提高lpcvd沉積bpsg薄膜均勻性的工藝優(yōu)化方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種提高LPCVD沉積BPSG薄膜均勻性的工藝優(yōu)化方法，主要解決現(xiàn)有技術(shù)成本高，實(shí)驗(yàn)周期長，難于尋找工藝優(yōu)化參數(shù)組合的問題。其實(shí)施步驟是：(1)確定實(shí)驗(yàn)因子及其取值范圍；(2)根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理及實(shí)驗(yàn)因子的取值范圍設(shè)計(jì)并進(jìn)行預(yù)實(shí)驗(yàn)，之后，采集數(shù)據(jù)并保存；(3)計(jì)算每組預(yù)實(shí)驗(yàn)對應(yīng)的均勻性和沉積速率；(4)建立均勻性和沉積速率關(guān)于實(shí)驗(yàn)因子的數(shù)學(xué)式；(5)根據(jù)數(shù)學(xué)式和實(shí)際情況，獲得工藝優(yōu)化參數(shù)組合；(6)對工藝優(yōu)化參數(shù)組合進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和分析，確定最終工藝優(yōu)化組合參數(shù)。本發(fā)明成本低，實(shí)驗(yàn)周期短，易于尋找工藝優(yōu)化參數(shù)組合，用于提高不同LPCVD設(shè)備沉積BPSG薄膜的均勻性。
【專利說明】提高LPCVD沉積BPSG薄膜均勻性的工藝優(yōu)化方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于集成電路制造【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種提高低壓化學(xué)氣相沉積法LPCVD沉 積硼磷硅玻璃BPSG薄膜均勻性的優(yōu)化方法，可用于提高各種低壓化學(xué)氣相沉積LPCVD設(shè)備 沉積硼磷硅玻璃BPSG薄膜的均勻性。

【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)代集成電路的工藝過程就是一個(gè)平面加工的過程，其中包含著在硅襯底上進(jìn)行 多次反復(fù)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(zhì) PMD以及金屬層間介電質(zhì)MD在集成電路制造中有著廣泛的應(yīng)用。硼磷雜質(zhì)導(dǎo)致Si02有序 的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變得疏松，在高溫條件下流動(dòng)性能較好，對孔洞有良好的填充能力，并提高了整 個(gè)平面的平坦性，為后續(xù)工藝提供更大的工藝窗口。
[0003] BPSG薄膜的生產(chǎn)常采用化學(xué)氣相沉積CVD工藝完成。低壓化學(xué)氣相沉積LPCVD由 于成本較低、產(chǎn)量較高以及較好的薄膜性能，因此得到廣泛的應(yīng)用，是薄膜沉積工藝中的典 型工藝。
[0004] 低壓化學(xué)氣相沉積LPCVD完成了將正硅酸乙酯TEOS，氯化硼B(yǎng)C13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(xù)工藝的要求，低壓化學(xué)氣相沉積法LPCVD沉積后的薄膜必須具備良好的均勻性，當(dāng)前 的硼磷硅玻璃BPSG薄膜均勻性較差，這也將直接影響后續(xù)的回流工藝。
[0005] 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(jīng)驗(yàn)調(diào)試以及對比試驗(yàn)的方法?；诶碚摲治龅姆椒ǎ捎跓o法考慮實(shí)際設(shè)備、環(huán)境與 制造要求的差異，無法完全滿足均勻性的優(yōu)化；基于經(jīng)驗(yàn)調(diào)試的方法，雖然有時(shí)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(shí)驗(yàn)的方 法，一次改變一個(gè)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(shù)組合，同時(shí)實(shí)驗(yàn)次數(shù)也過多，成本過高。基于工藝實(shí)際狀態(tài)，通過優(yōu)化組合實(shí) 驗(yàn)的方法確定提高硼磷硅玻璃BPSG的均勻性的優(yōu)化工藝組合與傳統(tǒng)方法相比，具有一定 先進(jìn)性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)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(yōu)化方法，以 在不更換設(shè)備的前提下，解決現(xiàn)有技術(shù)用LPCVD法沉積BPSG薄膜均勻性差的問題。
[0007] 本發(fā)明的具體思路是：根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理提出具體的實(shí)驗(yàn)方案，實(shí)驗(yàn)完成后對數(shù) 據(jù)進(jìn)行采集、存儲(chǔ)和處理后建立非均勻性的數(shù)學(xué)模型，通過分析數(shù)學(xué)模型提出實(shí)驗(yàn)參數(shù)，然 后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，最終確定改善方案。
[0008] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)步驟包括如下：
[0009] (1)確定實(shí)驗(yàn)因子和實(shí)驗(yàn)因子的取值范圍：
[0010] la)在低壓化學(xué)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、PH 3流量、O 2流量，反應(yīng)腔壓力，溫度和反應(yīng)時(shí)間這7個(gè)可控因子中，選擇溫度T、 TEOS流量S和反應(yīng)腔壓力P作為實(shí)驗(yàn)因子；
[0011] Ib)綜合考慮設(shè)備能力、工藝的要求以及潛在的最優(yōu)因子組合這些因素，在20% 到33. 33%浮動(dòng)范圍內(nèi)設(shè)置所選實(shí)驗(yàn)因子溫度T、TEOS流量S和反應(yīng)腔壓力P的參數(shù)；
[0012] ⑵預(yù)實(shí)驗(yàn)：
[0013] 2a)根據(jù)Box-Bechken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理及實(shí)驗(yàn)因子的上下限，給出15組預(yù)實(shí)驗(yàn)參數(shù) 組合，并對這15組預(yù)實(shí)驗(yàn)參數(shù)組合的預(yù)實(shí)驗(yàn)順序進(jìn)行隨機(jī)化；
[0014] 2b)每組預(yù)實(shí)驗(yàn)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(nèi)，將反應(yīng)腔大致平均分為4段，每段的插槽內(nèi)依次擺放報(bào)廢的硅片作為擋片；
[0015] 2c)按照預(yù)實(shí)驗(yàn)順序和預(yù)實(shí)驗(yàn)參數(shù)組合，依次設(shè)定步驟2a)給出的低壓化學(xué)氣相 沉積法LPCVD沉積硼磷硅玻璃BPSG工藝中的參數(shù)，時(shí)間設(shè)定為120分鐘，并進(jìn)行預(yù)實(shí)驗(yàn)；
[0016] 2d)預(yù)實(shí)驗(yàn)完成后，對每組的3個(gè)測試片沉積厚度進(jìn)行測量，每片取n個(gè)測量點(diǎn)進(jìn) 行測量，n多5,測量完成后保存測量數(shù)據(jù)；
[0017] (3)數(shù)據(jù)處理：
[0018] 3a)設(shè)第i組預(yù)實(shí)驗(yàn)中的第j個(gè)測試片的第k個(gè)測量點(diǎn)的硼磷硅玻璃BPSG厚度為 hm，計(jì)算每組中每個(gè)測試片的沉積厚度均值g和標(biāo)準(zhǔn)偏差〇 y

【權(quán)利要求】
1. 一種提高LPCVD沉積BPSG薄膜均勻性的工藝優(yōu)化方法，包括以下步驟： (1) 確定實(shí)驗(yàn)因子和實(shí)驗(yàn)因子的取值范圍： la) 在低壓化學(xué)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(yīng)腔壓力，溫度和反應(yīng)時(shí)間這7個(gè)可控因子中，選擇溫度T、TEOS 流量S和反應(yīng)腔壓力P作為實(shí)驗(yàn)因子； lb) 綜合考慮設(shè)備能力、工藝的要求以及潛在的最優(yōu)因子組合這些因素，在20%到 33. 33%浮動(dòng)范圍內(nèi)設(shè)置所選實(shí)驗(yàn)因子溫度T、TEOS流量S和反應(yīng)腔壓力P的參數(shù)； (2) 預(yù)實(shí)驗(yàn)： 2a)根據(jù)Box-Bechken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理及實(shí)驗(yàn)因子的上下限，給出15組預(yù)實(shí)驗(yàn)參數(shù)組合， 并對這15組預(yù)實(shí)驗(yàn)參數(shù)組合的預(yù)實(shí)驗(yàn)順序進(jìn)行隨機(jī)化； 2b)每組預(yù)實(shí)驗(yàn)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(nèi)，將反應(yīng)腔大致平均分為4段，每段的插槽內(nèi)依次擺放報(bào)廢的硅片作為擋片； 2c)按照預(yù)實(shí)驗(yàn)順序和預(yù)實(shí)驗(yàn)參數(shù)組合，依次設(shè)定步驟2a)給出的低壓化學(xué)氣相沉積 法LPCVD沉積硼磷硅玻璃BPSG工藝中的參數(shù)，時(shí)間設(shè)定為120分鐘，并進(jìn)行預(yù)實(shí)驗(yàn)； 2d)預(yù)實(shí)驗(yàn)完成后，對每組的3個(gè)測試片沉積厚度進(jìn)行測量，每片取η個(gè)測量點(diǎn)進(jìn)行測 量，η多5,測量完成后保存測量數(shù)據(jù)； (3) 數(shù)據(jù)處理： 3a)設(shè)第i組預(yù)實(shí)驗(yàn)中的第j個(gè)測試片的第k個(gè)測量點(diǎn)的硼磷硅玻璃BPSG厚度為hijk， 計(jì)算每組中每個(gè)測試片的沉積厚度均值ξ
和標(biāo)準(zhǔn)偏差σi1: 其中，i= 1，2, 3,…，15;j= 1，2, 3;k= 1，2, 3,…，η; 3b)根據(jù)步驟3a)得到的沉積厚度均值^和標(biāo)準(zhǔn)偏差〇υ計(jì)算每組預(yù)實(shí)驗(yàn)測試片的非均勻神U.和沉葙諫麼V
(4) 建立數(shù)學(xué)關(guān)系式： 4a)根據(jù)Box-Bechken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，分別構(gòu)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(yīng)腔壓力F的擬合關(guān)系式：# U=α〇+aJ+a2S+a3F+α4T2+a5S2+a6F2+a7TS+a8TF+a9FS V=β0+βJ+β2S+β3Ρ+β4Τ2+β5S2+β6F2+β7TS+βJF+β9fs 其+α〇，Ci1,α2,α3,α4,α5,α6，α7,α8,α9為待定的非均勻性系數(shù)， βα，βρ β2，β3，β4，β5，β6，β7，β8，[寺t白勺洋只 4b)利用F檢驗(yàn)法，分別檢驗(yàn)LPCVD沉積BPSG薄膜的非均勻性U和沉積速率V擬合關(guān) 系式中T、S、F、T2、S2、F2、TS、TF、FS各項(xiàng)的顯著性，令非顯著項(xiàng)所對應(yīng)的待定系數(shù)的值為零； 4c)根據(jù)上述得到的實(shí)驗(yàn)參數(shù)組合及其對應(yīng)的非均勻性值和沉積速率值，利用最小二 乘法進(jìn)行計(jì)算，分別求得非均勻性U和沉積速率V中各顯著項(xiàng)所對應(yīng)的待定系數(shù)的值； 4d)將4b)和4c)得到的待定系數(shù)的值，代入4a)中給出的擬合關(guān)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(yīng)腔壓力F的數(shù) 學(xué)關(guān)系式： U=α，〇+ a，J+a，2S+ a，3F+ α，4T2+ a，5S2+ a，6F2+ a，7TS+ a，8TF+ α，9 FS V=β，。+β，J+β，2S+β，3Ρ+β，4Τ2+β，5S2+β，6F2+β，7TS+β，8TF+β，9 FS 其中，α，0,α'α' 2,α'3,α，4,α' 5,α'6,α' ?,α'8,α'9為常量， 分別為4b)和4c)中求得的待定系數(shù)α〇,α丄，α2,α3,α4,α5,α6,α7,α8,α9的具體數(shù) 值；β， 。，β，βr2,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(shù)β。，βρβ2,β3,β4,β5,β6,β7,β8,β9的具體數(shù)值； (5)獲得工藝優(yōu)化參數(shù)組合 在步驟（Ib)中在每個(gè)實(shí)驗(yàn)因子的參數(shù)變化范圍內(nèi)均勻抽取20個(gè)點(diǎn)，這樣就獲得了 203 個(gè)參數(shù)組合，將這203個(gè)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(shù) 組合，然后再根據(jù)實(shí)際情況，選擇一組參數(shù)組合作為工藝優(yōu)化參數(shù)組合； ￠)實(shí)驗(yàn) 將步驟（5)得到的工藝優(yōu)化參數(shù)組合設(shè)定為低壓化學(xué)氣相沉積法LPCVD沉積硼磷硅玻 璃BPSG工藝中的參數(shù)，設(shè)定時(shí)間為120分鐘，將3片硅片等間隔擺放在石英舟的插槽內(nèi)，將 反應(yīng)腔大致平均分為4段，每段的插槽內(nèi)依次擺放報(bào)廢的硅片作為擋片，然后進(jìn)行低壓化 學(xué)氣相沉積法LPCVD沉積硼磷硅玻璃BPSG實(shí)驗(yàn)，重復(fù)實(shí)驗(yàn)3?5次，實(shí)驗(yàn)完成后，對每次實(shí) 驗(yàn)中的3個(gè)測試片沉積厚度進(jìn)行測量，每片取η個(gè)測量點(diǎn)進(jìn)行測量，η多5,測量完成后保存 測量數(shù)據(jù)； (7)對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析 對步驟（6)得到的測量數(shù)據(jù)按照步驟（3)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到每次實(shí)驗(yàn)中測試片的非 均勻性U和沉積速率V的數(shù)值，再將每次實(shí)驗(yàn)得到的這兩個(gè)數(shù)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(yōu)化參數(shù)組合可以使用；如不是全部符合工 藝要求，則需重新設(shè)置實(shí)驗(yàn)因子參數(shù)范圍，并返回步驟（2)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求書1所述的LPCVD沉積BPSG薄膜均勻性及淀積速率的工藝優(yōu)化方法， 其中步驟（4b)所述的利用F檢驗(yàn)法，分別檢驗(yàn)LPCVD沉積BPSG薄膜的非均勻性U和沉積 速率V擬合關(guān)系式中T、S、F、T2、S2、F2、TS、TF、FS各項(xiàng)的顯著性，是用minitab軟件實(shí)現(xiàn)， 其操作如下： 首先，分別對LPCVD沉積BPSG薄膜的非均勻性U和沉積速率V進(jìn)行響應(yīng)曲面分析，得 到F檢驗(yàn)表； 然后，觀察F檢驗(yàn)表中T、S、F、T2、S2、F2、TS、TF、FS對應(yīng)的參數(shù)P，如果某一項(xiàng)對應(yīng)的P值大于0. 05,則認(rèn)為該項(xiàng)是非顯著項(xiàng)，反之，為顯著項(xiàng)，其中，參數(shù)P為可接受錯(cuò)誤的邊界水 平值。
3. 根據(jù)權(quán)利要求書1所述的LPCVD沉積BPSG薄膜均勻性及淀積速率的工藝優(yōu)化方法， 其中步驟（4b)所述的利用最小二乘法分別求得非均勻性U和沉積速率V中各顯著項(xiàng)所對 應(yīng)的待定系數(shù)的值，是用minitab軟件實(shí)現(xiàn)，即先分別剔除非顯著項(xiàng)后，再分別對LPCVD沉 積BPSG薄膜的非均勻性U和沉積速率V進(jìn)行響應(yīng)曲面分析，就會(huì)在會(huì)話窗口中輸出非均勻 性U和沉積速率V的數(shù)學(xué)關(guān)系式中各顯著項(xiàng)所對應(yīng)的待定系數(shù)的值。
【文檔編號】C23C16/30GK104451607SQ201410719525
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月1日
【發(fā)明者】游海龍, 田文星, 廖乃鏝, 顧凱 申請人:西安電子科技大學(xué), 中國電子科技集團(tuán)公司第四十四研究所