[发明专利]选择性外延生长锗硅的晶片预处理方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体集成电路制造领域，涉及一种晶片预处理方法，特别是涉及一种选择性外延生长锗硅的晶片预处理方法。

背景技术

根据摩尔定律：集成电路特征尺寸每18个月将减小30%,集成度增加一倍，产品性价比增加一倍。在先进CMOS中,传统靠减薄栅氧化层厚度的方法已经不能满足器件的需求。取而代之的是利用高介电常数的材料来减小产品的电学厚度，利用应力技术来增强载流子的迁移率，利用超低温离子植入技术和利用激光退火技术来实现超浅结的需要等等一系列新工艺和新材料的运用。其中应力增强方法中最重要的就是在P型半导体的源/漏区用选择性外延生长的锗化硅代替传统的硅。因为锗的原子半径比硅要大，当锗掺入硅中后，源漏区会产生张应力，对沟道而言，则会受到压应力的影响。PMOS的空穴在压应力的作用下，迁移速率会大大加快，从而提高了器件性能。

外延工艺是指在衬底上生长一层与衬底具有相同晶格排列的材料，根据生长方法分为非选择性外延和选择性外延。非选择性外延也称全外延，而选择性外延生长是指在衬底上限定的区域内进行的外延生长。锗硅外延是硅和锗通过共价键结合形成的半导体化合物，是锗、硅两种元素无限互溶的替位式固溶体。在锗硅的选择性外延生长中通常用氯化氢（HCl）气体作为选择气体，硅源中氯原子(或HCI)的数目越多,选择性越好,这是因为氯可以抑制在气相中和掩膜层表面处成核，而氯化氢选择气体流量越大，选择性就会越好，但是生长速率就会变慢，影响生产线的产能，因此，HCI气体的量要控制在保证足够选择性的基础上，尽量减小它的流量。

锗硅的外延生长时，晶片的清洁度非常重要，若晶片的清洁度达不到要求，会严重影响后续外延锗硅的质量，如导致位错和应力释放，从而影响做在外延层上的器件特性。所以在进入反应之前，晶片需经过一道清洗的工艺，主要是去除晶片表面的微粒以及晶片刻蚀槽内表面的自然氧化层，使需要生长锗硅的地方硅晶格整齐而有序的排列。通常经过这道清洗工艺后，产品需要马上进入选择性外延反应腔生长锗硅，中间的间隔越短越好，一般要控制在一小时以内。晶片进入反应腔后也首先需要经过一个氢气高温烘烤过程，因为虽然经过了上一道清洗工艺，但晶片上仍会残留少许杂质，并且在晶片进入反应腔之前刻蚀槽内表面也会形成自然氧化层，并可能受到二次污染。氢气高温烘烤能去除刻蚀槽内表面的自然氧化层和晶片上的部分杂质，并且氢气烘烤的温度越高，晶片表面越干净。

但是在外延锗硅之前，晶片已经经过数道工艺，在晶片上已形成若干器件，部分器件并不耐高温，因此氢气烘烤温度不能过高，导致外延锗硅前晶片上的洁净度不够，容易使外延的锗硅形成缺陷。请参阅图1，显示为现有技术中晶片经过预清洗并在反应腔内经过800℃氢气烘烤后刻蚀槽内外延锗硅显示位错的透射电镜图，图中低锗锗硅2中圆圈标注处的黑斑现象即为位错1。以上结果说明现有技术中选择性外延生长锗硅前的氢气烘烤不能保证晶片的清洁度，容易导致外延的锗硅出现位错和应力释放，从而影响做在外延层上的器件特性。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种选择性外延生长锗硅的晶片预处理方法，用于解决现有技术中选择性外延生长锗硅前的氢气烘烤不能保证晶片的清洁度，容易导致外延的锗硅出现位错和应力释放，从而影响做在外延层上的器件特性的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种选择性外延生长锗硅的晶片预处理方法，所述晶片预处理方法至少包括以下步骤：

1)晶片预清洗；

2)将预清洗后的晶片装入反应腔，通入氢气并将晶片加热到预设温度，使氢气与晶片表面的自然氧化层发生反应以去除所述自然氧化层；

3)紧接着将氯化氢气体喷到晶片表面，使氯化氢与晶片表面的金属杂质反应以溶解所述金属杂质；

4)将反应腔抽真空以去除多余的氢气、氯化氢以及所述步骤2）、3）中反应后的杂质；

5)将晶片温度调整到锗硅外延生长温度并往所述反应腔内通入氢气载气和氯化氢选择气体。

可选地，所述步骤1）中，所述预清洗包括氢氟酸清洗的步骤。

可选地，所述步骤2）中，所述预设温度的范围是650~850 ℃，通入氢气后反应腔内的气体压强范围是5~780 torr，氢气反应时间为10~100 s。

可选地，所述步骤2）中通入氢气后反应腔内的气体压强范围是550~650 torr。