[發明專利]提高LPCVD沉積BPSG薄膜均勻性的工藝優化方法

有效

• 申請號: 201410719525.0
• 申請日: 2014-12-01
• 公開（公告）號: CN104451607A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發明（設計）人: 游海龍;田文星;廖乃鏝;顧凱
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學;中國電子科技集團公司第四十四研究所
• 主分類號: C23C16/52
• 分類號: C23C16/52;C23C16/30
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華;朱紅星

1.一種提高LPCVD沉積BPSG薄膜均勻性的工藝優化方法，包括以下步驟：

(1)確定實驗因子和實驗因子的取值范圍：

1a)在低壓化學氣相沉積法LPCVD沉積硼磷硅玻璃BPSG薄膜的所需的TEOS流量、BCL₃流量、PH₃流量、O₂流量，反應腔壓力，溫度和反應時間這7個可控因子中，選擇溫度T、TEOS流量S和反應腔壓力P作為實驗因子；

1b)綜合考慮設備能力、工藝的要求以及潛在的最優因子組合這些因素，在20％到33.33％浮動范圍內設置所選實驗因子溫度T、TEOS流量S和反應腔壓力P的參數；

(2)預實驗：

2a)根據Box-Bechken實驗設計原理及實驗因子的上下限，給出15組預實驗參數組合，并對這15組預實驗參數組合的預實驗順序進行隨機化；

2b)每組預實驗用3片硅片作為測試片，將這3片測試片等間隔擺放在石英舟的插槽內，將反應腔大致平均分為4段，每段的插槽內依次擺放報廢的硅片作為擋片；

2c)按照預實驗順序和預實驗參數組合，依次設定步驟2a)給出的低壓化學氣相沉積法LPCVD沉積硼磷硅玻璃BPSG工藝中的參數，時間設定為120分鐘，并進行預實驗；

2d)預實驗完成后，對每組的3個測試片沉積厚度進行測量，每片取n個測量點進行測量，n≥5，測量完成后保存測量數據；

(3)數據處理：

3a)設第i組預實驗中的第j個測試片的第k個測量點的硼磷硅玻璃BPSG厚度為h_ijk，計算每組中每個測試片的沉積厚度均值和標準偏差σ_ij：

h‾ij=Σk=1nhijk,σij=1n-1Σk=1n(hijk-h‾ij)2]]>

其中，i＝1,2,3,…,15；j＝1,2,3；k＝1,2,3,…，n；

3b)根據步驟3a)得到的沉積厚度均值和標準偏差σ_ij計算每組預實驗測試片的非均勻性U_i和沉積速度V_i：

Ui=σi1h‾i1+σi2h‾i2+σi3h‾i33,Vi=h‾i1+h‾i2+h‾i33×120;]]>

(4)建立數學關系式：

4a)根據Box-Bechken實驗設計原理，分別構建LPCVD沉積BPSG薄膜的非均勻性U和沉積速率V與溫度T、TEOS流量S、反應腔壓力F的擬合關系式：#

U＝α₀+α₁T+α₂S+α₃F+α₄T²+α₅S²+α₆F²+α₇TS+α₈TF+α₉FS

V＝β₀+β₁T+β₂S+β₃P+β₄T²+β₅S²+β₆F²+β₇TS+β₈TF+β₉FS

其中α₀，α₁，α₂，α₃，α₄，α₅，α₆，α₇，α₈，α₉為待定的非均勻性系數，

β₀，β₁，β₂，β₃，β₄，β₅，β₆，β₇，β₈，β₉為待定的沉積速率系數；

4b)利用F檢驗法，分別檢驗LPCVD沉積BPSG薄膜的非均勻性U和沉積速率V擬合關系式中T、S、F、T²、S²、F²、TS、TF、FS各項的顯著性，令非顯著項所對應的待定系數的值為零；

4c)根據上述得到的實驗參數組合及其對應的非均勻性值和沉積速率值，利用最小二乘法進行計算，分別求得非均勻性U和沉積速率V中各顯著項所對應的待定系數的值；

4d)將4b)和4c)得到的待定系數的值，代入4a)中給出的擬合關系式中，從而得到LPCVD沉積BPSG薄膜的非均勻性U和沉積速率V與溫度T、TEOS流量S、反應腔壓力F的數學關系式：

U＝α′₀+α′₁T+α′₂S+α′₃F+α′₄T²+α′₅S²+α′₆F²+α′₇TS+α′₈TF+α′₉FS

V＝β′₀+β′₁T+β′₂S+β′₃P+β′₄T²+β′₅S²+β′₆F²+β′₇TS+β′₈TF+β′₉FS

其中，α′₀，α′₁，α′₂，α′₃，α′₄，α′₅，α′₆，α′₇，α′₈，α′₉為常量，分別為4b)和4c)中求得的待定系數α₀，α₁，α₂，α₃，α₄，α₅，α₆，α₇，α₈，α₉的具體數值；β′₀，β′₁，β′₂，β′₃，β′₄，β′₅，β′₆，β′₇，β′₈，β′₉為常量，分別為4b)和4c)中求得的待定系數β₀，β₁，β₂，β₃，β₄，β₅，β₆，β₇，β₈，β₉的具體數值；

(5)獲得工藝優化參數組合

在步驟(1b)中在每個實驗因子的參數變化范圍內均勻抽取20個點，這樣就獲得了20³個參數組合，將這20³個組合分別代入步驟4d)中的非均勻性U和沉積速率V的方程中，得到了20³組非均勻性U和沉積速率V的值，對比工藝要求，可得到多組滿足工藝要求的參數組合，然后再根據實際情況，選擇一組參數組合作為工藝優化參數組合；

(6)實驗

將步驟(5)得到的工藝優化參數組合設定為低壓化學氣相沉積法LPCVD沉積硼磷硅玻璃BPSG工藝中的參數，設定時間為120分鐘，將3片硅片等間隔擺放在石英舟的插槽內，將反應腔大致平均分為4段，每段的插槽內依次擺放報廢的硅片作為擋片，然后進行低壓化學氣相沉積法LPCVD沉積硼磷硅玻璃BPSG實驗，重復實驗3～5次，實驗完成后，對每次實驗中的3個測試片沉積厚度進行測量，每片取n個測量點進行測量，n≥5，測量完成后保存測量數據；

(7)對實驗結果進行分析

對步驟(6)得到的測量數據按照步驟(3)進行數據處理，得到每次實驗中測試片的非均勻性U和沉積速率V的數值，再將每次實驗得到的這兩個數值與工藝要求相比較，如果全部符合工藝要求，則說明步驟(5)得到的工藝優化參數組合可以使用；如不是全部符合工藝要求，則需重新設置實驗因子參數范圍，并返回步驟(2)。