[发明专利]改善掺杂多晶或非晶硅磷浓度片间均一性的方法和结构

说明书

本发明公开了一种改善掺杂多晶或非晶硅磷浓度片间均一性的方法，采用炉管生长，磷烷通过3路喷嘴管路通入，3路喷嘴管路的顶端分别设置在晶舟的底部、中部和顶部；第一路喷嘴管路的顶部喷气；第二和三路喷嘴管路设置多个间隔排列的侧向出气孔；从底端到顶端的方向上，各管路的各侧向出气孔的孔径逐渐变大，且通过测试晶舟的各固定监控位置处的监控硅片的磷浓度来调节各侧向出气孔的孔径大小；通过测试沿整个晶舟位置的磷浓度曲线来调节各侧向出气孔的位置。本发明还公开了一种改善掺杂多晶或非晶硅磷浓度片间均一性的结构。本发明能提高硅片间磷浓度均匀性，能降低生产成本。

技术领域

本发明涉及半导体集成电路制造领域，特别是涉及一种改善掺杂多晶或非晶硅磷浓度片间均一性的方法，本发明还涉及一种改善掺杂多晶或非晶硅磷浓度片间均一性的结构。

背景技术

掺杂多晶硅/非晶硅即多晶硅或非晶硅工艺的磷浓度直接影响到产品的栅极电阻(Rg)参数，是非常关键和需要管控的工艺参数。现有多晶硅或非晶硅一般采用炉管工艺进行生长并同时进行掺杂。在多晶硅或非晶硅生长过程中一般采用硅烷作为硅源、采用磷烷作为磷的掺杂源，由于炉管工艺的设备设置及工艺反应时磷烷气体耗尽相对硅烷来得早，这样当磷烷都从炉管的底部通入时，磷烷有可能没有到达炉管的顶部就会被消耗掉。所以为了使得炉管底部和顶部之间的所有区域的硅片上形成的多晶硅或非晶硅的硅片间磷浓度的均匀性，磷烷通过3路喷嘴管路通入到所述炉管的腔体中，3路喷嘴管路分别为底端(BTM)喷嘴管路、中间(CTR)喷嘴管路和顶端(TOP)喷嘴管路，如现有东京电子(TEL)的Alpha-8S和Alpha-8SE系列的LPCVD炉管，就是采用BTM加CTR和TOP三路喷嘴管路来实现磷烷的供气，其中CTR和TOP喷嘴管路能够分别对中部和顶部磷烷源进行补偿。如图1所示，现有炉管的结构示意图；在所述炉管101的腔体中设置有晶舟(boat)102，晶舟102放置在保温桶103上，所述晶舟102用于放置用于生长多晶硅或非晶硅的硅片，磷掺杂采用磷烷作为气源，所述磷烷通过3路喷嘴管路通入到所述炉管的腔体中，第一路喷嘴管路即BTM喷嘴管路104的顶端设置在所述晶舟102的底部，喷嘴104a设置在BTM喷嘴管路104的顶部，顶部的箭头表示从喷嘴104a中喷出的磷烷。第二路喷嘴管路即CTR喷嘴管路105的顶端设置在所述晶舟102的中部，喷嘴105a设置在CTR喷嘴管路105的顶部，顶部的箭头表示从喷嘴105a中喷出的磷烷。第三路喷嘴管路即TOP喷嘴管路106的顶端设置在所述晶舟102的顶部，喷嘴106a设置在TOP喷嘴管路106的顶部，顶部的箭头表示从喷嘴106a中喷出的磷烷。所述3路喷嘴管路的底端为气源端。所用气三路喷嘴管路均为单孔向上出气型。

如图2所示，是如图1所示的现有炉管生长的多晶硅或非晶硅的磷浓度曲线；其中横坐标表示硅片处于所述晶舟102中的位置，TOP为顶端，BTM为底端，CTR为中间位置，T/C为顶端和中间位置之间的区域，B/C为底端和中间位置的区域。图2中共有4条曲线，四条曲线对应的工艺条件仅硅烷流量不同，其它条件都相同，其中温度都为580℃；曲线107的硅烷流量为800sccm、曲线108的硅烷流量为1200sccm、曲线109的硅烷流量为1600sccm、曲线110的硅烷流量为2000sccm。可以看出四条曲线都呈W分布，分布很不均匀。

另外，如图5所示，图5中的曲线208和曲线210也都是采用现有炉管生长的多晶硅或非晶硅的磷浓度曲线，曲线208和210工艺条件仅温度不同，其它条件都相同，其中硅烷流量都为800sccm，曲线208的温度为538℃，曲线210的温度为580℃。可以看出，曲线208和210都呈W分布，且随着工艺温度的升高，磷浓度W型会呈现放大的趋势。

另外，从图2中可以看出，提高硅烷流量能够改善磷浓度均一性。所以现有技术中，为了保证整个晶舟上的产品或整批产品磷浓度仍旧在产品需求范围内，一般的做法是大幅提高反应气体硅烷的流量，但此做法会产生颗粒多发及成本(cost)变高等生产问题。

发明内容