[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

技術領域

本發明屬于集成電路制造技術領域，涉及一種提高低壓化學氣相沉積法LPCVD沉積硼磷硅玻璃BPSG薄膜均勻性的優化方法，可用于提高各種低壓化學氣相沉積LPCVD設備沉積硼磷硅玻璃BPSG薄膜的均勻性。

背景技術

現代集成電路的工藝過程就是一個平面加工的過程，其中包含著在硅襯底上進行多次反復成膜過程。硼磷硅玻璃BPSG，即摻雜了硼和磷的二氧化硅作為第一層金屬前介質PMD以及金屬層間介電質IMD在集成電路制造中有著廣泛的應用。硼磷雜質導致SiO2有序的網絡結構變得疏松，在高溫條件下流動性能較好，對孔洞有良好的填充能力，并提高了整個平面的平坦性，為后續工藝提供更大的工藝窗口。

BPSG薄膜的生產常采用化學氣相沉積CVD工藝完成。低壓化學氣相沉積LPCVD由于成本較低、產量較高以及較好的薄膜性能，因此得到廣泛的應用，是薄膜沉積工藝中的典型工藝。

低壓化學氣相沉積LPCVD完成了將正硅酸乙酯TEOS，氯化硼BCl3和磷化氫PH3生成硼磷硅玻璃BPSG的過程，高溫回流完成了將硼磷硅玻璃BPSG平坦化的過程。為了滿足后續工藝的要求，低壓化學氣相沉積法LPCVD沉積后的薄膜必須具備良好的均勻性，當前的硼磷硅玻璃BPSG薄膜均勻性較差，這也將直接影響后續的回流工藝。

為了提高硼磷硅玻璃BPSG的均勻性，在制造工藝中，通常采用的方法包括理論分析、經驗調試以及對比試驗的方法。基于理論分析的方法，由于無法考慮實際設備、環境與制造要求的差異，無法完全滿足均勻性的優化；基于經驗調試的方法，雖然有時能夠滿足工藝制造要求，但是無法確定所獲得工藝組合條件是否是最佳工藝條件；基于對比實驗的方法，一次改變一個工藝因素，觀察均勻性變化的方法，無法考慮因素的交互作用，很難找到比較好的參數組合，同時實驗次數也過多，成本過高。基于工藝實際狀態，通過優化組合實驗的方法確定提高硼磷硅玻璃BPSG的均勻性的優化工藝組合與傳統方法相比，具有一定先進性。

發明內容

本發明的目的在于提出一種提高LPCVD沉積BPSG薄膜均勻性的工藝優化方法，以在不更換設備的前提下，解決現有技術用LPCVD法沉積BPSG薄膜均勻性差的問題。

本發明的具體思路是：根據實驗設計原理提出具體的實驗方案，實驗完成后對數據進行采集、存儲和處理后建立非均勻性的數學模型，通過分析數學模型提出實驗參數，然后進行實驗驗證，最終確定改善方案。

為實現上述目的，本發明的技術步驟包括如下：

(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：