[發明專利]改善摻雜多晶或非晶硅磷濃度片間均一性的方法和結構

有效

• 申請號: 201410196868.3
• 申請日: 2014-05-12
• 公開（公告）號: CN104576330B
• 公開（公告）日: 2019-06-11
• 發明（設計）人: 侯翔宇;周利明;朱曉斌
• 申請（專利權）人: 上海華虹宏力半導體制造有限公司
• 主分類號: H01L21/223
• 分類號: H01L21/223;C30B31/16
• 代理公司: 上海浦一知識產權代理有限公司 31211
• 代理人: 丁紀鐵

本發明公開了一種改善摻雜多晶或非晶硅磷濃度片間均一性的方法，采用爐管生長，磷烷通過3路噴嘴管路通入，3路噴嘴管路的頂端分別設置在晶舟的底部、中部和頂部；第一路噴嘴管路的頂部噴氣；第二和三路噴嘴管路設置多個間隔排列的側向出氣孔；從底端到頂端的方向上，各管路的各側向出氣孔的孔徑逐漸變大，且通過測試晶舟的各固定監控位置處的監控硅片的磷濃度來調節各側向出氣孔的孔徑大小；通過測試沿整個晶舟位置的磷濃度曲線來調節各側向出氣孔的位置。本發明還公開了一種改善摻雜多晶或非晶硅磷濃度片間均一性的結構。本發明能提高硅片間磷濃度均勻性，能降低生產成本。

技術領域

本發明涉及半導體集成電路制造領域，特別是涉及一種改善摻雜多晶或非晶硅磷濃度片間均一性的方法，本發明還涉及一種改善摻雜多晶或非晶硅磷濃度片間均一性的結構。

背景技術

摻雜多晶硅/非晶硅即多晶硅或非晶硅工藝的磷濃度直接影響到產品的柵極電阻(Rg)參數，是非常關鍵和需要管控的工藝參數。現有多晶硅或非晶硅一般采用爐管工藝進行生長并同時進行摻雜。在多晶硅或非晶硅生長過程中一般采用硅烷作為硅源、采用磷烷作為磷的摻雜源，由于爐管工藝的設備設置及工藝反應時磷烷氣體耗盡相對硅烷來得早，這樣當磷烷都從爐管的底部通入時，磷烷有可能沒有到達爐管的頂部就會被消耗掉。所以為了使得爐管底部和頂部之間的所有區域的硅片上形成的多晶硅或非晶硅的硅片間磷濃度的均勻性，磷烷通過3路噴嘴管路通入到所述爐管的腔體中，3路噴嘴管路分別為底端(BTM)噴嘴管路、中間(CTR)噴嘴管路和頂端(TOP)噴嘴管路，如現有東京電子(TEL)的Alpha-8S和Alpha-8SE系列的LPCVD爐管，就是采用BTM加CTR和TOP三路噴嘴管路來實現磷烷的供氣，其中CTR和TOP噴嘴管路能夠分別對中部和頂部磷烷源進行補償。如圖1所示，現有爐管的結構示意圖；在所述爐管101的腔體中設置有晶舟(boat)102，晶舟102放置在保溫桶103上，所述晶舟102用于放置用于生長多晶硅或非晶硅的硅片，磷摻雜采用磷烷作為氣源，所述磷烷通過3路噴嘴管路通入到所述爐管的腔體中，第一路噴嘴管路即BTM噴嘴管路104的頂端設置在所述晶舟102的底部，噴嘴104a設置在BTM噴嘴管路104的頂部，頂部的箭頭表示從噴嘴104a中噴出的磷烷。第二路噴嘴管路即CTR噴嘴管路105的頂端設置在所述晶舟102的中部，噴嘴105a設置在CTR噴嘴管路105的頂部，頂部的箭頭表示從噴嘴105a中噴出的磷烷。第三路噴嘴管路即TOP噴嘴管路106的頂端設置在所述晶舟102的頂部，噴嘴106a設置在TOP噴嘴管路106的頂部，頂部的箭頭表示從噴嘴106a中噴出的磷烷。所述3路噴嘴管路的底端為氣源端。所用氣三路噴嘴管路均為單孔向上出氣型。

如圖2所示，是如圖1所示的現有爐管生長的多晶硅或非晶硅的磷濃度曲線；其中橫坐標表示硅片處于所述晶舟102中的位置，TOP為頂端，BTM為底端，CTR為中間位置，T/C為頂端和中間位置之間的區域，B/C為底端和中間位置的區域。圖2中共有4條曲線，四條曲線對應的工藝條件僅硅烷流量不同，其它條件都相同，其中溫度都為580℃；曲線107的硅烷流量為800sccm、曲線108的硅烷流量為1200sccm、曲線109的硅烷流量為1600sccm、曲線110的硅烷流量為2000sccm。可以看出四條曲線都呈W分布，分布很不均勻。

另外，如圖5所示，圖5中的曲線208和曲線210也都是采用現有爐管生長的多晶硅或非晶硅的磷濃度曲線，曲線208和210工藝條件僅溫度不同，其它條件都相同，其中硅烷流量都為800sccm，曲線208的溫度為538℃，曲線210的溫度為580℃。可以看出，曲線208和210都呈W分布，且隨著工藝溫度的升高，磷濃度W型會呈現放大的趨勢。

另外，從圖2中可以看出，提高硅烷流量能夠改善磷濃度均一性。所以現有技術中，為了保證整個晶舟上的產品或整批產品磷濃度仍舊在產品需求范圍內，一般的做法是大幅提高反應氣體硅烷的流量，但此做法會產生顆粒多發及成本(cost)變高等生產問題。

發明內容