一种基于AMATCentura5200PECVD设备免AMPLE中转缓冲罐的高性能BPSG薄膜制备方法与流程

本发明属于半导体集成电路薄膜制造，具体涉及一种基于amat centura5200 pecvd设备免ample中转缓冲罐的高性能bpsg薄膜制备方法。

背景技术：

1、半导体产线量产bpsg薄膜分为两大工艺体系。

2、其一为tmb/tmp有机液态源体系，以硼酸三甲酯（tmb）、磷酸三甲酯（tmp）作为硼、磷掺杂前驱体，搭配正硅酸乙酯（teos）硅源沉积bpsg。由于tmb/tmp为液态高粘度化学品，汽化均匀性差、供气稳定性不足，整套供液系统必须配套ample中转缓冲罐。该罐体集成原料储存、液位实时监测、自动补液、恒温汽化、压力输送一体化硬件，通过罐体缓冲稳压、匀化气流，解决液态源汽化混合不均的问题，是有机源工艺不可缺少的专用配套设备。该路线薄膜原生台阶覆盖优良，但存在三大缺陷：其一，tmb/tmp分子含甲基基团，沉积过程易析出碳杂质，原生膜残留大量碳杂质，经950℃/30min高温回流退火后膜内仍存在碳包裹纳米闭孔，si/bpsg界面缺陷密度高，器件经时介电击穿（tddb）高温偏置可靠性差；其二，ample中转缓冲罐本体采购成本高，配套密封件、滤芯、加热管路、液位传感器为高频消耗件，产线年度维保、耗材更换成本居高不下；其三，需定期执行罐体吹扫、管路检漏、化学品补液作业，占用机台生产时间，降低设备稼动率，同时存在有机化学品泄漏、管路结晶堵塞风险。

3、其二为b2h6/ph3氢化物气相源体系，采用硅烷sih4、乙硼烷b2h6、磷化氢ph3气相气源沉积bpsg，前驱体本身无碳元素。但该体系存在固有技术短板：氢化物气相粒子平均自由程长、气体流速快，且传统氢化物工艺未配置任何缓冲稳压设备，完全舍弃ample中转缓冲罐后，各类反应气体进入沉积腔体后混合时间短、混合均匀性极差，直接导致薄膜沉积均匀性不足、原生台阶覆盖能力弱、膜层致密性差。

4、参照图1，现有tmb/tmp有机源供液系统中，tmb液态钢瓶和tmp液态钢瓶分别通过补液管路经自动补液阀组连接至ample中转缓冲罐，ample中转缓冲罐内置恒温加热层和液位传感器，罐体出口经汽化加热管路通向pecvd沉积腔体。该套系统结构复杂，硬件成本高昂，且运维繁琐。

5、综上所述，现有技术中存在以下痛点：有机源工艺依赖昂贵ample中转缓冲罐硬件，运维成本高，薄膜含碳缺陷严重，器件长期可靠性差；传统氢化物工艺虽气源无碳，但缺失缓冲罐导致气体混合不均、工艺稳定性差，单纯替换气源无法产出高性能薄膜；尚无工艺方案可同时实现彻底省去ample中转缓冲罐整套硬件、消除薄膜碳杂质、匹配产线标准回流退火工艺、薄膜性能反超传统有机源方案。

技术实现思路

1、本发明提供一种基于amat centura 5200 pecvd设备免ample中转缓冲罐的bpsg薄膜制备方法，包括以下步骤：s1、提供半导体衬底，将衬底送入centura 5200平行板等离子体沉积腔体，采用sih4、b2h6、ph3、n2o气相前驱体沉积bpsg薄膜；控制薄膜内部b、p掺杂质量百分比，与采用tmb/tmp有机源、配套ample中转缓冲罐自动补液系统制备的基准bpsg薄膜掺杂参数完全一致；s2、对沉积后的bpsg薄膜执行回流退火处理：氮气保护气氛，退火温度950℃，恒温保温30min；s3、回流退火完成后直接进入后续刻蚀、化学机械抛光或金属化工序；全程不配置、不使用tmb/tmp专用ample中转缓冲罐及配套自动补液汽化供液系统；所述ample中转缓冲罐为专用于储存、输送液态tmb/tmp的一体化中转储罐，集成液位传感、自动补液、恒温加热、气相输送阀组；经回流退火后的氢化物源bpsg薄膜残余碳杂质≤10ppm，膜内无碳包裹密闭微孔，薄膜界面漏电、经时介电击穿可靠性优于同等掺杂量、配备ample中转缓冲罐的tmb/tmp有机源bpsg薄膜；其中，沉积腔体采用定制化功率-压力工艺窗口，通过高密度等离子体环境构建虚拟缓冲效果，弥补无ample中转缓冲罐导致的气体混合不均缺陷，保障薄膜沉积均匀性与致密性。

2、进一步的，centura 5200沉积腔体沉积工艺参数为：射频功率300w～800w，腔压2torr～8torr；sih4流量50sccm～200sccm，b2h6稀释气流量10sccm～50sccm，ph3稀释气流量15sccm～60sccm，n2o流量500sccm～2000sccm。

3、进一步的，回流退火工艺中：n2载气流量5slm～20slm，升温速率5℃/min～10℃/min，降温速率3℃/min～8℃/min。

4、进一步的，所述bpsg薄膜中b掺杂质量分数为2.0wt%～5.0wt%，p掺杂质量分数为2.5wt%～6.0wt%。

5、进一步的，所述bpsg薄膜用作逻辑ic、功率器件或存储芯片的金属前介质层。

6、进一步的，所述centura 5200沉积腔体中射频功率为500w，腔压为4torr。

7、进一步的，所述bpsg薄膜中b掺杂质量分数为3.2wt%，p掺杂质量分数为3.8wt%。

8、进一步的，所述沉积腔体在沉积步骤之前已完成tmb/tmp液态源供液支路的拆除，ample中转缓冲罐及配套自动补液汽化供液系统已被移除。

9、进一步的，经950℃/30min回流退火后的所述bpsg薄膜的界面态dit≤1.2×1010cm-2·ev-1。

10、进一步的，所述bpsg薄膜经回流退火后残余碳含量为6ppm。

11、本发明通过优化功率、压力工艺窗口形成虚拟缓冲效果，替代传统ample物理缓冲罐硬件，完全移除整套tmb/tmp ample中转缓冲罐、液位控制系统、加热汽化管路、补液阀组，彻底省去罐体采购、年度密封件及滤芯更换、管路定期清洗维保费用，消除有机源化学品采购、管路结晶堵塞更换成本，单片晶圆综合制造成本显著下降。同时，无有机碳前驱体引入，回流退火后残余碳≤10ppm，膜内无碳团簇、碳包裹纳米闭孔，薄膜微观结构致密均匀；si/bpsg界面无碳杂质偏析，界面态密度dit大幅降低，浅结漏电、器件阈值电压漂移更小；高温偏置tddb寿命较有机源带ample方案提升30%以上。b、p掺杂浓度与现有有机源基准一致，950℃标准回流退火工艺不变，回流退火后薄膜高温流动特性、台阶圆角平坦化效果与原带ample工艺无差异，后续化学机械抛光、通孔刻蚀、金属互连工序无需调整工艺参数。取消ample补液、罐体检漏、有机管路吹扫、结晶清理等高频维护步骤，大幅减少机台停机时间，消除tmb/tmp有机液体泄漏、管路堵塞风险，提升产线安全等级与设备稼动率。

1.一种基于amat centura 5200 pecvd设备免ample中转缓冲罐的bpsg薄膜制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于amat centura 5200 pecvd设备免ample中转缓冲罐的bpsg薄膜制备方法，其特征在于，centura 5200沉积腔体沉积工艺参数为：射频功率300w～800w，腔压2torr～8torr；sih4流量50sccm～200sccm，b2h6稀释气流量10sccm～50sccm，ph3稀释气流量15sccm～60sccm，n2o流量500sccm～2000sccm。

3.根据权利要求1所述的基于amat centura 5200 pecvd设备免ample中转缓冲罐的bpsg薄膜制备方法，其特征在于，回流退火工艺中：n2载气流量5slm～20slm，升温速率5℃/min～10℃/min，降温速率3℃/min～8℃/min。

4.根据权利要求1所述的基于amat centura 5200 pecvd设备免ample中转缓冲罐的bpsg薄膜制备方法，其特征在于，所述bpsg薄膜中b掺杂质量分数为2.0wt%～5.0wt%，p掺杂质量分数为2.5wt%～6.0wt%。

5.根据权利要求1所述的基于amat centura 5200 pecvd设备免ample中转缓冲罐的bpsg薄膜制备方法，其特征在于，所述bpsg薄膜用作逻辑ic、功率器件或存储芯片的金属前介质层。

6.根据权利要求1所述的基于amat centura 5200 pecvd设备免ample中转缓冲罐的bpsg薄膜制备方法，其特征在于，所述centura 5200沉积腔体中射频功率为500w，腔压为4torr。

7.根据权利要求1所述的基于amat centura 5200 pecvd设备免ample中转缓冲罐的bpsg薄膜制备方法，其特征在于，所述bpsg薄膜中b掺杂质量分数为3.2wt%，p掺杂质量分数为3.8wt%。

8.根据权利要求1所述的基于amat centura 5200 pecvd设备免ample中转缓冲罐的bpsg薄膜制备方法，其特征在于，所述沉积腔体在沉积步骤之前已完成tmb/tmp液态源供液支路的拆除，ample中转缓冲罐及配套自动补液汽化供液系统已被移除。

9.根据权利要求1所述的基于amat centura 5200 pecvd设备免ample中转缓冲罐的bpsg薄膜制备方法，其特征在于，经950℃/30min回流退火后的所述bpsg薄膜的界面态dit≤1.2×1010cm-2·ev-1。

10.根据权利要求1所述的基于amat centura 5200 pecvd设备免ample中转缓冲罐的bpsg薄膜制备方法，其特征在于，所述bpsg薄膜经回流退火后残余碳含量为6ppm。