本發(fā)明屬于半導(dǎo)體，具體涉及一種bpsg薄膜及其制備工藝和單腔多片pecvd設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、pecvd（等離子體增強型化學(xué)氣相沉積）技術(shù)中，反應(yīng)氣體被引入到真空腔室中，然后通過射頻（rf）等方式產(chǎn)生等離子體，等離子體中的高能電子與反應(yīng)氣體分子發(fā)生碰撞，使氣體分子解離、激發(fā)，產(chǎn)生大量的活性粒子，如原子、離子和自由基等，這些活性粒子在基底表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成薄膜。pecvd工藝廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，主要應(yīng)用于沉積各種半導(dǎo)體存儲器件薄膜。例如cn115287630a公開了一種半導(dǎo)體器件制備裝置及制備方法，該裝置包括氣體管道、氣體優(yōu)化系統(tǒng)以及反應(yīng)腔室；氣體管道包括多個氣體入口管道；所述反應(yīng)腔室內(nèi)部自上而下設(shè)置有射頻匹配器、氣體分配盤、晶圓托盤以及氣體排出部；多個氣體入口連接所述氣體混合優(yōu)化系統(tǒng)；氣體優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)置在所述反應(yīng)腔室外部；氣體混合優(yōu)化系統(tǒng)包括氣體攪拌裝置和氣體過濾裝置。該技術(shù)雖然能夠?qū)崿F(xiàn)多路氣體的均勻分布，但是一次沉積僅能在一片晶圓上進行薄膜沉積，無法同時進行多線操作。

2、在單腔多片pecvd（等離子體增強化學(xué)氣相沉積）設(shè)備中，可同時處理多個基片，一次運行就能制備多個bpsg（硼磷硅玻璃）薄膜，相比單腔單片pecvd設(shè)備，在單位時間內(nèi)能夠生產(chǎn)出更多的產(chǎn)品，有效提高了生產(chǎn)效率，滿足大規(guī)模生產(chǎn)的需求，并且減少了設(shè)備投入，降低了成本。例如專利cn102560422a公開了一種多片遠(yuǎn)程等離子體增強原子層沉積腔室，包括真空腔室，所述真空腔室內(nèi)安裝有能放置多片樣品的樣品臺架，所述真空腔室內(nèi)在樣品臺架的外圍設(shè)有加熱圈，所述加熱圈靠近腔壁的一側(cè)連接有熱反射板；所述真空腔室內(nèi)在樣品臺架和加熱圈之間設(shè)有進氣管，所述進氣管在與樣品臺架的相同空間高度內(nèi)設(shè)有出氣段；所述真空腔室內(nèi)在熱反射板的外圍設(shè)置有勻氣環(huán)，所述真空腔室在勻氣環(huán)與其側(cè)壁之間的底部上開有抽氣口，所述抽氣口與進氣管位設(shè)在樣品臺架的兩側(cè)；所述真空腔室上連接有遠(yuǎn)程脈沖等離子發(fā)生系統(tǒng)，所述遠(yuǎn)程脈沖等離子發(fā)生系統(tǒng)包括連接在真空腔室底部的石英管，所述石英管外繞設(shè)有感應(yīng)線圈，所述感應(yīng)線圈上依次連接脈沖射頻電源、阻抗匹配系統(tǒng)。該專利可以在多片襯底上生長薄膜，但是由于不同襯底所處位置的氣體濃度、流量等存在差異，腔室內(nèi)的等離子體密度、能量分布不均勻，使得不同襯底上的晶圓受到的等離子體轟擊程度不同，因此導(dǎo)致薄膜的生長速率不同，從而在多次成膜過程中容易出現(xiàn)分層現(xiàn)象，進而會導(dǎo)致薄膜的刻蝕速率不一致，在進行后續(xù)涂膠光刻工藝時，嚴(yán)重時甚至?xí)霈F(xiàn)圖形失真等現(xiàn)象，影響良率性能。

3、因此，如何實現(xiàn)對單腔多片pecvd設(shè)備中bpsg薄膜的制備工藝的優(yōu)化，以減少分層現(xiàn)象，從而提升半導(dǎo)體器件的良率和單腔多片pecvd設(shè)備的競爭力，是亟待解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種bpsg薄膜及其制備工藝和單腔多片pecvd設(shè)備。本發(fā)明通過在進行主沉積之前先在晶圓表面進行預(yù)沉積，同時設(shè)定預(yù)沉積的參數(shù)滿足特定條件，從而極大地避免了bpsg薄膜的分層現(xiàn)象，有助于提升bpsg薄膜的刻蝕均勻性，在進行后續(xù)涂膠光刻工藝時，有效阻止了圖形失真等現(xiàn)象，保證了半導(dǎo)體器件的穩(wěn)定性，因此大大提升了半導(dǎo)體器件的良率以及單腔多片pecvd設(shè)備的競爭力。

2、為達(dá)到此發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

3、第一方面，本發(fā)明提供一種bpsg薄膜的制備工藝，所述制備工藝包括以下步驟：

4、在單腔多片pecvd設(shè)備中，將若干個晶圓各自獨立地放置在不同載臺上。

5、將前驅(qū)體源通入腔體中，并穩(wěn)定在第一條件；其中，所述前驅(qū)體源包括硅源前驅(qū)體、硼源前驅(qū)體和磷源前驅(qū)體。

6、預(yù)沉積：在第二條件下，于所述晶圓的表面進行預(yù)沉積，形成bpsg預(yù)沉積薄膜；其中，所述第二條件包括：300sccm＜qb2＜qb3，0＜t＜5s，qb2為第二條件下硼源前驅(qū)體的流量，qb1為第三條件下硼源前驅(qū)體的流量。

7、主沉積：在第三條件下，于所述bpsg預(yù)沉積薄膜的表面繼續(xù)沉積。

8、所述主沉積結(jié)束后，進行后處理，然后取出沉積得到的bpsg薄膜。

9、本發(fā)明通過在進行主沉積之前先在晶圓表面進行預(yù)沉積，同時設(shè)定預(yù)沉積的參數(shù)滿足特定條件，從而極大地避免了bpsg薄膜的分層現(xiàn)象，有助于提升bpsg薄膜的刻蝕均勻性，在進行后續(xù)涂膠光刻工藝時，有效阻止了圖形失真等現(xiàn)象，保證了半導(dǎo)體器件的穩(wěn)定性，因此大大提升了半導(dǎo)體器件的良率以及單腔多片pecvd設(shè)備的競爭力。

10、本發(fā)明中，限定預(yù)沉積過程中300sccm＜qb2＜qb3，0＜t＜5s，此限定的目的在于借助梯度摻雜（從低硼到高硼），避免突變應(yīng)力集中，從而防止在后處理過程中產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，引發(fā)分層現(xiàn)象。若直接在高硼條件下進行沉積，則可能導(dǎo)致bpsg與下層材料的化學(xué)鍵合（如si-o鍵）強度降低，界面粘附性變差，引發(fā)分層現(xiàn)象。

11、需要說明的是，若干個的含義是至少2個，例如可以是2個、4個、5個、6個、8個或10個等。

12、需要說明的是，“若干個晶圓各自獨立地放置在不同載臺上”指的是每一個晶圓放置在不同的載臺上進行薄膜沉積。

13、優(yōu)選地，所述硅源前驅(qū)體包括sih4。

14、優(yōu)選地，所述硼源前驅(qū)體包括b2h6。

15、優(yōu)選地，所述磷源前驅(qū)體包括ph3。

16、優(yōu)選地，所述第一條件包括：qb1＞qb2，其中qb1為第一條件下硼源前驅(qū)體的流量。

17、優(yōu)選地，所述第一條件包括：

18、硅源前驅(qū)體的流量150-250sccm，例如可以是150sccm、160sccm、170sccm、180sccm、190sccm、200sccm、210sccm、220sccm、230sccm、240sccm或250sccm等，硼源前驅(qū)體的流量600-700sccm，例如可以是600sccm、610sccm、620sccm、630sccm、640sccm、650sccm、660sccm、670sccm、680sccm、690sccm或700sccm等，磷源前驅(qū)體的流量300-400sccm，例如可以是300sccm、310sccm、320sccm、330sccm、340sccm、350sccm、330sccm、370sccm、380sccm、390sccm或400sccm等，腔體壓力為2-2.5torr，例如可以是2torr、2.1torr、2.2torr、2.3torr、2.4torr或2.5torr等。

19、本發(fā)明中，在上述第一條件下，將前驅(qū)體源通入腔體中并使其流量穩(wěn)定在上述流量下的目的是：1）避免因流量波動導(dǎo)致反應(yīng)時快時慢，從而確保薄膜生長過程的穩(wěn)定性，有利于提高薄膜的質(zhì)量和一致性；2）穩(wěn)定的流量有助于精確控制沉積進程，進而準(zhǔn)確控制薄膜的成分比例和生長厚度，以滿足特定的工藝要求；3）有利于大規(guī)模生產(chǎn)中的質(zhì)量控制和工藝優(yōu)化；4）穩(wěn)定的流量有助于在反應(yīng)腔內(nèi)形成穩(wěn)定的等離子體區(qū)域和強度，為后續(xù)等離子體與前驅(qū)體充分相互作用奠定基礎(chǔ)。

20、需要說明的，隨著腔體內(nèi)前驅(qū)體源的通入，腔體壓力也由真空狀態(tài)下的真空壓力提升至上述壓力條件下有助于產(chǎn)生穩(wěn)定的等離子體，有助于更精確地控制薄膜的沉積速率和厚度，從而獲得均勻、致密且附著力良好的bpsg薄膜。

21、示例性的，本發(fā)明對達(dá)到第一條件所需的時間不進行具體限定，示例性的，例如可以是10s等。

22、優(yōu)選地，所述qb2的取值范圍為400-500sccm，例如可以是400sccm、410sccm、420sccm、430sccm、440sccm、450sccm、460sccm、470sccm、480sccm、490sccm或500sccm等，1.5s≤t≤2.5s，例如可以是1.5s、1.6s、1.7s、1.8s、1.9s、2s、2.1s、2.2s、2.3s、2.4s或2.5s。

23、本發(fā)明中，限定qb2的取值范圍為400-500sccm，1.5s≤t≤2.5s，在上述范圍內(nèi)，能夠充分地舒緩應(yīng)力分布，避免突變應(yīng)力集中，從而使得最終得到的bpsg薄膜無明顯分層現(xiàn)象，有利于提升bpsg薄膜的刻蝕均勻性，防止圖形失真，保證器件穩(wěn)定性。

24、優(yōu)選地，所述bpsg預(yù)沉積薄膜的厚度為150-300?，例如可以是150?、200?、250?或300?等。

25、本發(fā)明中，適宜厚度的bpsg預(yù)沉積薄膜能夠使得應(yīng)力分布更平緩，避免突變應(yīng)力集中。

26、優(yōu)選地，所述第二條件包括：

27、硅源前驅(qū)體的流量150-250sccm，例如可以是150sccm、160sccm、170sccm、180sccm、190sccm、200sccm、210sccm、220sccm、230sccm、240sccm或250sccm等，磷源前驅(qū)體的流量300-400sccm，例如可以是300sccm、310sccm、320sccm、330sccm、340sccm、350sccm、330sccm、370sccm、380sccm、390sccm或400sccm等，腔體壓力2-2.5torr，例如可以是2torr、2.1torr、2.2torr、2.3torr、2.4torr或2.5torr等，等離子功率為800-1200w，例如可以是800w、850w、900w、950w、1000w、1050w、1100w、1150w或1200w等。

28、本發(fā)明在預(yù)沉積過程中，采用適宜范圍的等離子功率能為前驅(qū)體源提供足夠的能量，使前驅(qū)體源更有效地解離成活性原子或自由基，同時激發(fā)氣體原子到更高的能級狀態(tài)，能夠加速后續(xù)的沉積反應(yīng)，提高沉積速率，為在晶圓表面形成高質(zhì)量的bpsg薄膜奠定基礎(chǔ)；適宜的等離子功率有助于在晶圓表面形成均勻且密集的晶核，從而保證后續(xù)bpsg薄膜生長的均勻性和致密性，有利于獲得高質(zhì)量、性能穩(wěn)定的bpsg薄膜。

29、優(yōu)選地，所述第三條件包括：

30、硅源前驅(qū)體的流量150-250sccm，例如可以是150sccm、160sccm、170sccm、180sccm、190sccm、200sccm、210sccm、220sccm、230sccm、240sccm或250sccm等，硼源前驅(qū)體的流量600-700sccm，例如可以是600sccm、610sccm、620sccm、630sccm、640sccm、650sccm、660sccm、670sccm、680sccm、690sccm或700sccm等，磷源前驅(qū)體的流量300-400sccm，例如可以是300sccm、310sccm、320sccm、330sccm、340sccm、350sccm、330sccm、370sccm、380sccm、390sccm或400sccm等。

31、本發(fā)明中，主沉積過程中硼源前驅(qū)體的流量在適宜范圍內(nèi)，能夠加快反應(yīng)速率，促進bpsg薄膜快速生長，達(dá)到所需厚度，其次主沉積階段增加硼源前驅(qū)體的流量，能夠保證bpsg薄膜在生長過程中有足夠的硼元素供應(yīng)，從而使bpsg薄膜的結(jié)構(gòu)更加致密、均勻，減少空洞和缺陷，進而提高bpsg薄膜的質(zhì)量和性能。

32、優(yōu)選地，所述第三條件還包括：

33、等離子功率800-1200w，例如可以是800w、850w、900w、950w、1000w、1050w、1100w、1150w或1200w等沉積時間80-120s，例如可以是80s、85s、90s、95s、100s、105s、110s、115s或120s等。

34、優(yōu)選地，所述制備工藝包括以下步驟：

35、（1）在單腔多片pecvd設(shè)備中，將若干個晶圓各自獨立地放置在不同載臺上，并對所述若干個晶圓加熱至350-450℃（例如可以是350℃、360℃、370℃、380℃、390℃、400℃、410℃、420℃、430℃、440℃或450℃等）。

36、（2）將前驅(qū)體源通入腔體中，并穩(wěn)定在第一條件；其中，所述前驅(qū)體源包括硅源前驅(qū)體、硼源前驅(qū)體和磷源前驅(qū)體，所述第一條件包括：硅源前驅(qū)體的流量150-250sccm，硼源前驅(qū)體的流量600-700sccm，磷源前驅(qū)體的流量300-400sccm，腔體壓力2-2.5torr。

37、（3）預(yù)沉積：在第二條件下，于所述晶圓的表面進行預(yù)沉積，形成厚度為150-300?的bpsg預(yù)沉積薄膜；其中，所述第二條件包括：硅源前驅(qū)體的流量150-250sccm，硼源前驅(qū)體的流量400-500sccm，磷源前驅(qū)體的流量300-400sccm，1.5s≤t≤2.5s，腔體壓力2-2.5torr，等離子功率為800-1200w。

38、（4）主沉積：在第三條件下，于所述bpsg預(yù)沉積薄膜的表面繼續(xù)沉積；其中，所述第三條件包括：硅源前驅(qū)體的流量150-250sccm，硼源前驅(qū)體的流量600-700sccm，磷源前驅(qū)體的流量300-400sccm，等離子功率800-1200w，沉積時間80-120s。

39、（5）所述主沉積結(jié)束后，進行吹掃和抽氣，使得腔體恢復(fù)真空狀態(tài)，取出沉積得到的bpsg薄膜。

40、第二方面，本發(fā)明提供一種bpsg薄膜，所述bpsg薄膜采用如第一方面所述的bpsg薄膜的制備工藝制備得到。

41、所述bpsg薄膜的厚度≥800nm，例如可以是800nm、900nm或1000nm等。

42、第三方面，本發(fā)明提供一種單腔多片pecvd設(shè)備，所述單腔多片pecvd設(shè)備中進行如第一方面所述的bpsg薄膜的制備工藝，所述單腔多片pecvd設(shè)備包括：

43、腔體，用于bpsg薄膜沉積，所述腔體內(nèi)設(shè)置有若干個載臺，所述若干個載臺用于承載若干個晶圓。

44、勻氣盤，用于將前驅(qū)體源均勻擴散至腔體中。

45、射頻系統(tǒng)，用于將前驅(qū)體源解離成離子狀態(tài)。

46、優(yōu)選地，所述單腔多片pecvd設(shè)備還包括加熱器，用于給晶圓提供熱量。示例性的，所述加熱器的材質(zhì)為鋁。

47、本發(fā)明所述的數(shù)值范圍不僅包括上述列舉的點值，還包括沒有列舉出的上述數(shù)值范圍之間的任意的點值，限于篇幅及出于簡明的考慮，本發(fā)明不再窮盡列舉所述范圍包括的具體點值。

48、相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果：

49、本發(fā)明通過在進行主沉積之前先在晶圓表面進行預(yù)沉積，同時設(shè)定預(yù)沉積的參數(shù)滿足特定條件，從而極大地避免了bpsg薄膜的分層現(xiàn)象，有助于提升bpsg薄膜的刻蝕均勻性，在進行后續(xù)涂膠光刻工藝時，有效阻止了圖形失真等現(xiàn)象，保證了半導(dǎo)體器件的穩(wěn)定性，因此大大提升了半導(dǎo)體器件的良率以及單腔多片pecvd設(shè)備的競爭力。