CN103255388B - 一种磷酸硅玻璃薄膜的等离子体化学气相沉积方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种磷酸硅玻璃薄膜的等离子体化学气相沉积方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：执行磷酸硅玻璃薄膜沉积的预步骤；磷酸硅玻璃薄膜沉积；其中，磷酸硅玻璃薄膜沉积的预步骤中通入一反应气体，反应气体为磷化氢气体，所述磷化氢气体的流量为50～100标况毫升/分钟。在本发明提供的磷酸硅玻璃薄膜的等离子体化学气相沉积方法中，通过降低反应气体磷化氢的流量，使得含磷量高的磷酸硅玻璃（P-rich PSG）膜层更加致密，磷酸硅玻璃（PSG）薄膜与含磷量高的磷酸硅玻璃（P-rich PSG）膜层的附着性更好，减少缺陷颗粒的产生，从而提高了产品的良率。

Description

一种磷酸硅玻璃薄膜的等离子体化学气相沉积方法

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种磷酸硅玻璃薄膜的等离子体化学气相沉积方法。

背景技术

目前，磷酸硅玻璃薄膜的等离子体化学气相沉积包括两个过程：磷酸硅玻璃薄膜沉积的预步骤和磷酸硅玻璃薄膜沉积。其中，磷酸硅玻璃薄膜沉积的预步骤的目的是在反应腔体上沉积薄膜，为磷酸硅玻璃薄膜的沉积做好准备。磷酸硅玻璃薄膜沉积的预步骤的程序分成三步：第一步为沉积含硅量高的氧化硅（SRO）薄膜；第二步为沉积氧化硅（USG）薄膜；第三步为沉积含磷量高的磷酸硅玻璃（P-rich PSG）薄膜，含磷量高的磷酸硅玻璃（P-rich PSG）薄膜形成了磷酸硅玻璃（PSG）薄膜沉积的氛围环境。磷酸硅玻璃薄膜沉积的预步骤程序完成后，开始在晶片上进行磷酸硅玻璃（PSG）薄膜沉积。磷酸硅玻璃（PSG）薄膜每沉积8次，就会进行NF3腔体自清洗。

制造过程中发现，随着磷酸硅玻璃（PSG）薄膜沉积次数的增加，晶片上缺陷颗粒的数量也会随之增加，而且，大部分缺陷颗粒都无法通过去离子水清除。如图1所示，通常沉积到第5，6，7，8片的晶片时缺陷颗粒就会出现并有可能超过管控范围。一旦晶片上的缺陷颗粒数量太多，就会产生不良品。虽然磷酸硅玻璃（PSG）薄膜每沉积8次就会执行NF3腔体自清洗，在一定程度上能够控制缺陷颗粒的数量，但是晶片上仍然会出现缺陷颗粒，而且缺陷颗粒的数量经常会超过管控范围。

请参考图1，其为现有技术中磷酸硅玻璃薄膜的等离子体化学气相沉积工艺后晶片上缺陷颗粒的统计图，如图1所示，缺陷颗粒的统计方式分为两种，一种是统计大于1微米的缺陷颗粒，另一种是统计大于0.16微米缺陷颗粒。一般，大于1微米的缺陷颗粒要求少于10颗，大于0.16微米的缺陷颗粒要求少于30颗。而图中所示的第8次磷酸硅玻璃（PSG）薄膜沉积，即第8片晶片上大于0.16微米的缺陷颗粒数量接近70颗，大于1微米的缺陷颗粒数量接近20颗。明显的，第8片晶片上的缺陷颗粒的数量已经超过了缺陷颗粒的管控范围。可见，定期清洗反应腔体也无法解决缺陷颗粒的问题。

为了控制磷酸硅玻璃薄膜沉积中缺陷颗粒的数量提高产品良率，本领域技术人员一直在寻找缺陷颗粒产生的原因以及其解决方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种磷酸硅玻璃薄膜的等离子体化学气相沉积方法，以解决现有的磷酸硅玻璃薄膜沉积中缺陷颗粒数量太多，导致产品不良的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种磷酸硅玻璃薄膜的等离子体化学气相沉积方法，所述方法包括以下步骤：

执行磷酸硅玻璃薄膜沉积的预步骤；

磷酸硅玻璃薄膜沉积；

其中，磷酸硅玻璃薄膜沉积的预步骤中通入一反应气体，反应气体为磷化氢气体，所述磷化氢气体的流量为50～100标况毫升/分钟。

可选的，在所述的磷酸硅玻璃薄膜的等离子体化学气相沉积方法中，所述磷酸硅玻璃薄膜沉积的预步骤包括：

在反应腔体上形成含硅量高的氧化硅薄膜；

在含硅量高的氧化硅膜层上形成氧化硅薄膜；

在氧化硅膜层上形成含磷量高的磷酸硅玻璃薄膜。

可选的，在所述的磷酸硅玻璃薄膜的等离子体化学气相沉积方法中，所述含硅量高的氧化硅薄膜的折射率为1.5。

可选的，在所述的磷酸硅玻璃薄膜的等离子体化学气相沉积方法中，所述含磷量高的磷酸硅玻璃薄膜的含磷量为5%～7%。

可选的，在所述的磷酸硅玻璃薄膜的等离子体化学气相沉积方法中，所述含硅量高的氧化硅薄膜的沉积时间为75～100秒。

可选的，在所述的磷酸硅玻璃薄膜的等离子体化学气相沉积方法中，所述氧化硅薄膜的沉积时间为75～100秒。

可选的，在所述的磷酸硅玻璃薄膜的等离子体化学气相沉积方法中，所述含磷量高的磷酸硅玻璃薄膜的沉积时间为200～400秒。

可选的，在所述的磷酸硅玻璃薄膜的等离子体化学气相沉积方法中，所述磷酸硅玻璃薄膜沉积8次为一个周期，所述磷酸硅玻璃薄膜沉积的周期在开始之前均要执行NF3腔体自清洗。

可选的，在所述的磷酸硅玻璃薄膜的等离子体化学气相沉积方法中，所述磷酸硅玻璃薄膜沉积的周期中对前面多片晶片进行沉积时间补偿。

发明人发现，造成现有的磷酸硅玻璃薄膜沉积中缺陷颗粒数量太多导致产品不良的原因在于，磷酸硅玻璃薄膜沉积的预步骤中沉积的含磷量高的磷酸硅玻璃（P-rich PSG）膜层不够致密，与之后沉积的磷酸硅玻璃（PSG）薄膜的附着性不够，产生了很多磷酸硅玻璃（PSG）颗粒，磷酸硅玻璃（PSG）颗粒落在晶片上造成产品不良。在本发明提供的磷酸硅玻璃薄膜的等离子体化学气相沉积方法中，通过降低反应气体磷化氢的流量，使得含磷量高的磷酸硅玻璃（P-richPSG）膜层更加致密，磷酸硅玻璃（PSG）薄膜与含磷量高的磷酸硅玻璃（P-richPSG）膜层的附着性更好，减少缺陷颗粒的产生，从而提高了产品的良率。

附图说明

图1是现有技术中磷酸硅玻璃薄膜的等离子体化学气相沉积工艺后晶片上缺陷颗粒的统计图；

图2是本发明的磷酸硅玻璃薄膜的等离子体化学气相沉积的工艺流程图；

图3是本发明的磷酸硅玻璃薄膜的等离子体化学气相沉积工艺后晶片上缺陷颗粒的统计图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的磷酸硅玻璃薄膜的等离子体化学气相沉积方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

现有的磷酸硅玻璃薄膜的沉积中缺陷颗粒数量太多导致产品不良，产品良率较低。发明人对此进行了深入的研究，研究发现，磷酸硅玻璃薄膜沉积的预步骤中沉积的含硅量高的氧化硅（SRO）薄膜的压应力为250～300兆帕（Mpa），氧化硅（USG）薄膜的膜质的压应力为80～120兆帕（Mpa），含磷量高的磷酸硅玻璃（P-rich PSG）薄膜的压应力为20～40兆帕（Mpa）。压应力的大小与薄膜的膜质有关，一般而言，压应力越小，膜质越疏松，反之，压应力越大，膜质越致密。可见，含磷量高的磷酸硅玻璃（P-rich PSG）薄膜比较疏松。而且，可知的，磷酸硅玻璃薄膜含磷浓度越高，薄膜里不饱和键就越多，膜质也就越松散。这点也可以从不同种类薄膜的应力上看出来，比如，含磷量为零的氧化硅（USG）薄膜的压应力为80～120兆帕（Mpa），而含磷量高的磷酸硅玻璃（P-rich PSG）薄膜的压应力为20～40兆帕（Mpa）。

含磷量高的磷酸硅玻璃（P-rich PSG）薄膜因为含磷量很高，膜层不够致密，与之后沉积的磷酸硅玻璃（PSG）薄膜的附着性不够，磷酸硅玻璃（PSG）薄膜沉积过程中会产生很多磷酸硅玻璃（PSG）颗粒，磷酸硅玻璃（PSG）颗粒落在晶片上造成了缺陷颗粒。磷酸硅玻璃（PSG）薄膜沉积次数越多，产生的磷酸硅玻璃（PSG）颗粒也就越多，落在晶片上的缺陷颗粒的数量太多，超过一定范围就会造成产品不良。

综上，造成现有的磷酸硅玻璃薄膜的沉积中缺陷颗粒数量太多导致产品不良的原因在于，磷酸硅玻璃薄膜沉积的预步骤中所沉积的含磷量高的磷酸硅玻璃（P-rich PSG）膜层不够致密，与之后沉积的磷酸硅玻璃（PSG）薄膜的附着性不够，产生了磷酸硅玻璃（PSG）颗粒，磷酸硅玻璃（PSG）颗粒落在晶片上造成产品不良。为了解决上述问题，本申请提出了如下技术方案：

请参考图2，其为本发明的磷酸硅玻璃薄膜的等离子体化学气相沉积的工艺流程图，如图2所示，所述磷酸硅玻璃薄膜的等离子体化学气相沉积方法包括以下步骤：执行磷酸硅玻璃薄膜沉积的预步骤S10；磷酸硅玻璃沉积S20；其中，磷酸硅玻璃薄膜沉积的预步骤S10中通入一反应气体，反应气体为磷化氢（PH3）气体，所述磷化氢（PH3）气体的流量为50～100标况毫升/分钟。

具体的，磷酸硅玻璃薄膜沉积的预步骤S10分为三个步骤，依次是PSG薄膜沉积的预步骤一S11、PSG薄膜沉积的预步骤二S12和PSG薄膜沉积的预步骤三S13。PSG薄膜沉积的预步骤一S11是在整个反应腔体上沉积含硅量高的氧化硅（SRO）薄膜，沉积时间为75～100秒，形成较致密的膜质附着在反应腔体上。PSG薄膜沉积的预步骤二S12是沉积氧化硅（USG）薄膜在含硅量高的氧化硅（SRO）薄膜上，沉积时间为75～100秒，氧化硅（USG）薄膜作为过渡层，膜质较含硅量高的氧化硅（SRO）薄膜稀松。其中，含硅量高的氧化硅（SRO）薄膜的折射率为1.5，氧化硅（USG）薄膜的折射率为1.46。PSG薄膜沉积的预步骤三S13是通入反应气体磷化氢（PH3），沉积含磷量高的磷酸硅玻璃（P-richPSG）薄膜在氧化硅（USG）薄膜上，沉积时间为200～400秒。含磷量高的磷酸硅玻璃（P-rich PSG）薄膜沉积形成了沉积磷酸硅玻璃薄膜的氛围环境，保持整个反应腔体的压力稳定，控制晶片与晶片间的厚度差异。

其中，为了形成膜质更加致密的含磷量高的磷酸硅玻璃(P-rich PSG）薄膜，PSG薄膜沉积的预步骤三S13通入的反应气体磷化氢（PH3）的流量控制在50～100标况毫升/分钟（sccm），例如所述反应气体磷化氢（PH3）的流量为60标况毫升/分钟（sccm）、70标况毫升/分钟（sccm）、80标况毫升/分钟（sccm）或者90标况毫升/分钟（sccm）。而通常情况下，反应气体磷化氢（PH3）的流量为220～250标况毫升/分钟（sccm），通入220～250标况毫升/分钟磷化氢（PH3）所形成的含磷量高的磷酸硅玻璃（P-rich PSG）薄膜的含磷量为8%～9%。而本发明中磷化氢（PH3）的流量相对比较低，形成的含磷量高的磷酸硅玻璃（P-richPSG）薄膜的含磷量为5%～7%。

可见，反应气体磷化氢（PH3）的流量降低后形成的含磷量高的磷酸硅玻璃（P-rich PSG）薄膜的含磷量也降低了，PSG薄膜沉积的预步骤三S13形成的含磷量高的磷酸硅玻璃（P-rich PSG）薄膜的膜质相对比较致密，加强了其与磷酸硅玻璃（PSG）薄膜的附着性。

反应气体磷化氢（PH3）的流量从原先的220～250标况毫升/分钟（sccm）降低至50～100标况毫升/分钟（sccm）后，晶片上缺陷颗粒的数量有明显的降低，请参考图3，其为本发明的磷酸硅玻璃薄膜的等离子体化学气相沉积工艺后晶片上缺陷颗粒的统计图，如3图所示，缺陷颗粒的数量很少而且非常稳定，即使沉积到第5，6，7，8片的晶片时缺陷颗粒的数量也没有变化。

磷酸硅玻璃薄膜沉积的预步骤完成后，开始在晶片上进行磷酸硅玻璃（PSG）薄膜沉积。磷酸硅玻璃（PSG）薄膜沉积8次，即每完成8片晶片的磷酸硅玻璃（PSG）薄膜沉积为一个周期。磷酸硅玻璃（PSG）薄膜沉积的周期在开始之前均要执行NF3腔体自清洗。具体过程如下：执行NF3腔体自清洗，之后开始在第1片晶片上进行磷酸硅玻璃（PSG）薄膜沉积，直到第8片晶片磷酸硅玻璃（PSG）薄膜沉积完成，第一个周期结束，接着执行NF3腔体自清洗，然后开始沉积第9片，直到第16片晶片磷酸硅玻璃（PSG）薄膜沉积完成，第二个周期结束，如此循环进行。

同时，由于反应气体磷化氢（PH3）的流量降低，反应腔体的压力上升比较缓慢，磷酸硅玻璃（PSG）薄膜沉积刚开始的一段时间里，反应腔体的压力还没有达到预定要求，前面几片晶片的厚度会比较薄。所以在磷酸硅玻璃（PSG）薄膜沉积的周期中需要对前面多片晶片进行沉积时间补偿。通过沉积时间补偿方式，增加前面几片晶片的厚度，减少晶片与晶片之间的厚度差异。一般补偿的晶片数量根据晶片与晶片之间的厚度差异决定，通常是3片或4片。

综上，在本发明实施例提供的磷酸硅玻璃薄膜的等离子体化学气相沉积方法中，通过降低反应气体磷化氢的流量形成更加致密的含磷量高的磷酸硅玻璃（P-rich PSG）薄膜，加强了含磷量高的磷酸硅玻璃（P-rich PSG）薄膜与磷酸硅玻璃（PSG）薄膜的附着性，减少了缺陷颗粒的产生，提高了产品的良率。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (6)

1.一种磷酸硅玻璃薄膜的等离子体化学气相沉积方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：

执行磷酸硅玻璃薄膜沉积的预步骤；

磷酸硅玻璃薄膜沉积；

其中，所述磷酸硅玻璃薄膜沉积的预步骤包括：

在反应腔体上形成含硅量高的氧化硅薄膜，所述含硅量高的氧化硅薄膜的折射率为1.5；

在含硅量高的氧化硅膜层上形成氧化硅薄膜；

在氧化硅膜层上形成含磷量高的磷酸硅玻璃薄膜，所述含磷量高的磷酸硅玻璃薄膜的含磷量为5％～7％；

其中，含磷量高的磷酸硅玻璃薄膜沉积的步骤中通入一反应气体，反应气体为磷化氢气体，所述磷化氢气体的流量为50～100标况毫升/分钟。

2.如权利要求1所述的磷酸硅玻璃薄膜的等离子体化学气相沉积方法，其特征在于，所述含硅量高的氧化硅薄膜的沉积时间为75～100秒。

3.如权利要求1所述的磷酸硅玻璃薄膜的等离子体化学气相沉积方法，其特征在于，所述氧化硅薄膜的沉积时间为75～100秒。

4.如权利要求1所述的磷酸硅玻璃薄膜的等离子体化学气相沉积方法，其特征在于，所述含磷量高的磷酸硅玻璃薄膜的沉积时间为200～400秒。

5.如权利要求1所述的磷酸硅玻璃薄膜的等离子体化学气相沉积方法，其特征在于，所述磷酸硅玻璃薄膜沉积8次为一个周期，所述磷酸硅玻璃薄膜沉积的周期在开始之前均要执行NF₃腔体自清洗。

6.如权利要求5所述的磷酸硅玻璃薄膜的等离子体化学气相沉积方法，其特征在于，所述磷酸硅玻璃薄膜沉积的周期中对前面多片晶片进行沉积时间补偿。