硅襯底表面處理方法和pmos晶體管的形成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，特別涉及一種硅襯底表面處理方法和PMOS晶體管的形成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在半導(dǎo)體技術(shù)中，提高半導(dǎo)體器件的性能是一個(gè)重要課題。隨著半導(dǎo)體器件關(guān)鍵尺寸以及柵極氧化層不斷的縮小，載流子的遷移率大大降低，從而引起器件開態(tài)電流的降低并導(dǎo)致器件性能的退化。此外，硅材料中空穴遷移率要比電子遷移率低兩倍，PMOS器件的性能退化尤為明顯。對(duì)于45納米及以下節(jié)點(diǎn)的半導(dǎo)體工藝來(lái)說(shuō)，基于硅材料的關(guān)鍵尺寸的簡(jiǎn)單縮小，已經(jīng)無(wú)法滿足對(duì)器件性能的要求。
[0003]研究發(fā)現(xiàn)，鍺材料中的電子遷移率是硅材料中的兩倍，空穴遷移率是硅材料中的4倍。因此，鍺硅(SiGe)工藝被提出，該工藝可以通過(guò)提高載流子遷移率來(lái)提高器件的性能，成為了 45納米及以下技術(shù)節(jié)點(diǎn)中重要和核心的工藝技術(shù)。其中，嵌入式鍺硅源漏技術(shù)(Embedding SiGe)被用來(lái)在溝道中產(chǎn)生單軸應(yīng)力來(lái)提高PMOS晶體管的空穴遷移率，從而提聞它的電流驅(qū)動(dòng)能力。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)的嵌入式鍺硅源漏技術(shù)中，通過(guò)在PMOS晶體管源漏區(qū)域的硅襯底上刻蝕凹槽，選擇性地外延生長(zhǎng)鍺硅層，因?yàn)殒N硅晶格常數(shù)與硅不匹配，在垂直溝道的方向上硅晶格受到拉伸產(chǎn)生張應(yīng)力，沿溝道方向硅晶格受到壓縮產(chǎn)生壓應(yīng)力，可以提高PMOS晶體管的電流驅(qū)動(dòng)能力。
[0005]但是，現(xiàn)有技術(shù)在硅襯底表面上形成的鍺硅缺陷較多，對(duì)器件性能的提升有限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明解決的問(wèn)題是，現(xiàn)有技術(shù)在硅襯底表面上形成的鍺硅材料缺陷較多，對(duì)器件性能的提升有限。
[0007]為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種硅襯底表面的處理方法，包括:提供硅襯底；在氧氣氣氛中氧化所述硅襯底的表面，在所述硅襯底表面形成氧化層，在氧化的同時(shí)采用包括HCl、C2H2Cl2或者兩者混合的氣體處理所述硅襯底的表面；以及采用包括NF3和NH3的氣體去除所述氧化層。
[0008]可選地，所述硅襯底表面的處理方法還包括:在所述硅襯底表面形成氧化層前，采用SC-1溶液和SC-2溶液清洗所述硅襯底表面。
[0009]可選地，所述HClX2H2Cl2、或者兩者混合的氣體與氧氣的流量比小于等于1:10，溫度為500°C?800°C，時(shí)間為I分鐘?30分鐘。
[0010]可選地，所述在硅襯底表面形成氧化層的步驟中，所采用的全部氣體還包括氮?dú)猓鰵怏w的總流量為Islm?30slm，氮?dú)饬髁啃∮诨虻扔?0slm。
[0011]可選地，所述氧化層的厚度為Inm?5nm。
[0012]可選地，所述采用包括NF3和NH3的氣體去除所述氧化層包括:刻蝕劑生成步驟，通入NF3和NH3氣體，其中，NF3與NH3的流量比為1:19?1:4，氣體總流量為50sccm?200sccm,壓強(qiáng)為0.5Torr?20Torr，時(shí)間為20秒?50秒；刻蝕工藝步驟，繼續(xù)通入NF3和NH3氣體，其中，NF3與NH3的流量比為1:19?1:4，氣體總流量為50sccm?200sccm,壓強(qiáng)為0.5Torr?20Torr，溫度為30°C?50°C，時(shí)間為5秒?60秒；升華工藝步驟，壓強(qiáng)為
0.5Torr?20Torr，溫度為100。。?150°C，時(shí)間為50秒?240秒。
[0013]對(duì)應(yīng)地，本發(fā)明還提供了一種PMOS晶體管的形成方法，包括:提供硅襯底，所述硅襯底上具有柵極結(jié)構(gòu)；刻蝕所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的硅襯底，形成凹槽；在氧氣氣氛中氧化所述凹槽的表面，在所述凹槽的表面形成氧化層，在氧化的同時(shí)采用包括HC1、C2H2Cl2或者兩者混合的氣體處理所述凹槽的表面；采用包括NF3和NH3的氣體去除所述氧化層；以及在去除了所述氧化層的凹槽內(nèi)形成鍺硅層。
[0014]可選地，所述PMOS晶體管的形成方法還包括:在所述凹槽的表面形成氧化層前，采用SC-1溶液和SC-2溶液清洗所述凹槽的表面。
[0015]可選地，所述HClX2H2Cl2、或者兩者混合的氣體與氧氣的流量比小于等于1:10，溫度為500°C?800°C，時(shí)間為I分鐘?30分鐘。
[0016]可選地，所述在凹槽的表面形成氧化層的步驟中，所采用的全部氣體還包括氮?dú)?，所述氣體的總流量為Islm?30slm，氮?dú)獾牧髁啃∮诨虻扔?0slm。
[0017]可選地，所述氧化層的厚度為Inm?5nm。
[0018]可選地，所述采用包括NF3和NH3的氣體去除所述氧化層包括:刻蝕劑生成步驟，通入NF3和NH3氣體，其中，NF3與NH3的流量比為1:19?1:4，氣體總流量為50sccm?200sccm，壓強(qiáng)為0.5Torr?20Torr，時(shí)間為20秒?50秒；刻蝕工藝步驟，繼續(xù)通入NF3和NH3氣體，其中，NF3與NH3的流量比為1:19?1:4，氣體總流量為50sccm?200sccm,壓強(qiáng)為0.5Torr?20Torr，溫度為30°C?50°C，時(shí)間為5秒?60秒；升華工藝步驟，壓強(qiáng)為
0.5Torr?20Torr，溫度為100。。?150°C，時(shí)間為50秒?240秒。
[0019]可選地，所述PMOS晶體管的形成方法還包括:在去除了所述氧化層的凹槽內(nèi)形成鍺硅層之前，采用氫氣烘烤所述凹槽表面。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0021]本發(fā)明實(shí)施例硅襯底表面處理方法中，采用包括HC1、C2H2Cl2或者兩者混合的氣體，在氧氣氣氛中氧化娃襯底的表面，在所述娃襯底的表面形成氧化層。HCl和C2H2Cl2中的Cl離子可以與Na+和K+等金屬離子反應(yīng)生成NaCl和KCl等氣態(tài)物質(zhì)，氧氣可以氧化有機(jī)雜質(zhì)形成氣態(tài)物質(zhì)，排出氧化腔室之外，去除了所述硅襯底表面的Na+和K+等金屬離子以及有機(jī)雜質(zhì)。此外，通過(guò)氧化所述硅襯底表面較薄的具有缺陷的硅層，后續(xù)采用包括NF3和NH3K氣體去除所述氧化層，其可以在沒(méi)有等離子體和離子轟擊的環(huán)境下去除所述氧化層，降低了對(duì)所述氧化層下的硅襯底晶格質(zhì)量的影響，在去除所述氧化層后，暴露出清潔、低缺陷和粗糙度良好的硅襯底表面。
[0022]本發(fā)明實(shí)施例的PMOS晶體管的形成方法采用上述的硅襯底表面處理方法處理在PMOS柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)形成的凹槽暴露出的硅襯底的表面，形成具有清潔、低缺陷和粗糙度良好的硅襯底表面，后續(xù)在其上形成的鍺硅層也具有低位錯(cuò)缺陷的特征，有利于提高PMOS晶體管的性能。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1-圖6是本發(fā)明實(shí)施例的CMOS晶體管的形成過(guò)程中的中間結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]由【背景技術(shù)】可知，現(xiàn)有技術(shù)在硅襯底表面上形成的鍺硅質(zhì)量較差，對(duì)器件性能的提升有限。
[0025]本發(fā)明的發(fā)明人通過(guò)對(duì)硅表面鍺硅材料的生長(zhǎng)工藝的研究發(fā)現(xiàn)，鍺硅薄膜中應(yīng)變能(應(yīng)力)隨著鍺硅厚度的增加而增加，當(dāng)厚度超過(guò)某一臨界厚度OO時(shí)，鍺硅將不能形成很好的單晶結(jié)構(gòu)，在生長(zhǎng)過(guò)程中就會(huì)發(fā)生弛豫。鍺硅薄膜中積累的應(yīng)變會(huì)引起晶面滑移，使界面原子排列錯(cuò)開，應(yīng)變急劇釋放，以失配位錯(cuò)或者表面起伏的形式釋放出來(lái)，在薄膜中產(chǎn)生大量缺陷。
[0026]進(jìn)一步地，本發(fā)明的發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)，臨界厚度OO與鍺硅薄膜的生長(zhǎng)條件相關(guān)，而薄膜中鍺濃度是對(duì)薄膜生長(zhǎng)條件的影響因素之一，鍺濃度越大，鍺硅薄膜的臨界厚度越小。此外，晶體表面生長(zhǎng)時(shí)，會(huì)受到表面能和應(yīng)變能的作用，晶體表面能具有使表面更加平整的趨勢(shì)，而應(yīng)變能則使表面更加粗糙。在生長(zhǎng)應(yīng)變鍺硅薄膜時(shí)，薄膜表面生長(zhǎng)受到應(yīng)變能作用，往往生成島狀的粗糙表面。因此，除了在鍺硅沉積過(guò)程中要合理控制鍺濃度外，還要在鍺硅沉積之前獲得清潔、低缺陷和粗糙度良好的硅襯底表面，增加表面能，減少應(yīng)變能，以助于獲得高質(zhì)量、低位錯(cuò)缺陷的鍺硅薄膜。
[0027]基于以上研究，本發(fā)明的發(fā)明人提出了一種硅襯底表面的處理方法，包括，在氧氣氣氛中氧化硅襯底的表面，在所述硅襯底表面形成氧化層，在氧化的同時(shí)還采用包括HC1、C2H2Cl2或者兩者混合的氣體處理所述凹槽的表面；并進(jìn)一步地，采用包括NF3和NH3的氣體去除所述氧化層。HCl或者C2H2Cl2可以去除硅襯底表面的Na+和K+等金屬離子，以及有機(jī)雜質(zhì)；硅襯底表面上原有的缺陷或者損傷在經(jīng)過(guò)氧化后也可以去除，暴露出清潔、低缺陷和粗糙度良好的新的硅襯底表面。對(duì)