CN114351113A - 一种半导体bpsg膜的生长方法 - Google Patents
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Abstract
一种半导体BPSG膜的生长方法，包括：做BPSG膜的硼磷拉偏实验，获得：当TMB=0，硼含量处于正常值时，测得BSG膜厚度在d1~d2之间；当TMP=0，磷含量处于正常值时，测得PSG膜厚度在d3~d4之间；记录硼磷含量符合要求的BPSG膜的生长数据，按该数据长BPSG膜；超过一定时间T后，需要调整生长数据；再做BPSG膜的硼磷拉偏实验，当TMB=0时，测得BSG膜厚度在d1~d2，记录TMP的具体数值A；当TMP=0时，测得PSG膜厚在d3~d4，记录TMB的具体数值B；于是，获得新的BPSG膜的生长数据。采用本发明的方法，只需要使用一次Rigaku3620设备，之后就不需要了。
Description
技术领域
本发明属于半导体膜的生产工艺的技术领域，具体是指一种半导体BPSG膜的生长方法。
背景技术
半导体BPSG（硼磷硅玻璃Boro-phospho-silicate Glass）膜的生长设备一般是P5000，一种等离子增强腔体淀积薄膜的机台，在射频作用下利用气体TEOS（原硅酸四乙酯，又称正硅酸乙酯、四乙氧基硅烷）和氧气反应在半导体晶圆片表面生成二氧化硅，利用TMB（硼酸三甲酯trimethylborate，化学式：B（CH3O3））和氧气反应生成三氧化二硼，利用TMP（亚磷酸三甲酯trimethylphosphite，化学式：P（CH3O3））与氧气反应生成五氧化二磷，BPSG膜含有这三种物质。半导体生产厂家常用BPSG工艺来做金属前介质，同时也能实现一定的平坦化，利于光刻曝光工艺的进行。BPSG淀积工艺需要严格监控膜内硼磷含量，其中三氧化二硼质量百分比为4.4%，五氧化二磷占比4.5%（各生产厂家各有不同，但差别不大）。
目前的半导体BPSG膜的生长方法是，在SIC或者硅片上做BPSG膜前，都需要先拿便宜的没长膜的硅片在P5000机台按实验条件（压力，功率，各种气体流速等）长一层薄膜，即BPSG膜，然后采用昂贵的Rigaku3620设备来测量膜层的硼磷含量。验证合格硼磷含量合格后，才在SIC片上长一层BPSG膜，条件跟测量合格的硅片长BPSG膜的条件一样，这个SIC上不能测量硼磷含量，但因为前面那个实验硅片先做了BPSG膜，测得硼磷含量也正常，就认为按同等条件SIC上长的BPSG膜的硼磷含量也正常。这种方法需要经常先拿没长膜的硅片在P5000机台按实验条件长一层BPSG膜，然后采用昂贵的Rigaku3620设备来测量膜层的硼磷含量，以此获得接下来正式生产时的各种条件（压力，功率，各种气体流速等）。
测量硼磷含量的设备为昂贵的Rigaku3620设备，它是利用X射线射向半导体晶圆片，收集并测量其反射光谱而得出硼磷含量。这样的设备一个生产厂家就一台，二手价格也在400万人民币以上，如果此设备出现问题，BPSG膜内硼磷含量无法测量，生产厂家将面临停产的危险。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种替代Rigaku3620设备测量硼磷含量的半导体BPSG膜的生长方法。
本发明是这样实现的：
一种半导体BPSG膜的生长方法，包括如下步骤：
步骤一：做BPSG膜的硼磷拉偏实验，从拉偏实验中获得：当TMB=0，硼含量处于正常值时，测得BSG膜厚度在d1~d2之间；当TMP=0，磷含量处于正常值时，测得PSG膜厚度在d3~d4之间；
步骤二：先将试验硅片放置在P5000腔体里面按一定的生长数据长BPSG膜；
步骤三：将长出BPSG膜的硅片放到Rigaku3620设备测量BPSG膜的硼磷含量；
步骤四：当测得BPSG膜的硼磷含量符合要求时，记录硼磷含量符合要求的BPSG膜的生长数据，该生长数据包括：时间、压强、功率、space、O2流速、TEOS流速、TMP流速、TMB流速；
步骤五：按步骤四获得的BPSG膜的生长数据在新的硅片上长BPSG膜；
步骤六：在P5000腔体的硅片上长BPSG膜超过一定时间T后，需要调整生长数据；
步骤七：此时做BPSG膜的硼磷拉偏实验，当TMB=0时，测得BSG膜厚度在d1~d2时，记录此时的TMP的具体数值A；当TMP=0时，测得PSG膜厚在d3~d4时，记录此时的TMB的具体数值B；
于是，获得新的BPSG膜的生长数据如下：
时间不变、压强不变、功率不变、space不变、O2流速不变、TEOS流速不变、TMP流速调整为A、TMB流速调整为B；
步骤八：接步骤七获得的新BPSG膜的生长数据的条件在P5000腔体的硅片上长BPSG膜；
重复以上步骤六至步骤八。
进一步地，所述步骤一中：
当TMB=0时，测得BSG膜厚度在10283~11000A时，硼含量为：4.4±0.3；当TMP=0时，测得PSG膜厚在9508~9892A时，磷含量为：4.5±0.3；
所述步骤七中：当TMB=0时，测得BSG膜厚度在10283~11000A时，记录此时的TMP的具体数值A；当TMP=0时，测得PSG膜厚在9508~9892A时，记录此时的TMB的具体数值B。
进一步地，所述步骤五中，T=24小时。
本发明的优点在于：采用本发明的方法后，只需要最开始使用一次昂贵的Rigaku3620设备，之后就不需要了，后面再生产的BSG膜，每过一段时间做一次硼磷拉偏试验，通过拉偏试验获得调整后的TMP的具体数值和TMB的具体数值就可以继续生产了，大大降低了设备使用成本。
附图说明
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的描述。
图1是本发明的方法流程示意图。
具体实施方式
半导体工艺中一般要求硼磷含量质量百分比都在4.5％左右，本实施例中要求BPSG膜为硼的百分比为4.4%，磷的百分比为4.5%。在调试P5000生长BPSG膜厚时的反应条件如表1所示：
表1：生长BPSG膜厚时的反应条件
| 菜单 | 时间 | 压强 | 功率 | space | O<sub>2</sub> | TEOS | TMB | TMP |
| BPSG 12k | 84秒 | 6托 | 280瓦 | 240 毫英寸 | 500毫升/秒 | 300 毫升/秒 | 47 毫升/秒 | 5.2 毫升/秒 |
在此条件下，测量膜厚为12040A，硼的百分比为4.402%，磷的百分比为4.502%。
本实施例提供一种半导体BPSG膜的生长方法，包括如下步骤：步骤一：先做上述条件的BPSG膜的硼磷拉偏实验；
在做BPSG膜的硼磷拉偏实验时，发现硼磷含量与BPSG膜的长膜速率具有一定的有相关性。单独掺磷时，PSG膜的长膜速率与磷含量成正相关性；单独掺硼时，BTSG膜的长膜速率与硼含量也成正相关。
在上述表1的BPSG膜的反应条件下，只改变TMP的流速，测量的如下数据：（其中TMB流速为0生长的膜为PSG，TMP流速为0生长的膜为BSG膜，TMB和TMP都不流，生长的膜为USG膜）
表2：TMB流量保持不变时硼磷含理和膜厚情况表
| TMB 流量 | TMP 流量 | B% | P% | BSG (A) | PSG (A) | USG (A) |
| 47 | 2 | 4.447 | 1.311 | 10611 | 9220 | 9102 |
| 47 | 3 | 4.442 | 3.107 | 10605 | 9370 | 9102 |
| 47 | 3.6 | 4.437 | 4.043 | 10608 | 9476 | 9100 |
| 47 | 3.8 | 4.432 | 4.241 | 10603 | 9508 | 9101 |
| 47 | 4 | 4.427 | 4.305 | 10610 | 9540 | 9100 |
| 47 | 4.2 | 4.422 | 4.340 | 10612 | 9572 | 9102 |
| 47 | 4.4 | 4.417 | 4.384 | 10612 | 9604 | 9096 |
| 47 | 4.6 | 4.412 | 4.421 | 10608 | 9636 | 9098 |
| 47 | 4.8 | 4.408 | 4.462 | 10605 | 9668 | 9095 |
| 47 | 5.2 | 4.402 | 4.502 | 10607 | 9700 | 9102 |
| 47 | 5.4 | 4.397 | 4.542 | 10607 | 9742 | 9103 |
| 47 | 5.6 | 4.392 | 4.583 | 10611 | 9769 | 9102 |
| 47 | 5.8 | 4.387 | 4.624 | 10612 | 9821 | 9102 |
| 47 | 6 | 4.382 | 4.666 | 10608 | 9858 | 9108 |
| 47 | 6.2 | 4.377 | 4.708 | 10610 | 9869 | 9096 |
| 47 | 6.4 | 4.372 | 4.748 | 10615 | 9892 | 9097 |
| 47 | 6.6 | 4.367 | 4.878 | 10608 | 9957 | 9111 |
| 47 | 7.6 | 4.362 | 6.711 | 10603 | 10216 | 9108 |
| 47 | 8.6 | 4.357 | 8.609 | 10612 | 10578 | 9102 |
规律：
1：TMB流量不变，硼的百分比几乎不变，随着TMP流速增加，磷的百分比含量增加；
2：TMB流量不变，BSG膜厚几乎不变，随着TMP流速增加，PSG的膜厚增加；
由规律1和2得出，只改变TMP流量，PSG厚度增加，会对应磷的百分比增加，反之也是。
继续BPSG膜的硼磷拉偏实验，在上述BPSG条件下，只改变TMB的流速，测量的如下数据：
表3：TMP流量保持不变时硼磷含理和膜厚情况表
| TMB 流 量 | TMP 流 量 | B% | P% | BSG (A) | PSG (A) | USG (A) |
| 38 | 5.2 | 3.651 | 4.526 | 9880 | 9693 | 9102 |
| 39 | 5.2 | 3.705 | 4.524 | 9961 | 9699 | 9102 |
| 40 | 5.2 | 3.799 | 4.522 | 10040 | 9705 | 9100 |
| 41 | 5.2 | 3.955 | 4.520 | 10120 | 9708 | 9101 |
| 42 | 5.2 | 4.048 | 4.518 | 10196 | 9702 | 9100 |
| 43 | 5.2 | 4.126 | 4.516 | 10283 | 9696 | 9102 |
| 44 | 5.2 | 4.197 | 4.514 | 10360 | 9695 | 9096 |
| 45 | 5.2 | 4.262 | 4.512 | 10440 | 9709 | 9098 |
| 46 | 5.2 | 4.381 | 4.510 | 10520 | 9710 | 9095 |
| 47 | 5.2 | 4.402 | 4.508 | 10610 | 9711 | 9102 |
| 48 | 5.2 | 4.476 | 4.506 | 10680 | 9700 | 9103 |
| 49 | 5.2 | 4.525 | 4.504 | 10758 | 9708 | 9102 |
| 50 | 5.2 | 4.613 | 4.502 | 10841 | 9707 | 9102 |
| 51 | 5.2 | 4.657 | 4.500 | 10920 | 9708 | 9108 |
| 52 | 5.2 | 4.692 | 4.498 | 11000 | 9706 | 9096 |
| 53 | 5.2 | 4.711 | 4.496 | 11080 | 9714 | 9097 |
| 54 | 5.2 | 4.789 | 4.494 | 11160 | 9716 | 9111 |
| 55 | 5.2 | 4.837 | 4.492 | 11240 | 9708 | 9108 |
| 56 | 5.2 | 5.105 | 4.490 | 11320 | 9712 | 9102 |
规律：
3：TMP流量不变，硼的百分比几乎不变，随着TMB流速增加，硼的百分比含量增加；
4：TMP流量不变，PSG膜厚几乎不变，随着TMB流速增加，BSG的膜厚增加；
由规律3和4得出，只改变TMB流量，BSG厚度增加，会对应硼的百分比增加，反之也是。
当TMB=0时，测得BSG膜厚度在10283~11000A时，硼含量为：4.4±0.3；当TMP=0时，测得PSG膜厚在9508~9892A时，磷含量为：4.5±0.3；
如此，需求的硼磷含量的测试，就转化为PSG和BSG膜厚的测试；
步骤二：先将试验硅片放置在P5000腔体里面按一定的生长数据长BPSG膜；
步骤三：将长出BPSG膜的硅片放到Rigaku3620设备测量BPSG膜的硼磷含量；
步骤四：当测得BPSG膜的硼磷含量符合要求时，记录硼磷含量符合要求的BPSG膜的生长数据，该生长数据包括：时间、压强、功率、space、O2流速、TEOS流速、TMP流速、TMB流速；
步骤五：按步骤四获得的BPSG膜的生长数据在新的硅片上长BPSG膜；
步骤六：在P5000腔体的硅片上长BPSG膜超过一定时间T，由于气体管路的老化等原因，需要调整生长数据（一般是每天都需要调整一次，或每次做之前调整一次）；
步骤七：此时做BPSG膜的硼磷拉偏实验，当TMB=0时，测得BSG膜厚度在10283~11000A时，记录此时的TMP的具体数值A；当TMP=0时，测得PSG膜厚在9508~9892A时，记录此时的TMB的具体数值B；
于是，获得新的BPSG膜的生长数据如下：
时间不变、压强不变、功率不变、space不变、O2流速不变、TEOS流速不变、TMP流速调整为A、TMB流速调整为B；
步骤八：接步骤七获得的新BPSG膜的生长数据的条件在P5000腔体的硅片上长BPSG膜；
重复以上步骤六至步骤八。
采用本发明的方法后，只需要最开始使用一次昂贵的Rigaku3620设备，之后就不需要了，后面再生产的BSG膜，每过一段时间做一次硼磷拉偏试验，通过拉偏试验获得调整后的TMP的具体数值和TMB的具体数值就可以继续生产了，大大降低了设备使用成本。
以上所述仅为本发明的较佳实施用例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种半导体BPSG膜的生长方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一：做BPSG膜的硼磷拉偏实验，从拉偏实验中获得：当TMB=0，硼含量处于正常值时，测得BSG膜厚度在d1~d2之间；当TMP=0，磷含量处于正常值时，测得PSG膜厚度在d3~d4之间；
步骤二：先将试验硅片放置在P5000腔体里面按一定的生长数据长BPSG膜；
步骤三：将长出BPSG膜的硅片放到Rigaku3620设备测量BPSG膜的硼磷含量；
步骤四：当测得BPSG膜的硼磷含量符合要求时，记录硼磷含量符合要求的BPSG膜的生长数据，该生长数据包括：时间、压强、功率、space、O2流速、TEOS流速、TMP流速、TMB流速；
步骤五：按步骤四获得的BPSG膜的生长数据的条件在P5000腔体新的硅片上长BPSG膜；
步骤六：在P5000腔体的硅片上长BPSG膜超过一定时间T后，需要调整生长数据；
步骤七：此时做BPSG膜的硼磷拉偏实验，当TMB=0时，测得BSG膜厚度在d1~d2时，记录此时的TMP的具体数值A；当TMP=0时，测得PSG膜厚在d3~d4时，记录此时的TMB的具体数值B；
于是，获得新的BPSG膜的生长数据如下：
时间不变、压强不变、功率不变、space不变、O2流速不变、TEOS流速不变、TMP流速调整为A、TMB流速调整为B；
步骤八：接步骤七获得的新BPSG膜的生长数据的条件在P5000腔体的硅片上长BPSG膜；
重复以上步骤六至步骤八。
2.如权利要求1所述的一种半导体BPSG膜的生长方法，其特征在于：
所述步骤一中：
当TMB=0时，测得BSG膜厚度在10283~11000A时，硼含量为：4.4±0.3；当TMP=0时，测得PSG膜厚在9508~9892A时，磷含量为：4.5±0.3；
所述步骤七中：当TMB=0时，测得BSG膜厚度在10283~11000A时，记录此时的TMP的具体数值A；当TMP=0时，测得PSG膜厚在9508~9892A时，记录此时的TMB的具体数值B。
3.如权利要求1所述的一种半导体BPSG膜的生长方法，其特征在于：
所述步骤五中，T=24小时。
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| GR01 | Patent grant | ||
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