[发明专利]提高LPCVD沉积BPSG薄膜均匀性的工艺优化方法

摘要

本发明公开了一种提高LPCVD沉积BPSG薄膜均匀性的工艺优化方法，主要解决现有技术成本高，实验周期长，难于寻找工艺优化参数组合的问题。其实施步骤是：(1)确定实验因子及其取值范围；(2)根据实验设计原理及实验因子的取值范围设计并进行预实验，之后，采集数据并保存；(3)计算每组预实验对应的均匀性和沉积速率；(4)建立均匀性和沉积速率关于实验因子的数学式；(5)根据数学式和实际情况，获得工艺优化参数组合；(6)对工艺优化参数组合进行实验和分析，确定最终工艺优化组合参数。本发明成本低，实验周期短，易于寻找工艺优化参数组合，用于提高不同LPCVD设备沉积BPSG薄膜的均匀性。

主权项

一种提高LPCVD沉积BPSG薄膜均匀性的工艺优化方法，包括以下步骤：(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：${\stackrel{\‾}{h}}_{\mathrm{ij}}=\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{h}_{\mathrm{ijk}},{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{ij}}=\sqrt{\frac{1}{n-1}\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(h_{\mathrm{ijk}}-{\stackrel{\‾}{h}}_{\mathrm{ij}})}^2}$其中，i＝1,2,3,…,15；j＝1,2,3；k＝1,2,3,…，n；3b)根据步骤3a)得到的沉积厚度均值和标准偏差σ_ij计算每组预实验测试片的非均匀性U_i和沉积速度V_i：$U_i=\frac{\frac{{\mathrm{\σ}}_{i1}}{{\stackrel{\‾}{h}}_{i1}}+\frac{{\mathrm{\σ}}_{i2}}{{\stackrel{\‾}{h}}_{i2}}+\frac{{\mathrm{\σ}}_{i3}}{{\stackrel{\‾}{h}}_{i3}}}{3},V_i=\frac{{\stackrel{\‾}{h}}_{i1}+{\stackrel{\‾}{h}}_{i2}+{\stackrel{\‾}{h}}_{i3}}{3\×120};$(4)建立数学关系式：4a)根据Box‑Bechken实验设计原理，分别构建LPCVD沉积BPSG薄膜的非均匀性U和沉积速率V与温度T、TEOS流量S、反应腔压力F的拟合关系式：#U＝α₀+α₁T+α₂S+α₃F+α₄T²+α₅S²+α₆F²+α₇TS+α₈TF+α₉FSV＝β₀+β₁T+β₂S+β₃P+β₄T²+β₅S²+β₆F²+β₇TS+β₈TF+β₉FS其中α₀，α₁，α₂，α₃，α₄，α₅，α₆，α₇，α₈，α₉为待定的非均匀性系数，β₀，β₁，β₂，β₃，β₄，β₅，β₆，β₇，β₈，β₉为待定的沉积速率系数；4b)利用F检验法，分别检验LPCVD沉积BPSG薄膜的非均匀性U和沉积速率V拟合关系式中T、S、F、T²、S²、F²、TS、TF、FS各项的显著性，令非显著项所对应的待定系数的值为零；4c)根据上述得到的实验参数组合及其对应的非均匀性值和沉积速率值，利用最小二乘法进行计算，分别求得非均匀性U和沉积速率V中各显著项所对应的待定系数的值；4d)将4b)和4c)得到的待定系数的值，代入4a)中给出的拟合关系式中，从而得到LPCVD沉积BPSG薄膜的非均匀性U和沉积速率V与温度T、TEOS流量S、反应腔压力F的数学关系式：U＝α′₀+α′₁T+α′₂S+α′₃F+α′₄T²+α′₅S²+α′₆F²+α′₇TS+α′₈TF+α′₉FSV＝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为常量，分别为4b)和4c)中求得的待定系数α₀，α₁，α₂，α₃，α₄，α₅，α₆，α₇，α₈，α₉的具体数值；β′₀，β′₁，β′₂，β′₃，β′₄，β′₅，β′₆，β′₇，β′₈，β′₉为常量，分别为4b)和4c)中求得的待定系数β₀，β₁，β₂，β₃，β₄，β₅，β₆，β₇，β₈，β₉的具体数值；(5)获得工艺优化参数组合在步骤(1b)中在每个实验因子的参数变化范围内均匀抽取20个点，这样就获得了20³个参数组合，将这20³个组合分别代入步骤4d)中的非均匀性U和沉积速率V的方程中，得到了20³组非均匀性U和沉积速率V的值，对比工艺要求，可得到多组满足工艺要求的参数组合，然后再根据实际情况，选择一组参数组合作为工艺优化参数组合；(6)实验将步骤(5)得到的工艺优化参数组合设定为低压化学气相沉积法LPCVD沉积硼磷硅玻璃BPSG工艺中的参数，设定时间为120分钟，将3片硅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，然后进行低压化学气相沉积法LPCVD沉积硼磷硅玻璃BPSG实验，重复实验3～5次，实验完成后，对每次实验中的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；(7)对实验结果进行分析对步骤(6)得到的测量数据按照步骤(3)进行数据处理，得到每次实验中测试片的非均匀性U和沉积速率V的数值，再将每次实验得到的这两个数值与工艺要求相比较，如果全部符合工艺要求，则说明步骤(5)得到的工艺优化参数组合可以使用；如不是全部符合工艺要求，则需重新设置实验因子参数范围，并返回步骤(2)。