硅衬底表面处理方法和pmos晶体管的形成方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体领域，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。
【背景技术】
[0002]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。
[0003]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(Embedding SiGe)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，从而提闻它的电流驱动能力。
[0004]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。
[0005]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。
【发明内容】
[0006]本发明解决的问题是，现有技术在硅衬底表面上形成的锗硅材料缺陷较多，对器件性能的提升有限。
[0007]为解决上述问题，本发明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。
[0008]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。
[0009]可选地，所述HClX2H2Cl2、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°C?800°C，时间为I分钟?30分钟。
[0010]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Islm?30slm，氮气流量小于或等于20slm。
[0011]可选地，所述氧化层的厚度为Inm?5nm。
[0012]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°C?50°C，时间为5秒?60秒；升华工艺步骤，压强为
0.5Torr?20Torr，温度为100。。?150°C，时间为50秒?240秒。
[0013]对应地，本发明还提供了一种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HC1、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。
[0014]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。
[0015]可选地，所述HClX2H2Cl2、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°C?800°C，时间为I分钟?30分钟。
[0016]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Islm?30slm，氮气的流量小于或等于20slm。
[0017]可选地，所述氧化层的厚度为Inm?5nm。
[0018]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°C?50°C，时间为5秒?60秒；升华工艺步骤，压强为
0.5Torr?20Torr，温度为100。。?150°C，时间为50秒?240秒。
[0019]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。
[0020]与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点:
[0021]本发明实施例硅衬底表面处理方法中，采用包括HC1、C2H2Cl2或者两者混合的气体，在氧气气氛中氧化娃衬底的表面，在所述娃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NH3K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。
[0022]本发明实施例的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】
[0023]图1-图6是本发明实施例的CMOS晶体管的形成过程中的中间结构示意图。
【具体实施方式】
[0024]由【背景技术】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。
[0025]本发明的发明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OO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，应变急剧释放，以失配位错或者表面起伏的形式释放出来，在薄膜中产生大量缺陷。
[0026]进一步地，本发明的发明人还发现，临界厚度OO与锗硅薄膜的生长条件相关，而薄膜中锗浓度是对薄膜生长条件的影响因素之一，锗浓度越大，锗硅薄膜的临界厚度越小。此外，晶体表面生长时，会受到表面能和应变能的作用，晶体表面能具有使表面更加平整的趋势，而应变能则使表面更加粗糙。在生长应变锗硅薄膜时，薄膜表面生长受到应变能作用，往往生成岛状的粗糙表面。因此，除了在锗硅沉积过程中要合理控制锗浓度外，还要在锗硅沉积之前获得清洁、低缺陷和粗糙度良好的硅衬底表面，增加表面能，减少应变能，以助于获得高质量、低位错缺陷的锗硅薄膜。
[0027]基于以上研究，本发明的发明人提出了一种硅衬底表面的处理方法，包括，在氧气气氛中氧化硅衬底的表面，在所述硅衬底表面形成氧化层，在氧化的同时还采用包括HC1、C2H2Cl2或者两者混合的气体处理所述凹槽的表面；并进一步地，采用包括NF3和NH3的气体去除所述氧化层。HCl或者C2H2Cl2可以去除硅衬底表面的Na+和K+等金属离子，以及有机杂质；硅衬底表面上原有的缺陷或者损伤在经过氧化后也可以去除，暴露出清洁、低缺陷和粗糙度良好的新的硅衬底表面。对