干氧擴(kuò)散過程中氧在硅基片中擴(kuò)散系數(shù)的確定方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種干氧擴(kuò)散過程中氧在硅基片中擴(kuò)散系數(shù)的確定方法,來獲得二氧化硅的膜厚。本發(fā)明不再通過不斷進(jìn)行實(shí)驗(yàn),直至二氧化硅的膜厚達(dá)到要求的方法。而是通過模擬在給定溫度條件下干氧在硅基片中擴(kuò)散至給定厚度的過程,得到擴(kuò)散系數(shù)與溫度之間的關(guān)系,進(jìn)而計(jì)算任意溫度下的擴(kuò)散系數(shù)。根據(jù)計(jì)算得到的擴(kuò)散系數(shù),可以模擬干氧在給定條件下在硅基片中的擴(kuò)散,預(yù)先計(jì)算出SiO2的膜厚,在小范圍內(nèi)調(diào)節(jié)工藝參數(shù),并尋找出最佳工藝參數(shù),縮小實(shí)驗(yàn)范圍,提高爐管柵氧程式建立效率,減少實(shí)驗(yàn)次數(shù)。
【專利說明】干氧擴(kuò)散過程中氧在硅基片中擴(kuò)散系數(shù)的確定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及微電子領(lǐng)域,特別涉及一種干氧擴(kuò)散過程中氧在硅基片中擴(kuò)散系數(shù)的 確定方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著微電子產(chǎn)業(yè),超大規(guī)模集成電路的飛速發(fā)展,M0S器件的應(yīng)用在不斷深入,其 尺寸也在不斷減小。目前,對于爐管柵氧程式,多由正交實(shí)驗(yàn)方法建立,即不斷進(jìn)行實(shí)驗(yàn),直 至膜厚達(dá)到要求,根據(jù)此時(shí)的工藝參數(shù)建立程式。該方法具有如下缺點(diǎn):首先,柵氧生長屬 于擴(kuò)散過程,膜厚并不是一直隨時(shí)間呈線性增長,難以精確地調(diào)節(jié)擴(kuò)散時(shí)間,所以此方法需 要多次實(shí)驗(yàn);其次,柵氧生長除了氧化步驟,往往還有后續(xù)熱處理的過程,在熱處理過程中 柵氧厚度會(huì)進(jìn)一步增長,這就為實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)增加了難度,導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)效率降低;另外,該方 法制作柵氧,結(jié)構(gòu)致密,但是氧化速度慢,氧化時(shí)間長,同時(shí),爐管過程經(jīng)過大量的升降溫時(shí) 間,導(dǎo)致每次實(shí)驗(yàn)的周期更加長,使得占用設(shè)備時(shí)間長,熱預(yù)算較高。
[0003] 但是通過模擬給定工藝條件下干氧在硅基片中的擴(kuò)散,預(yù)先計(jì)算Si02的膜厚,并 尋找最佳的工藝參數(shù),縮小實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)范圍,可以提高爐管柵氧程式的建立效率,逐步減少 實(shí)驗(yàn)次數(shù)。其實(shí)施的具體步驟如下:首先,預(yù)先設(shè)定膜厚目標(biāo)值,即擴(kuò)散系數(shù)初始估計(jì)值; 其次,預(yù)先設(shè)定干氧以及退火等步驟的工藝條件,其中包括待定參數(shù)(一般是時(shí)間),例如 變化范圍和變化步長,以及固定參數(shù)(一般是溫度和氧氣濃度);再次,根據(jù)菲克定律,采用 控制容積法,不斷變化待定參數(shù)(一般是時(shí)間),計(jì)算不同待定條件下,完成整個(gè)流程后氧 在硅基片中的分布,直至所選參數(shù)使Si0 2膜厚達(dá)到目標(biāo)值;最后,在設(shè)備上采用最優(yōu)計(jì)算參 數(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn),并根據(jù)實(shí)測膜厚對參數(shù)進(jìn)行微調(diào)。如此,便可確定最優(yōu)參數(shù),在之后的爐管柵 氧工藝中加以使用。
[0004] 上述方法雖然簡便,但需要已知當(dāng)前擴(kuò)散溫度下的氧擴(kuò)散系數(shù)。所以應(yīng)預(yù)先獲知 擴(kuò)散系數(shù)與溫度的關(guān)系,以便計(jì)算當(dāng)前擴(kuò)散溫度下的氧擴(kuò)散系數(shù)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 為解決上述技術(shù)問題,本發(fā)明提出一種干氧擴(kuò)散過程中氧在硅基片中擴(kuò)散系數(shù)的 確定方法,旨在通過模擬在給定溫度條件下干氧在硅基片中的擴(kuò)散至給定厚度的過程,得 到擴(kuò)散系數(shù)與溫度之間的關(guān)系,進(jìn)而可以計(jì)算任意溫度下的擴(kuò)散系數(shù),以彌補(bǔ)目前爐管柵 氧程式中的不足。
[0006] 為了達(dá)到上述目的,本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0007] -種干氧擴(kuò)散過程中氧在硅基片中擴(kuò)散系數(shù)的確定方法,包括如下步驟:
[0008] (1)在第一溫度T1下,作干氧擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)得到Si02膜厚的實(shí)測值;
[0009] (2)設(shè)定擴(kuò)散系數(shù)初始估計(jì)值,采用控制容積法,利用所述的擴(kuò)散系數(shù)初始估計(jì)值 計(jì)算所述第一溫度T1下氧在硅基片中的分布,得到Si0 2膜厚的計(jì)算值;
[0010] (3)比較所述Si02膜厚的實(shí)測值和計(jì)算值,若所述Si02膜厚的實(shí)測值和計(jì)算值不 相符,則改變所述步驟(2)中的所述擴(kuò)散系數(shù)初始估計(jì)值,直至Si02膜厚的實(shí)測值和計(jì)算 值相符,將此時(shí)步驟(2)中的擴(kuò)散系數(shù)初始估計(jì)值作為第一溫度下的第一擴(kuò)散系數(shù)D1 ;
[0011] (4)在第二溫度T2下,作干氧擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)得到Si02膜厚的實(shí)測值;
[0012] (5)設(shè)定擴(kuò)散系數(shù)初始估計(jì)值,采用控制容積法,利用所述的擴(kuò)散系數(shù)初始估計(jì)值 計(jì)算所述第二溫度T2下氧在硅基片中的分布,得到Si02膜厚的計(jì)算值;
[0013] (6)比較所述Si02膜厚的實(shí)測值和計(jì)算值,若所述Si02膜厚的實(shí)測值和計(jì)算值不 相符,則改變所述步驟(5)中的所述擴(kuò)散系數(shù)初始估計(jì)值,直至Si0 2膜厚的實(shí)測值和計(jì)算 值相符,將此時(shí)步驟(5)中的擴(kuò)散系數(shù)初始估計(jì)值作為第二溫度下的第二擴(kuò)散系數(shù)D2;
[0014] (7)將所述第一溫度T1、第二溫度T2、第一擴(kuò)散系數(shù)D1、第二擴(kuò)散系數(shù)D2代入擴(kuò) 散系數(shù)計(jì)算公式:
[0015]
【權(quán)利要求】
1. 一種干氧擴(kuò)散過程中氧在硅基片中擴(kuò)散系數(shù)的確定方法,其特征在于,包括如下步 驟: (1) 在第一溫度T1下,進(jìn)行干氧擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)得到Si02膜厚的實(shí)測值; (2) 設(shè)定擴(kuò)散系數(shù)初始估計(jì)值,采用控制容積法,利用所述的擴(kuò)散系數(shù)初始估計(jì)值計(jì)算 所述第一溫度T1下氧在硅基片中的分布,得到Si0 2膜厚的計(jì)算值; (3) 比較所述步驟(1)中Si02膜厚的實(shí)測值和步驟(2)中Si02膜厚的計(jì)算值,若所述 310 2膜厚的實(shí)測值和計(jì)算值不相符,則改變所述步驟(2)中的所述擴(kuò)散系數(shù)初始估計(jì)值,直 至Si02膜厚的實(shí)測值和計(jì)算值相符,將此時(shí)步驟(2)中的擴(kuò)散系數(shù)初始估計(jì)值作為第一溫 度T1下的第一擴(kuò)散系數(shù)D1 ; (4) 在第二溫度T2下,進(jìn)行干氧擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)得到Si02膜厚的實(shí)測值; (5) 設(shè)定擴(kuò)散系數(shù)初始估計(jì)值,采用控制容積法,利用所述的擴(kuò)散系數(shù)初始估計(jì)值計(jì)算 所述第二溫度T2下氧在硅基片中的分布,得到Si0 2膜厚的計(jì)算值; (6) 比較所述步驟(4)中Si02膜厚的實(shí)測值和步驟(5)中Si02膜厚的計(jì)算值,若所述 310 2膜厚的實(shí)測值和計(jì)算值不相符,則改變所述步驟(5)中的所述擴(kuò)散系數(shù)初始估計(jì)值,直 至Si02膜厚的實(shí)測值和計(jì)算值相符,將此時(shí)步驟(5)中的擴(kuò)散系數(shù)初始估計(jì)值作為第二溫 度下的第二擴(kuò)散系數(shù)D2 ; (7) 將所述第一溫度T1、第二溫度T2、第一擴(kuò)散系數(shù)D1、第二擴(kuò)散系數(shù)D2代入擴(kuò)散系 數(shù)計(jì)算公式:
得到第一常數(shù)A和第二常數(shù)B,將所得第一常數(shù)A和第二常數(shù)B再代入所述擴(kuò)散系數(shù)計(jì) 算公式,即得到任意溫度下的擴(kuò)散系數(shù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的干氧擴(kuò)散過程中氧在硅基片中擴(kuò)散系數(shù)的確定方法,其特征 在于,所述第一常數(shù)A和第二常數(shù)B與擴(kuò)散介質(zhì)相關(guān)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的干氧擴(kuò)散過程中氧在硅基片中擴(kuò)散系數(shù)的確定方法,其特 征在于,所述的步驟(2)中,采用所述控制容積法對菲克第二定律進(jìn)行離散,用迭代法得到 310 2膜厚的計(jì)算值。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的干氧擴(kuò)散過程中氧在硅基片中擴(kuò)散系數(shù)的確定方法,其特 征在于,所述的步驟(5)中,采用所述控制容積法對菲克第二定律進(jìn)行離散,用迭代法得到 310 2膜厚的計(jì)算值。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的干氧擴(kuò)散過程中氧在硅基片中擴(kuò)散系數(shù)的確定方法,其 特征在于,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(yōu)先權(quán)日:2014年6月30日
【發(fā)明者】孫天拓 申請人:上海華力微電子有限公司