文件或者文 本文件形式存放，，数据具可控性和有序性，例如以数型图，字典或者哈希表的形式存储；
另一方面、可以是从交互输出设备上输出数据，包括电脑屏幕、LED指示灯、音频接 口和打印机。交互输出的数据，可以是随时间变化的图形界面，字符，LED的亮暗，音频数据， 打印到纸张上的图形或字符； 又一方面、可以是将数据输出到标准接口，包括USB、1394 口、红外接口、蓝牙、有 线以太网口 、无线以太网口 、各种串口和并口 。从标准接口输出的数据是利用相应接口的传 输协议包装的可识别的数据序列。 需要注意的是，上述这些输入输出方式在各模块的应用中，可以单独使用一种，也
可以多种方式混合使用，视具体允许条件自由选配。 横向而具体地来看其中的该些模块 该第二输入模块和第一输出模块通过上面提到的方式分别输入和输出有相同格式和逻辑的数据，该格式具有层次性(如图2所示)，并且每一层的关键词和对应的控制量
配对，例如
注释定义了一个叫做SolarCell的结构，该结构由两层组成； emitter层的材料为GaAs，50纳米厚，掺1E18/cm3碳元素；base层 的材料为GaAs，500纳米厚，掺1E17/cm3碳元素； 在此基础上，以上数据的格式可以是Silcavo、 Medici等公司的半导体模拟软 件的标准输入结构，可以在对应的公司的模拟系统上运行；也可以是CGNS(CFD General Notation System)兼容的格式，可以用Tecplot等通用软件进行分析。第一输出模块输出 的数据能够被商用TCAD软件用来模拟器件性能。例如MOCVD反应室的最高温度和最大压 强，各种源的裂解温度，材料生长速度随温度，压强和各种源的分压的变化系数等。数据的 组织方式可以采用结构输入模块的方式。 该第三输入模块和第二输出模块通过上面提到的方式输出模块分别输入和输出 有相同格式和逻辑的数据，该数据满足Aixtron和Veeco等商用设备的控制源程序的语法， 例如Aixtron的一段源代码
parameterS咖Flow = 100 ; layer{
1〃 Init〃 ，H3.sourcefollow(SumFlow_AsH3. source); 10〃 St印l〃 ， AsH3. source = 50 ; 10〃 St印2〃 ， AsH3. source = 75 ; 50〃 End" ，AsH3. sourceto30 ; 30sec， AsH3. pushrampsin50sec 该代码要求所有的元素必须和硬件实体和硬件的状态对应，如SumFlow表示气路 中气体的总流量，H3对应一个氢气源，AsH3对应一个砷源，H3. source是氢气源的流量；此 外还包含计算、判断、跳转等仪器自动运行所必须的操作。第二输出模块输出到存储介质上 的M0CVD控制程序文件数据无需经过转换，直接能够被用于M0CVD控制的计算机读取，用来 控制M0CVD设备运行，生长出相应的材料和器件结构。 该第一输入模块读取材料和MOCVD设备的基本参数，这些参数必须反映各种材 料，M0CVD的真实性能，以保证M0CVD控制程序输出模块输出的数据用来控制M0CVD运行时 不会损坏设备并生长出预期的器件结构。
StructureLabel =' SolarCellCN 5/5页 该模拟运行模块从核心数据模块取得数据，按照实际M0CVD仪器的运行流程进行 时序的模拟MOCVD仪器的运行状态，生长的材料的性能，并实时的输出，或者模拟结束后一 次性输出。 实时输出的方式可以是按时间顺序输出字符串，提示MOCVD在某时刻所处的状 态，比如"t = 1:50， reactor, temp = IOO(TC "说明在MOCVD运行1分50秒后，反映室的温 度为IOOO度；也可以是在表示仪器结构和状态的图形面板上，利用颜色或者数值，字符实 时的现实各个状态参数的变化。 该核心数据模块和其他模块以规范的方式交换数据，交换的方式包括软件通过 接口和硬件接口 。软件上提供格式固定的接口函数，硬件上通过标准接口 ，包括USB、 1394 口、红外接口、蓝牙、有线以太网口、无线以太网口、各种串口，并口等；数据的格式是数型 图，字典或者哈希表等。 该功能扩展模块基于核心数据模块提供的各种软件和硬件的规范接口，向系统 内输入更多的系统参数和材料参数，并得到扩展性的功能。例如，输入各种材料的力学系 数，光学系数，输出激光反射曲线。输入输出的方式和上面的相同。例如在液晶屏上显示如 下曲线。 通过这七个模块之间的相互配合，该软件系统可以实现以下功能根据输入的器 件结构，自动生成MOCVD文本控制程序；检查程序的合理性；根据输入的文本控制程序，自 动生成最终的器件结构；根据器件结构或者文本控制程序模拟MOCVD的运行状态；运行状 态包括MOCVD气路面板的所有信息，在位应力，在位反射等一切监控设备的信息。
在此基础上，该软件还支持Aixtron、Veeco和thomas swan公司的控制程序语法； 支持其他公司设备的控制程序语法；可运行于Microsoft windows系列系统，Unix系统， Li皿x系统以及Mac系统；运行于其它嵌入式系统；程序的功能界面可以是图形界面，也可 以是命令行界面；程序功能可以扩展，可直接连接并控制MOCVD。
权利要求
MOCVD控制程序及器件结构生成的模拟系统，其特征在于包括用于分别输入设备参数、器件结构参数及MOCVD控制程序并转换成内部数据，且相互分立的第一输入模块、第二输入模块和第三输入模块；用于转换模拟所得的内部数据并分别输出器件结构参数及MOCVD控制程序的第一输出模块和第二输出模块；用于根据内部数据模拟MOCVD运行，给出各种状态的模拟运行模块；以及与这些分立的模块通过双向数据相连的核心数据模块。
2. 根据权利要求1所述的MOCVD控制程序及器件结构生成的模拟系统，其特征在于 所述模拟系统还包括一个功能扩展模块，基于核心数据模块提供的软件和硬件的规范接 口，向系统输入参数以获取扩展性功能，所述功能扩展模块与核心数据模块通过双向数据 相连。
3. MOCVD控制程序及器件结构生成的模拟方法，其特征在于利用所述第一输入模块、 第二输入模块及第三输入模块向模拟系统分别输入MOCVD设备的设定参数、器件结构参数 及MOCVD控制程序，并转换成内部数据；再通过核心数据模块调制收发各模块的数据，利用 模拟运行模块模拟并输出MOCVD运行的各状态信息、利用第一输出模块输出器件名称及其 结构与参数、以及利用第二输出模块输出适于在MOCVD控制电脑上运行的程序。
4. 根据权利要求3所述的M0CVD控制程序及器件结构生成的模拟方法，其特征在于 所述模拟运行模块按照从核心数据模块处获得的MOCVD设备运行流程，时序地模拟MOCVD 设备的运行状态及生长材料的性能，并实时地输出，或者待模拟结束后一次性输出。
5. 根据权利要求3所述的M0CVD控制程序及器件结构生成的模拟方法，其特征在于 所述各输入模块的输入方式包括以文件形式读取存储在计算机可读介质上的数据、通过 交互输入设备输入的数据以及通过标准接口传输的数据中的一种或多种兼用。
6. 根据权利要求3所述的MOCVD控制程序及器件结构生成的模拟方法，其特征在于所述各输出模块的输出方式包括将数据输出到计算机可读介质上进行存储、将数据从交互输设备上直观输出以及通过标准接口传输的数据中的一种或多种兼用。
7. 根据权利要求5或6所述的MOCVD控制程序及器件结构生成的模拟方法，其特征在 于所述在计算机可读介质上进行读写的数据以二进制文件或文本文件形式存储。
8. 根据权利要求5或6所述的MOCVD控制程序及器件结构生成的模拟方法，其特征在 于所述标准接口包括USB、1394、红夕卜、蓝牙、有线以太网口、无线以太网口、各种串口、并 口 ；所述通过标准接口传输的数据是利用相应接口的传输协议包装的可识别数据序列。
9. 根据权利要求5所述的MOCVD控制程序及器件结构生成的模拟方法，其特征在于 所述交互输入方式包括键盘输入、鼠标点选、CCD扫描成像、触摸品点击、麦克风采集音频或 操作杆操控。
10. 根据权利要求6所述的MOCVD控制程序及器件结构生成的模拟方法，其特征在于 所述交互输出方式包括计算机显示器显示、LED灯指示、音频接口输出音频、打印机直接输 出纸张图形或文字。
全文摘要
本发明揭示了一种MOCVD控制程序及器件结构生成的模拟系统及方法，包括用于分别输入设备参数、器件结构参数及MOCVD控制程序的第一输入模块、第二输入模块和第三输入模块；用于转换模拟所得的内部数据并分别输出器件结构参数及MOCVD控制程序的第一输出模块和第二输出模块；用于根据内部数据模拟并给出MOCVD运行各种状态的模拟运行模块；以及与这些分立的模块通过双向数据相连的核心数据模块。通过核心数据模块调制收发各模块的数据，模拟并输出MOCVD运行的各状态信息、利用第一输出模块输出器件名称及结构参数、以及利用第二输出模块输出适于在MOCVD控制电脑上运行的程序。使材料生长控制程序的设计工作变得简单，也为初学者的模拟实践或者学习软件提供了有效途径。
文档编号G05B19/04GK101702082SQ20091003431
公开日2010年5月5日 申请日期2009年8月21日 优先权日2009年8月21日
发明者杨辉, 熊康林, 董建荣, 陆书龙 申请人:苏州纳米技术与纳米仿生研究所