幹氧擴散過程中氧在矽基片中擴散係數的確定方法
2023-10-05 23:34:34
幹氧擴散過程中氧在矽基片中擴散係數的確定方法
【專利摘要】本發明提供了一種幹氧擴散過程中氧在矽基片中擴散係數的確定方法，來獲得二氧化矽的膜厚。本發明不再通過不斷進行實驗，直至二氧化矽的膜厚達到要求的方法。而是通過模擬在給定溫度條件下幹氧在矽基片中擴散至給定厚度的過程，得到擴散係數與溫度之間的關係，進而計算任意溫度下的擴散係數。根據計算得到的擴散係數，可以模擬幹氧在給定條件下在矽基片中的擴散，預先計算出SiO2的膜厚，在小範圍內調節工藝參數，並尋找出最佳工藝參數，縮小實驗範圍，提高爐管柵氧程式建立效率，減少實驗次數。
【專利說明】幹氧擴散過程中氧在矽基片中擴散係數的確定方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及微電子領域，特別涉及一種幹氧擴散過程中氧在矽基片中擴散係數的 確定方法。
【背景技術】
[0002] 隨著微電子產業，超大規模集成電路的飛速發展，M0S器件的應用在不斷深入，其 尺寸也在不斷減小。目前，對於爐管柵氧程式，多由正交實驗方法建立，即不斷進行實驗，直 至膜厚達到要求，根據此時的工藝參數建立程式。該方法具有如下缺點：首先，柵氧生長屬 於擴散過程，膜厚並不是一直隨時間呈線性增長，難以精確地調節擴散時間，所以此方法需 要多次實驗；其次，柵氧生長除了氧化步驟，往往還有後續熱處理的過程，在熱處理過程中 柵氧厚度會進一步增長，這就為實驗方案設計增加了難度，導致實驗效率降低；另外，該方 法製作柵氧，結構緻密，但是氧化速度慢，氧化時間長，同時，爐管過程經過大量的升降溫時 間，導致每次實驗的周期更加長，使得佔用設備時間長，熱預算較高。
[0003] 但是通過模擬給定工藝條件下幹氧在矽基片中的擴散，預先計算Si02的膜厚，並 尋找最佳的工藝參數，縮小實驗的數據範圍，可以提高爐管柵氧程式的建立效率，逐步減少 實驗次數。其實施的具體步驟如下：首先，預先設定膜厚目標值，即擴散係數初始估計值； 其次，預先設定幹氧以及退火等步驟的工藝條件，其中包括待定參數（一般是時間），例如 變化範圍和變化步長，以及固定參數（一般是溫度和氧氣濃度）；再次，根據菲克定律，採用 控制容積法，不斷變化待定參數（一般是時間），計算不同待定條件下，完成整個流程後氧 在矽基片中的分布，直至所選參數使Si0 2膜厚達到目標值；最後，在設備上採用最優計算參 數進行實驗，並根據實測膜厚對參數進行微調。如此，便可確定最優參數，在之後的爐管柵 氧工藝中加以使用。
[0004] 上述方法雖然簡便，但需要已知當前擴散溫度下的氧擴散係數。所以應預先獲知 擴散係數與溫度的關係，以便計算當前擴散溫度下的氧擴散係數。
【發明內容】
[0005] 為解決上述技術問題，本發明提出一種幹氧擴散過程中氧在矽基片中擴散係數的 確定方法，旨在通過模擬在給定溫度條件下幹氧在矽基片中的擴散至給定厚度的過程，得 到擴散係數與溫度之間的關係，進而可以計算任意溫度下的擴散係數，以彌補目前爐管柵 氧程式中的不足。
[0006] 為了達到上述目的，本發明採用如下技術方案：
[0007] -種幹氧擴散過程中氧在矽基片中擴散係數的確定方法，包括如下步驟：
[0008] (1)在第一溫度T1下，作幹氧擴散實驗得到Si02膜厚的實測值；
[0009] (2)設定擴散係數初始估計值，採用控制容積法，利用所述的擴散係數初始估計值 計算所述第一溫度T1下氧在矽基片中的分布，得到Si0 2膜厚的計算值；
[0010] (3)比較所述Si02膜厚的實測值和計算值，若所述Si02膜厚的實測值和計算值不 相符，則改變所述步驟（2)中的所述擴散係數初始估計值，直至Si02膜厚的實測值和計算 值相符，將此時步驟（2)中的擴散係數初始估計值作為第一溫度下的第一擴散係數D1 ;
[0011] (4)在第二溫度T2下，作幹氧擴散實驗得到Si02膜厚的實測值；
[0012] (5)設定擴散係數初始估計值，採用控制容積法，利用所述的擴散係數初始估計值 計算所述第二溫度T2下氧在矽基片中的分布，得到Si02膜厚的計算值；
[0013] (6)比較所述Si02膜厚的實測值和計算值，若所述Si02膜厚的實測值和計算值不 相符，則改變所述步驟（5)中的所述擴散係數初始估計值，直至Si0 2膜厚的實測值和計算 值相符，將此時步驟（5)中的擴散係數初始估計值作為第二溫度下的第二擴散係數D2;
[0014] (7)將所述第一溫度T1、第二溫度T2、第一擴散係數D1、第二擴散係數D2代入擴 散係數計算公式：
[0015]
【權利要求】
1. 一種幹氧擴散過程中氧在矽基片中擴散係數的確定方法，其特徵在於，包括如下步 驟： (1) 在第一溫度T1下，進行幹氧擴散實驗得到Si02膜厚的實測值； (2) 設定擴散係數初始估計值，採用控制容積法，利用所述的擴散係數初始估計值計算 所述第一溫度T1下氧在矽基片中的分布，得到Si0 2膜厚的計算值； (3) 比較所述步驟（1)中Si02膜厚的實測值和步驟（2)中Si02膜厚的計算值，若所述 310 2膜厚的實測值和計算值不相符，則改變所述步驟（2)中的所述擴散係數初始估計值，直 至Si02膜厚的實測值和計算值相符，將此時步驟（2)中的擴散係數初始估計值作為第一溫 度T1下的第一擴散係數D1 ; (4) 在第二溫度T2下，進行幹氧擴散實驗得到Si02膜厚的實測值； (5) 設定擴散係數初始估計值，採用控制容積法，利用所述的擴散係數初始估計值計算 所述第二溫度T2下氧在矽基片中的分布，得到Si0 2膜厚的計算值； (6) 比較所述步驟（4)中Si02膜厚的實測值和步驟（5)中Si02膜厚的計算值，若所述 310 2膜厚的實測值和計算值不相符，則改變所述步驟（5)中的所述擴散係數初始估計值，直 至Si02膜厚的實測值和計算值相符，將此時步驟（5)中的擴散係數初始估計值作為第二溫 度下的第二擴散係數D2 ; (7) 將所述第一溫度T1、第二溫度T2、第一擴散係數D1、第二擴散係數D2代入擴散系 數計算公式：
得到第一常數A和第二常數B，將所得第一常數A和第二常數B再代入所述擴散係數計 算公式，即得到任意溫度下的擴散係數。
2. 根據權利要求1所述的幹氧擴散過程中氧在矽基片中擴散係數的確定方法，其特徵 在於，所述第一常數A和第二常數B與擴散介質相關。
3. 根據權利要求1所述的幹氧擴散過程中氧在矽基片中擴散係數的確定方法，其特 徵在於，所述的步驟（2)中，採用所述控制容積法對菲克第二定律進行離散，用迭代法得到 310 2膜厚的計算值。
4. 根據權利要求1所述的幹氧擴散過程中氧在矽基片中擴散係數的確定方法，其特 徵在於，所述的步驟（5)中，採用所述控制容積法對菲克第二定律進行離散，用迭代法得到 310 2膜厚的計算值。
5. 根據權利要求3或4所述的幹氧擴散過程中氧在矽基片中擴散係數的確定方法，其 特徵在於，所述控制容積法是全隱式控制容積法。
【文檔編號】G01N13/00GK104062208SQ201410306975
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年6月30日 優先權日:2014年6月30日
【發明者】孫天拓 申請人:上海華力微電子有限公司