干氧扩散过程中氧在硅基片中扩散系数的确定方法
【专利摘要】本发明提供了一种干氧扩散过程中氧在硅基片中扩散系数的确定方法，来获得二氧化硅的膜厚。本发明不再通过不断进行实验，直至二氧化硅的膜厚达到要求的方法。而是通过模拟在给定温度条件下干氧在硅基片中扩散至给定厚度的过程，得到扩散系数与温度之间的关系，进而计算任意温度下的扩散系数。根据计算得到的扩散系数，可以模拟干氧在给定条件下在硅基片中的扩散，预先计算出SiO2的膜厚，在小范围内调节工艺参数，并寻找出最佳工艺参数，缩小实验范围，提高炉管栅氧程式建立效率，减少实验次数。
【专利说明】干氧扩散过程中氧在硅基片中扩散系数的确定方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及微电子领域，特别涉及一种干氧扩散过程中氧在硅基片中扩散系数的 确定方法。
【背景技术】
[0002] 随着微电子产业，超大规模集成电路的飞速发展，M0S器件的应用在不断深入，其 尺寸也在不断减小。目前，对于炉管栅氧程式，多由正交实验方法建立，即不断进行实验，直 至膜厚达到要求，根据此时的工艺参数建立程式。该方法具有如下缺点：首先，栅氧生长属 于扩散过程，膜厚并不是一直随时间呈线性增长，难以精确地调节扩散时间，所以此方法需 要多次实验；其次，栅氧生长除了氧化步骤，往往还有后续热处理的过程，在热处理过程中 栅氧厚度会进一步增长，这就为实验方案设计增加了难度，导致实验效率降低；另外，该方 法制作栅氧，结构致密，但是氧化速度慢，氧化时间长，同时，炉管过程经过大量的升降温时 间，导致每次实验的周期更加长，使得占用设备时间长，热预算较高。
[0003] 但是通过模拟给定工艺条件下干氧在硅基片中的扩散，预先计算Si02的膜厚，并 寻找最佳的工艺参数，缩小实验的数据范围，可以提高炉管栅氧程式的建立效率，逐步减少 实验次数。其实施的具体步骤如下：首先，预先设定膜厚目标值，即扩散系数初始估计值； 其次，预先设定干氧以及退火等步骤的工艺条件，其中包括待定参数（一般是时间），例如 变化范围和变化步长，以及固定参数（一般是温度和氧气浓度）；再次，根据菲克定律，采用 控制容积法，不断变化待定参数（一般是时间），计算不同待定条件下，完成整个流程后氧 在硅基片中的分布，直至所选参数使Si0 2膜厚达到目标值；最后，在设备上采用最优计算参 数进行实验，并根据实测膜厚对参数进行微调。如此，便可确定最优参数，在之后的炉管栅 氧工艺中加以使用。
[0004] 上述方法虽然简便，但需要已知当前扩散温度下的氧扩散系数。所以应预先获知 扩散系数与温度的关系，以便计算当前扩散温度下的氧扩散系数。
【发明内容】
[0005] 为解决上述技术问题，本发明提出一种干氧扩散过程中氧在硅基片中扩散系数的 确定方法，旨在通过模拟在给定温度条件下干氧在硅基片中的扩散至给定厚度的过程，得 到扩散系数与温度之间的关系，进而可以计算任意温度下的扩散系数，以弥补目前炉管栅 氧程式中的不足。
[0006] 为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0007] -种干氧扩散过程中氧在硅基片中扩散系数的确定方法，包括如下步骤：
[0008] (1)在第一温度T1下，作干氧扩散实验得到Si02膜厚的实测值；
[0009] (2)设定扩散系数初始估计值，采用控制容积法，利用所述的扩散系数初始估计值 计算所述第一温度T1下氧在硅基片中的分布，得到Si0 2膜厚的计算值；
[0010] (3)比较所述Si02膜厚的实测值和计算值，若所述Si02膜厚的实测值和计算值不 相符，则改变所述步骤（2)中的所述扩散系数初始估计值，直至Si02膜厚的实测值和计算 值相符，将此时步骤（2)中的扩散系数初始估计值作为第一温度下的第一扩散系数D1 ;
[0011] (4)在第二温度T2下，作干氧扩散实验得到Si02膜厚的实测值；
[0012] (5)设定扩散系数初始估计值，采用控制容积法，利用所述的扩散系数初始估计值 计算所述第二温度T2下氧在硅基片中的分布，得到Si02膜厚的计算值；
[0013] (6)比较所述Si02膜厚的实测值和计算值，若所述Si02膜厚的实测值和计算值不 相符，则改变所述步骤（5)中的所述扩散系数初始估计值，直至Si0 2膜厚的实测值和计算 值相符，将此时步骤（5)中的扩散系数初始估计值作为第二温度下的第二扩散系数D2;
[0014] (7)将所述第一温度T1、第二温度T2、第一扩散系数D1、第二扩散系数D2代入扩 散系数计算公式：
[0015]
【权利要求】
1. 一种干氧扩散过程中氧在硅基片中扩散系数的确定方法，其特征在于，包括如下步 骤： (1) 在第一温度T1下，进行干氧扩散实验得到Si02膜厚的实测值； (2) 设定扩散系数初始估计值，采用控制容积法，利用所述的扩散系数初始估计值计算 所述第一温度T1下氧在硅基片中的分布，得到Si0 2膜厚的计算值； (3) 比较所述步骤（1)中Si02膜厚的实测值和步骤（2)中Si02膜厚的计算值，若所述 310 2膜厚的实测值和计算值不相符，则改变所述步骤（2)中的所述扩散系数初始估计值，直 至Si02膜厚的实测值和计算值相符，将此时步骤（2)中的扩散系数初始估计值作为第一温 度T1下的第一扩散系数D1 ; (4) 在第二温度T2下，进行干氧扩散实验得到Si02膜厚的实测值； (5) 设定扩散系数初始估计值，采用控制容积法，利用所述的扩散系数初始估计值计算 所述第二温度T2下氧在硅基片中的分布，得到Si0 2膜厚的计算值； (6) 比较所述步骤（4)中Si02膜厚的实测值和步骤（5)中Si02膜厚的计算值，若所述 310 2膜厚的实测值和计算值不相符，则改变所述步骤（5)中的所述扩散系数初始估计值，直 至Si02膜厚的实测值和计算值相符，将此时步骤（5)中的扩散系数初始估计值作为第二温 度下的第二扩散系数D2 ; (7) 将所述第一温度T1、第二温度T2、第一扩散系数D1、第二扩散系数D2代入扩散系 数计算公式：
得到第一常数A和第二常数B，将所得第一常数A和第二常数B再代入所述扩散系数计 算公式，即得到任意温度下的扩散系数。
2. 根据权利要求1所述的干氧扩散过程中氧在硅基片中扩散系数的确定方法，其特征 在于，所述第一常数A和第二常数B与扩散介质相关。
3. 根据权利要求1所述的干氧扩散过程中氧在硅基片中扩散系数的确定方法，其特 征在于，所述的步骤（2)中，采用所述控制容积法对菲克第二定律进行离散，用迭代法得到 310 2膜厚的计算值。
4. 根据权利要求1所述的干氧扩散过程中氧在硅基片中扩散系数的确定方法，其特 征在于，所述的步骤（5)中，采用所述控制容积法对菲克第二定律进行离散，用迭代法得到 310 2膜厚的计算值。
5. 根据权利要求3或4所述的干氧扩散过程中氧在硅基片中扩散系数的确定方法，其 特征在于，所述控制容积法是全隐式控制容积法。
【文档编号】G01N13/00GK104062208SQ201410306975
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年6月30日 优先权日:2014年6月30日
【发明者】孙天拓 申请人:上海华力微电子有限公司