[发明专利]提高LPCVD沉积BPSG薄膜均匀性的工艺优化方法

说明书

技术领域

本发明属于集成电路制造技术领域，涉及一种提高低压化学气相沉积法LPCVD沉积硼磷硅玻璃BPSG薄膜均匀性的优化方法，可用于提高各种低压化学气相沉积LPCVD设备沉积硼磷硅玻璃BPSG薄膜的均匀性。

背景技术

现代集成电路的工艺过程就是一个平面加工的过程，其中包含着在硅衬底上进行多次反复成膜过程。硼磷硅玻璃BPSG，即掺杂了硼和磷的二氧化硅作为第一层金属前介质PMD以及金属层间介电质IMD在集成电路制造中有着广泛的应用。硼磷杂质导致SiO2有序的网络结构变得疏松，在高温条件下流动性能较好，对孔洞有良好的填充能力，并提高了整个平面的平坦性，为后续工艺提供更大的工艺窗口。

BPSG薄膜的生产常采用化学气相沉积CVD工艺完成。低压化学气相沉积LPCVD由于成本较低、产量较高以及较好的薄膜性能，因此得到广泛的应用，是薄膜沉积工艺中的典型工艺。

低压化学气相沉积LPCVD完成了将正硅酸乙酯TEOS，氯化硼BCl3和磷化氢PH3生成硼磷硅玻璃BPSG的过程，高温回流完成了将硼磷硅玻璃BPSG平坦化的过程。为了满足后续工艺的要求，低压化学气相沉积法LPCVD沉积后的薄膜必须具备良好的均匀性，当前的硼磷硅玻璃BPSG薄膜均匀性较差，这也将直接影响后续的回流工艺。

为了提高硼磷硅玻璃BPSG的均匀性，在制造工艺中，通常采用的方法包括理论分析、经验调试以及对比试验的方法。基于理论分析的方法，由于无法考虑实际设备、环境与制造要求的差异，无法完全满足均匀性的优化；基于经验调试的方法，虽然有时能够满足工艺制造要求，但是无法确定所获得工艺组合条件是否是最佳工艺条件；基于对比实验的方法，一次改变一个工艺因素，观察均匀性变化的方法，无法考虑因素的交互作用，很难找到比较好的参数组合，同时实验次数也过多，成本过高。基于工艺实际状态，通过优化组合实验的方法确定提高硼磷硅玻璃BPSG的均匀性的优化工艺组合与传统方法相比，具有一定先进性。

发明内容

本发明的目的在于提出一种提高LPCVD沉积BPSG薄膜均匀性的工艺优化方法，以在不更换设备的前提下，解决现有技术用LPCVD法沉积BPSG薄膜均匀性差的问题。

本发明的具体思路是：根据实验设计原理提出具体的实验方案，实验完成后对数据进行采集、存储和处理后建立非均匀性的数学模型，通过分析数学模型提出实验参数，然后进行实验验证，最终确定改善方案。

为实现上述目的，本发明的技术步骤包括如下：

(1)确定实验因子和实验因子的取值范围：

1a)在低压化学气相沉积法LPCVD沉积硼磷硅玻璃BPSG薄膜的所需的TEOS流量、BCL₃流量、PH₃流量、O₂流量，反应腔压力，温度和反应时间这7个可控因子中，选择温度T、TEOS流量S和反应腔压力P作为实验因子；

1b)综合考虑设备能力、工艺的要求以及潜在的最优因子组合这些因素，在20％到33.33％浮动范围内设置所选实验因子温度T、TEOS流量S和反应腔压力P的参数；

(2)预实验：

2a)根据Box-Bechken实验设计原理及实验因子的上下限，给出15组预实验参数组合，并对这15组预实验参数组合的预实验顺序进行随机化；

2b)每组预实验用3片硅片作为测试片，将这3片测试片等间隔摆放在石英舟的插槽内，将反应腔大致平均分为4段，每段的插槽内依次摆放报废的硅片作为挡片；

2c)按照预实验顺序和预实验参数组合，依次设定步骤2a)给出的低压化学气相沉积法LPCVD沉积硼磷硅玻璃BPSG工艺中的参数，时间设定为120分钟，并进行预实验；

2d)预实验完成后，对每组的3个测试片沉积厚度进行测量，每片取n个测量点进行测量，n≥5，测量完成后保存测量数据；

(3)数据处理：

3a)设第i组预实验中的第j个测试片的第k个测量点的硼磷硅玻璃BPSG厚度为h_ijk，计算每组中每个测试片的沉积厚度均值和标准偏差σ_ij：