專利名稱：鍺硅選擇性外延生長預處理方法
技術領域：
本發明屬于半導體集成電路制造領域，尤其涉及一種鍺硅選擇性外延生長之前預處理方法，以避免預處理過程中等離子體對側墻的蝕刻，提升鍺硅薄膜生長的質量。
背景技術：
隨著集成工藝技術進入到深亞微米的工藝條件下，常規的微縮方法遇到了以短溝道效應為核心的一系列問題。例如，當器件進一步微縮，隨著電流密度的增大，遷移率的提升成為保持晶體管性能的關鍵所在。近年來，由于應變工程技術(Strain Engineering)可以在45nm及以下工藝中運用，通過在PMOS晶體管的源/漏極區域，導入局部的單向的拉伸或壓縮應力到MOSFET的溝道中，以提升晶體管溝道內的載流子遷移率，從而在柵氧厚度變薄或保持不變的情況下使驅動電流大幅增長，從而提高PMOS器件速度。其中，填充蝕刻掉的源/漏極區域的選擇性外延技術生長的鍺硅外延層是應變工程技術目前能得到應用的主要前沿技術之一。一般而言，一項完整的外延工藝首先需要根據實現的工藝結果對器件進行預處理，就目前工藝集成來說，主要用來清除表面的自然氧化而產生的氧化硅和其他雜質，為后續的外延生長準備出潔凈的硅表面狀態，否則，會影響隨后的薄膜的生長，繼而影響薄膜質量以及應變效果。由此可見，在選擇性外延技術生長出鍺硅外延層之前，對硅表面進行預處理十分重要。目前采用的一種預處理的步驟如下參見圖1A，提供一器件，所述器件包括襯底100，在襯底100上形成有淺槽隔離 (STI) 102，在襯底100和STI102的表面上由下至上依次形成包括有柵氧化層104和多晶硅柵106，在所述柵氧化層104和所述多晶硅柵106的側壁上形成有氧化物側墻108，在所述氧化物側墻108上形成有氮化物側墻110，在襯底100上形成有源極區域112和漏極區域 114。所述氧化物側墻108使用的材料可以為二氧化硅(SiO2),所述氮化物側墻110使用的材料可以為氮化硅。此時，在PMOS晶體管的源極區域112和漏極區域114的表面上形成一層自然氧化層116 (Native Oxide)。參見圖1B，從反應腔體外向上述器件通入氨氣(NH3)和三氟化氮(NF3)等離子體， 所述NH3和所述NF3之間會發生反應，產生可以和自然氧化層116(即氧化硅)發生反應的物質，并生成一種固化物(即(NH4)2SiF6),其生成固化物的化學反應方程式為NF3+NH3 — NH4F+NH4F. HF(1)NH4F+Si02 — (NH4) 2SiF6+H20(2)NH4F. HF+Si02 — (NH4) 2SiF6+H20(3)由化學反應方程式(1)可知，NH3和NF3經過化學反應可以生成用來蝕刻固化物 ((NH4) 2SiF6)的NH4 F (氟化銨)和NH4 F. HF,所述NH4 F和所述NH4F. HF均為等離子體態； 由化學反應方程式⑵可知，在溫度小于30攝氏度時，NH4F和NH4 F. HF蝕刻氧化硅時均可生成(NH4)2SiFf^PH2OGJOt5
但是，這種等離子體不僅和氧化硅反應生成一種固化物，也要和氮化物側墻 110(即氮化硅，Si3N4)反應生成同一種固化物，生成固化物的化學反應方程式為NH4F+Si3N4^ (NH4) 2SiF6+NH3 (4)NH4F. HF+Si3N4 ^ (NH4) 2SiF6+NH3 (5)由化學反應方程式⑷可知，在溫度小于30攝氏度時，NH4 F和NH4 F. HF也能分別蝕刻氮化硅，生成(NH4)2SiFf^PNHy參見圖1C，加熱至100 200度左右讓固化物分解成氣體揮發掉。(NH4)2SiF6 ^ SiF4 個 +NH3 個 +HF 個(6)同樣，H2O也會在此溫度下被揮發掉。參見圖1D，因此，采用這種預處理的方法，會蝕刻氮化硅側墻，繼而造成側墻關鍵尺寸(CD)的減少，影響后續的一些關鍵器件的性能。綜上所述，選擇性外延技術生長鍺硅之前進行預處理十分重要，需要尋求解決辦法來消除目前預處理過程中等離子體對側墻的蝕刻，以及對鍺硅薄膜生長質量的影響，但在實際的實施過程中仍然存在著問題，亟待引進能有效改善上述缺陷的新方法，以解決應變工程技術在半導體集成工藝中運用時所面臨如何改善短溝道效應等一系列的問題。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種能鍺硅選擇性外延生長預處理方法。為解決上述問題，本發明提出的一種鍺硅選擇性外延生長預處理方法，包括如下步驟向反應腔體中的器件通入氫氣等離子體；所述器件上的自然氧化層與氫氣等離子體進行化學反應后生成水汽；加熱所述器件直至水汽揮發掉；在所述器件的源/漏極區域進行鍺硅選擇性外延生長。因為本發明向反應腔體中的器件表面通入氫氣等離子體，使氫氣等離子(活性氫)可以容易得與所述器件上的自然氧化層發生反應生成水汽，然后加熱所述器件，使水汽揮發掉。然而，氫氣等離子體與氮化硅側墻卻很難發生反應，所以基本上不會刻蝕氮化硅側墻，從而避免了 NH3和NF3等離子體帶來的對氮化硅側墻的蝕刻這個副作用，解決了側墻關鍵尺寸(CD)的減少的問題。因此，經過上述步驟，可以清除所述器件表面的自然氧化層， 為后續的外延生長準備出了潔凈的硅表面狀態，不會影響后續的一些關鍵器件的性能，提高了鍺硅薄膜生長的質量，進而提升了應變效果，工藝簡單且易實施。


圖IA至圖ID為現有技術中一種鍺硅選擇性外延生長預處理方法；圖2為本發明一種鍺硅選擇性外延生長預處理的方法流程；圖3A至圖3D為本發明一種鍺硅選擇性外延生長預處理方法。
具體實施例方式為使本發明的上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本發明的具體實施方式
做詳細的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細節以便于充分理解本發明。但是本發明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發明內涵的情況下做類似推廣，因此本發明不受下面公開的具體實施的限制。其次，本發明利用示意圖進行詳細描述，在詳述本發明實施例時，為便于說明，表示器件結構的剖面圖會不依一般比例作局部放大，而且所述示意圖只是實例，其在此不應限制本發明保護的范圍。此外，在實際制作中應包含長度、寬度及深度的三維空間尺寸。參見圖2，本發明所提供的一種鍺硅選擇性外延生長預處理方法流程為SlOO 向反應腔體中的器件通入氫氣等離子體；SlOl 所述器件上的自然氧化層與氫氣等離子體進行化學反應后生成水汽揮發掉；S102 在所述器件的源/漏極區域進行鍺硅選擇性外延生長。下面以圖2所示的方法流程為例，結合附圖3A至3D，僅以PMOS晶體管為例對一種鍺硅選擇性外延生長預處理的方法工藝進行詳細描述，本領域的技術人員應當知曉如何將該方法應用于NMOS晶體管的源/漏極區域。SlOO 向反應腔體中的器件通入氫氣等離子體。首先，參見圖3A，將器件放入到反應腔體中。所述器件包括襯底300，在襯底300 上形成有淺槽隔離(STI) 302，在襯底300和STI302的表面上由下至上依次形成包括有柵氧化層304和多晶硅柵306，在所述柵氧化層304和所述多晶硅柵306的側壁上形成有氧化物側墻308，在所述氧化物側墻308上形成有氮化物側墻310，在襯底300上形成有源極區域 312和漏極區域314。所述氧化物側墻308使用的材料可以為二氧化硅(SiO2),所述氮化物側墻310使用的材料可以為氮化硅。此時，在PMOS晶體管的源極區域312和漏極區域314 的表面上形成一層自然氧化層316。然后，參見圖3B，為了去除自然氧化層316，優選的，從反應腔體外向上述器件通入氫氣等離子體，所述氫氣等離子體的通入流量為IOOsccm lOOOOsccm，通入時間為 20s 60s，所述反應腔體中的溫度為150攝氏度至600攝氏度，壓力2托至10托。其中，所述氫氣等離子體還可以由反應腔體外通入原位氫氣，并在反應腔體中進行原位等離子體工藝而產生。所述原位氫氣在反應腔體中產生氫氣等離子體的原位等離子體的具體工藝參數包括工作壓力為2托至10托，反應溫度為150攝氏度至600攝氏度，所述氫氣通入的流量為IOOsccm至lOOOOsccm，通入時間為20s 60s，射頻功率為50瓦 1000瓦。。SlOl 所述器件上的自然氧化層與氫氣等離子體進行化學反應后生成水汽揮發掉。參見圖3C，所述氫氣等離子體與自然氧化層316反應，其生成固化物(Si)的化學反應方程式為H*+Si02 — Si+H20 個 G =-285kJ/mol(7)同時，伴隨著氫氣等離子體與氮化硅的反應，其生成固化物(Si)的化學反應方程式為H*+Si3N4 — Si+NH3 G = -12. 67kJ/mol(8)根據化學反應方程式(7)和化學反應方程式(8)中的分別生成硅(Si)晶體所需要能量引起的吉布斯自由能變化(G)推算，氫離子很難和氮化硅反應，所以基本上不會刻蝕氮化物側墻310，從而避免了 NH3和NF3等離子體帶來的對氮化物側墻310的蝕刻這個副作用，解決了側墻關鍵尺寸(CD)的減少的問題，不會影響后續的一些關鍵器件的性能，工藝簡單且易實施。S102 在所述器件的源/漏極區域進行鍺硅選擇性外延生長。參見圖3D，自然氧化層316被清除以后，就可以在PMOS晶體管的源極區域312和漏極區域314進行選擇性外延技術生長出鍺硅外延層318。由上述技術方案可知，與現有技術中采用NH3和NF3去除PMOS晶體管的源極區域 312和漏極區域314表面上的自然氧化層316的工藝相比，本發明向反應腔體中的器件表面通入氫氣等離子體，因為活性氫與自然氧化層316容易發生反應生成水汽。且活性氫與氮化物側墻310卻很難發生反應，從而避免了 NH3和NF3等離子體帶來的對氮化物側墻310 的蝕刻這個副作用，解決了側墻關鍵尺寸(CD)的減少的問題。因此，通過本發明可以清除 PMOS晶體管的源極區域312和漏極區域314表面上的自然氧化層316，為后續的外延生長準備出了潔凈的硅表面狀態，不會影響后續的一些關鍵器件的性能，提高了鍺硅薄膜生長的質量，進而提升了應變效果，工藝簡單且易實施。本發明雖然以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定權利要求，任何本領域技術人員在不脫離本發明的精神和范圍內，都可以做出可能的變動和修改，因此本發明的保護范圍應當以本發明權利要求所界定的范圍為準。
權利要求
1.一種鍺硅選擇性外延生長預處理方法，包括如下步驟向反應腔體中的器件通入氫氣等離子體；所述器件上的自然氧化層與氫氣等離子體進行化學反應后生成水汽揮發掉；在所述器件的源/漏極區域進行鍺硅選擇性外延生長。
2.根據權利要求1所述的鍺硅選擇性外延生長預處理方法，其特征在于所述氫氣等離子體是由反應腔體外通入的。
3.根據權利要求2所述的鍺硅選擇性外延生長預處理方法，其特征在于所述氫氣等離子體的通入流量為IOOsccm至lOOOOsccm，通入時間為20s至60s。
4.根據權利要求2所述的鍺硅選擇性外延生長預處理方法，其特征在于所述反應腔體中的溫度為150攝氏度至600攝氏度，壓力為2托至10托。
5.根據權利要求1所述的鍺硅選擇性外延生長預處理方法，其特征在于所述氫氣等離子體是由反應腔體外通入原位氫氣，并在反應腔體中進行原位等離子體工藝而產生的。
6.根據權利要求5所述的鍺硅選擇性外延生長預處理方法，其特征在于所述原位氫氣的通入流量為IOOsccm至lOOOOsccm，通入時間為20s至60s。
7.根據權利要求5所述的鍺硅選擇性外延生長預處理方法，其特征在于所述原位等離子體中的工作壓力為2托至10托，反應溫度為150攝氏度至600攝氏度，射頻功率為50 瓦至1000瓦。
全文摘要
本發明提出一種鍺硅選擇性外延生長預處理方法，包括如下步驟向反應腔體中的器件通入氫氣等離子體；所述器件上的自然氧化層與氫氣等離子體進行化學反應后生成水汽揮發掉；在所述器件的源/漏極區域進行鍺硅選擇性外延生長。由上述技術方案的實施，避免了預處理過程中等離子體對側墻的蝕刻，提升鍺硅薄膜生長的質量。
文檔編號H01L21/20GK102496574SQ20111036617
公開日2012年6月13日 申請日期2011年11月17日 優先權日2011年11月17日
發明者張文廣, 徐強, 鄭春生, 陳玉文 申請人:上海華力微電子有限公司