硅衬底表面处理方法和PMOS晶体管的形成方法技术

一种硅衬底表面处理方法和PMOS晶体管的形成方法，其中，所述PMOS晶体管的形成方法包括：提供硅衬底，所述硅衬底上具有栅极结构；刻蚀所述栅极结构两侧的硅衬底，形成凹槽；在氧气气氛中氧化所述凹槽的表面，在所述凹槽的表面形成氧化层，在氧化的同时采用包括HCl、C2H2Cl2或者两者混合的气体处理所述硅衬底的表面；采用包括NF3和NH3的气体去除所述氧化层；在所述凹槽内形成锗硅层。本发明专利技术PMOS晶体管的形成方法所形成的嵌入式锗硅层缺陷少，PMOS晶体管的性能提升显著。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体领域，特别涉及一种硅衬底表面处理方法和PMOS晶体管的形成方法。
技术介绍
在半导体技术中，提高半导体器件的性能是一个重要课题。随着半导体器件关键尺寸以及栅极氧化层不断的缩小，载流子的迁移率大大降低，从而引起器件开态电流的降低并导致器件性能的退化。此外，硅材料中空穴迁移率要比电子迁移率低两倍，PMOS器件的性能退化尤为明显。对于45纳米及以下节点的半导体工艺来说，基于硅材料的关键尺寸的简单缩小，已经无法满足对器件性能的要求。研究发现，锗材料中的电子迁移率是硅材料中的两倍，空穴迁移率是硅材料中的4倍。因此，锗硅(SiGe)工艺被提出，该工艺可以通过提高载流子迁移率来提高器件的性能，成为了45纳米及以下技术节点中重要和核心的工艺技术。其中，嵌入式锗硅源漏技术(EmbeddingSiGe)被用来在沟道中产生单轴应力来提高PMOS晶体管的空穴迁移率，从而提高它的电流驱动能力。现有技术的嵌入式锗硅源漏技术中，通过在PMOS晶体管源漏区域的硅衬底上刻蚀凹槽，选择性地外延生长锗硅层，因为锗硅晶格常数与硅不匹配，在垂直沟道的方向上硅晶格受到拉伸产生张应力，沿沟道方向硅晶格受到压缩产生压应力，可以提高PMOS晶体管的电流驱动能力。但是，现有技术在硅衬底表面上形成的锗硅缺陷较多，对器件性能的提升有限。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是，现有技术在硅衬底表面上形成的锗硅材料缺陷较r>多，对器件性能的提升有限。为解决上述问题，本专利技术提出了一种硅衬底表面的处理方法，包括：提供硅衬底；在氧气气氛中氧化所述硅衬底的表面，在所述硅衬底表面形成氧化层，在氧化的同时采用包括HCl、C2H2Cl2或者两者混合的气体处理所述硅衬底的表面；以及采用包括NF3和NH3的气体去除所述氧化层。可选地，所述硅衬底表面的处理方法还包括：在所述硅衬底表面形成氧化层前，采用SC-1溶液和SC-2溶液清洗所述硅衬底表面。可选地，所述HCl、C2H2Cl2、或者两者混合的气体与氧气的流量比小于等于1:10，温度为500℃～800℃，时间为1分钟～30分钟。可选地，所述在硅衬底表面形成氧化层的步骤中，所采用的全部气体还包括氮气，所述气体的总流量为1slm～30slm，氮气流量小于或等于20slm。可选地，所述氧化层的厚度为1nm～5nm。可选地，所述采用包括NF3和NH3的气体去除所述氧化层包括：刻蚀剂生成步骤，通入NF3和NH3气体，其中，NF3与NH3的流量比为1:19～1:4，气体总流量为50sccm～200sccm，压强为0.5Torr～20Torr，时间为20秒～50秒；刻蚀工艺步骤，继续通入NF3和NH3气体，其中，NF3与NH3的流量比为1:19～1:4，气体总流量为50sccm～200sccm，压强为0.5Torr～20Torr，温度为30℃～50℃，时间为5秒～60秒；升华工艺步骤，压强为0.5Torr～20Torr，温度为100℃～150℃，时间为50秒～240秒。对应地，本专利技术还提供了一种PMOS晶体管的形成方法，包括：提供硅衬底，所述硅衬底上具有栅极结构；刻蚀所述栅极结构两侧的硅衬底，形成凹槽；在氧气气氛中氧化所述凹槽的表面，在所述凹槽的表面形成氧化层，在氧化的同时采用包括HCl、C2H2Cl2或者两者混合的气体处理所述凹槽的表面；采用包括NF3和NH3的气体去除所述氧化层；以及在去除了所述氧化层的凹槽内形成锗硅层。可选地，所述PMOS晶体管的形成方法还包括：在所述凹槽的表面形成氧化层前，采用SC-1溶液和SC-2溶液清洗所述凹槽的表面。可选地，所述HCl、C2H2Cl2、或者两者混合的气体与氧气的流量比小于等于1:10，温度为500℃～800℃，时间为1分钟～30分钟。可选地，所述在凹槽的表面形成氧化层的步骤中，所采用的全部气体还包括氮气，所述气体的总流量为1slm～30slm，氮气的流量小于或等于20slm。可选地，所述氧化层的厚度为1nm～5nm。可选地，所述采用包括NF3和NH3的气体去除所述氧化层包括：刻蚀剂生成步骤，通入NF3和NH3气体，其中，NF3与NH3的流量比为1:19～1:4，气体总流量为50sccm～200sccm，压强为0.5Torr～20Torr，时间为20秒～50秒；刻蚀工艺步骤，继续通入NF3和NH3气体，其中，NF3与NH3的流量比为1:19～1:4，气体总流量为50sccm～200sccm，压强为0.5Torr～20Torr，温度为30℃～50℃，时间为5秒～60秒；升华工艺步骤，压强为0.5Torr～20Torr，温度为100℃～150℃，时间为50秒～240秒。可选地，所述PMOS晶体管的形成方法还包括：在去除了所述氧化层的凹槽内形成锗硅层之前，采用氢气烘烤所述凹槽表面。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点：本专利技术实施例硅衬底表面处理方法中，采用包括HCl、C2H2Cl2或者两者混合的气体，在氧气气氛中氧化硅衬底的表面，在所述硅衬底的表面形成氧化层。HCl和C2H2Cl2中的Cl离子可以与Na+和K+等金属离子反应生成NaCl和KCl等气态物质，氧气可以氧化有机杂质形成气态物质，排出氧化腔室之外，去除了所述硅衬底表面的Na+和K+等金属离子以及有机杂质。此外，通过氧化所述硅衬底表面较薄的具有缺陷的硅层，后续采用包括NF3和NH3的气体去除所述氧化层，其可以在没有等离子体和离子轰击的环境下去除所述氧化层，降低了对所述氧化层下的硅衬底晶格质量的影响，在去除所述氧化层后，暴露出清洁、低缺陷和粗糙度良好的硅衬底表面。本专利技术实施例的PMOS晶体管的形成方法采用上述的硅衬底表面处理方法处理在PMOS栅极结构两侧形成的凹槽暴露出的硅衬底的表面，形成具有清洁、低缺陷和粗糙度良好的硅衬底表面，后续在其上形成的锗硅层也具有低位错缺陷的特征，有利于提高PMOS晶体管的性能。附图说明图1-图6是本专利技术实施例的CMOS晶体管的形成过程中的中间结构示意图。具体实施方式由
技术介绍
可知，现有技术在硅衬底表面上形成的锗硅质量较差，对器件性能的提升有限。本专利技术的专利技术人通过对硅表面锗硅材料的生长工艺的研究发现，锗硅薄膜中应变能(应力)随着锗硅厚度的增加而增加，当厚度超过某一临界厚度(hc)时，锗硅将不能形成很好的单晶结构，在生长过程中就会发生弛豫。锗硅薄膜中积累的应变会引起晶面滑移，使界面原子排列错开，应变本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硅衬底表面处理方法，其特征在于，包括：提供硅衬底；在氧气气氛中氧化所述硅衬底的表面，在所述硅衬底表面形成氧化层，在氧化的同时采用包括HCl、C2H2Cl2或者两者混合的气体处理所述硅衬底的表面；以及采用包括NF3和NH3的气体去除所述氧化层。

【技术特征摘要】
1.一种硅衬底表面处理方法，其特征在于，包括：
提供硅衬底；
在氧气气氛中氧化所述硅衬底的表面，在所述硅衬底表面形成氧化层，
在氧化的同时采用包括HCl、C2H2Cl2或者两者混合的气体处理所述硅衬底的
表面；以及
采用包括NF3和NH3的气体去除所述氧化层。
2.如权利要求1所述的硅衬底表面处理方法，其特征在于，还包括：在所述
硅衬底表面形成氧化层前，采用SC-1溶液和SC-2溶液清洗所述硅衬底表
面。
3.如权利要求1所述的硅衬底表面处理方法，其特征在于，所述HCl、C2H2Cl2、
或者两者混合的气体与氧气的流量比小于等于1:10，温度为500℃～800℃，
时间为1分钟～30分钟。
4.如权利要求3所述的硅衬底表面处理方法，其特征在于，所述在硅衬底表
面形成氧化层的步骤中，所采用的全部气体还包括氮气，所述气体的总流
量为1slm～30slm，氮气流量小于或等于20slm。
5.如权利要求1所述的硅衬底表面处理方法，其特征在于，所述氧化层的厚
度为1nm～5nm。
6.如权利要求1所述的硅衬底表面处理方法，其特征在于，所述采用包括NF3和NH3的气体去除所述氧化层包括：
刻蚀剂生成步骤，通入NF3和NH3气体，其中，NF3与NH3的流量比
为1:19～1:4，气体总流量为50sccm～200sccm，压强为0.5Torr～20Torr，时间
为20秒～50秒；
刻蚀工艺步骤，继续通入NF3和NH3气体，其中，NF3与NH3的流量
比为1:19～1:4，气体总流量为50sccm～200sccm，压强为0.5Torr～20Torr，温
度为30℃～50℃，时间为5秒～60秒；
升华工艺步骤，压强为0.5Torr～20Torr，温度为100℃～150℃，时间为
50秒～240秒。
7.一种PMOS晶体管的形成方法，其特征在于，包括：
提供硅衬底，所述硅衬底上具有栅极结构；
刻蚀所述栅极结构两侧的硅衬底，形成凹槽；
在氧气...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖天金，
申请(专利权)人：上海华力微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31