離子注入高壓電源脈沖波形遺傳算法優化

離子注入技術是半導體制造中實現精準摻雜的核心工藝，離子注入高壓電源輸出的脈沖波形參數（如幅值、脈寬、上升沿 / 下降沿時間）直接影響離子束的能量分布與注入劑量均勻性。傳統脈沖波形設計多采用經驗法或單一目標優化，難以兼顧多性能指標，導致離子注入過程中易出現劑量偏差、晶圓損傷等問題。遺傳算法作為一種全局優化算法，可有效解決脈沖波形多參數協同優化問題，提升電源輸出特性與離子注入效果。
優化過程需分三步實施：首先構建脈沖波形評價體系，確定核心優化目標為 “脈沖幅值穩定性（偏差 < 0.5%）、上升沿時間（<10μs）、劑量均勻性（誤差 < 1%）”，并建立各目標的量化數學模型，將波形參數與性能指標關聯；其次設計遺傳算法優化流程，初始化包含脈沖幅值、脈寬、開關管觸發時間等參數的種群（種群規模設為 50-100），以評價體系中的多目標函數為適應度函數，通過選擇（輪盤賭法）、交叉（單點交叉，交叉概率 0.8）、變異（變異概率 0.01）操作，迭代優化種群，直至獲得最優參數組合；最后通過仿真與實驗驗證，將優化后的參數導入電源控制模塊，采用示波器與離子劑量檢測儀實時監測波形與注入效果，調整算法參數以適應不同離子（如 B、P、As）的注入需求。
對比傳統優化方法，遺傳算法優化后的脈沖波形具有顯著優勢：脈沖幅值波動從 1.2% 降至 0.4%，上升沿時間從 15μs 縮短至 8μs，離子注入劑量均勻性誤差從 1.8% 降至 0.9%。在 12 英寸晶圓離子注入工藝中，優化后的電源可使芯片摻雜區域的電阻率一致性提升 20%，有效降低晶圓報廢率，為半導體器件的高性能化與微型化提供關鍵技術保障。