用于选择性硅锗外延生长的界面预处理方法及PMOS器件制造方法与流程

本发明属于半导体集成电路制造，特别是涉及一种用于选择性硅锗外延生长的界面预处理方法及pmos器件制造方法。

背景技术：

1、随着半导体器件特征尺寸的持续缩小，传统mosfet器件仅依靠沟道长度缩短已难以持续获得理想的性能提升。为了提高器件驱动电流并降低导通电阻，在pmos器件中通常采用选择性硅锗外延工艺，在源漏区域或沟槽区域外延生长sige或硼掺杂sige外延层。由于ge原子的晶格常数大于si原子的晶格常数，sige外延层能够向硅沟道区域引入压应力，从而提高沟道中空穴迁移率，改善pmos器件的开关速度和电学性能。因此，选择性sige外延层的结晶质量、界面洁净度以及缺陷水平，直接影响器件性能和产品良率。

2、在现有sige外延前的界面处理工艺中，典型流程为：spm（硫酸-过氧化氢混合液）清洗、siconi（硅氧刻蚀与升华）清洗、sige外延沉积。其中，spm清洗是通过浓硫酸（h2so4）与过氧化氢（h2o2）的混合液，初步去除硅片表面的光刻胶残留、有机污染物、部分金属离子等，虽然spm清洗对有机污染物的去除能力优异，但无法有效去除自然氧化层（sio2），且残留的微量有机碳（或未完全分解的碳基污染物）会成为后续工艺的隐患。siconi清洗作为干法清洗技术，siconi通过远程等离子体产生氟基活性气体，在低温下与sio2反应生成可升华的氟硅酸盐盐，再通过升温使盐升华挥发，从而实现sio2的去除；但siconi清洗对表面碳基污染物的耐受性差，若表面存在碳残留（尤其是c-o键结合的碳），会阻碍氟基气体与sio2的接触，导致sio2刻蚀不彻底。

3、在现有工艺中，spm清洗后残留的碳基污染物（如c-o键结合的碳）会与sio2表面的o结合，形成“碳覆盖氧”的复合污染层。当晶圆进入siconi腔室时，氟基活性气体难以穿透碳污染层与sio2反应，导致sio2无法被完全刻蚀去除。未去除的sio2在后续sige外延沉积中，会因晶格失配（si与sige的晶格常数差异）引发严重的晶体缺陷（如位错、堆垛层错等）。位错会破坏晶体的周期性结构，导致载流子散射增加、迁移率下降，同时诱发漏电流、击穿电压退化等问题，最终显著降低sige外延器件的良率与性能。

4、现有sige外延前的界面处理工艺存在核心矛盾：spm对有机碳的去除不彻底，残留碳污染阻碍siconi对sio2的刻蚀，最终导致外延层位错缺陷激增。目前缺乏有效的工艺手段，在spm清洗后、siconi清洗前，同步实现“碳污染物脱附、氧化层预去除、表面钝化”，以解决碳-氧复合污染对siconi的干扰问题，保障sige外延层的高质量生长。

5、因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

技术实现思路

1、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用于选择性硅锗外延生长的界面预处理方法及pmos器件制造方法，用于解决现有技术中sige外延前因sio2表面碳污染导致siconi刻蚀不完全，导致外延层因界面氧化层残留产生大量位错缺陷、降低器件良率的问题。

2、为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种用于选择性硅锗外延生长的界面预处理方法，所述界面预处理方法至少包括以下步骤：

3、s1、对硅衬底的待外延表面进行spm清洗，以去除所述待外延表面的有机残留物；

4、s2、在所述spm清洗之后，对所述硅衬底进行含氢预烘烤处理，以降低所述待外延表面的碳污染物含量，并至少部分去除所述待外延表面的氧化硅层；

5、s3、在所述含氢预烘烤处理之后，对所述硅衬底进行siconi干法清洗，以去除所述待外延表面的残余氧化硅层。

6、优选地，步骤s1中所述spm清洗是采用硫酸和过氧化氢的混合溶液，在一定温度下进行清洗；其中，硫酸和过氧化氢的体积比为3:1~4:1，所述清洗温度为60~100℃，所述清洗时间为10s~60s。

7、优选地，步骤s2中所述含氢预烘烤处理具体为，向容纳有所述硅衬底的腔室内通入氢气，并在700~750℃对所述硅衬底进行预烘烤处理，使所述待外延表面的碳污染物与氢气反应生成气态甲烷而脱附，并使至少部分所述氧化硅层被氢气还原去除，同时在硅表面形成si-h钝化键。

8、优选地，通入氢气的流量为2l/min~10l/min。

9、优选地，所述预烘烤处理的时间为60s~150s。

10、优选地，步骤s3中所述siconi干法清洗具体为，通入nf3与nh3混合气体，经远程等离子体作用产生氟基活性气体，所述氟基活性气体与残留氧化硅层的氧化硅反应生成氟硅酸盐，再升温使所述氟硅酸盐升华去除，以去除残留氧化硅层。

11、优选地，nf3与nh3混合气体中nf3与nh3的体积流量比为1:3~1:6。

12、优选地，使所述氟硅酸盐升华去除的温度为120~200℃。

13、本发明还提供一种硅锗硼外延层的形成方法，所述形成方法包括以下步骤：

14、采用上述的界面预处理方法对硅衬底的待外延表面进行界面预处理；

15、于经界面预处理后的所述待外延表面进行原位硼掺杂的硅锗硼外延生长，以形成硅锗硼外延层。

16、优选地，所述硅锗硼外延生长的温度为600℃至755℃。

17、优选地，所述硅锗硼外延生长所采用的反应气体包括硅源气体、锗源气体、硼源气体和氯化氢气体。

18、优选地，所述硅源气体包括二氯硅烷、硅烷中的一种或组合，所述锗源气体包括锗烷，所述硼源气体包括乙硼烷。

19、另外，本发明还提供一种pmos器件的制造方法，包括：

20、在硅衬底上形成栅极结构及源/漏凹槽；

21、采用上述的界面预处理方法对所述源/漏凹槽的内表面进行预处理；

22、在经预处理后的所述源/漏凹槽内进行原位硼掺杂的硅锗硼外延生长，形成嵌入式硅锗硼源/漏区。

23、本发明还提供一种半导体器件，采用上述的pmos器件的制造方法所制成，所述半导体器件的源/漏区具有低位错密度的嵌入式硅锗硼外延层。

24、如上所述，本发明的用于选择性硅锗外延生长的界面预处理方法及pmos器件制造方法，具有以下有益效果：

25、本发明通过在spm清洗与siconi干法清洗之间引入特定的含氢预烘烤处理，形成“spm初步清洗-含氢预烘烤-siconi深度清洗”的协同界面预处理工艺；在700℃～750℃的含氢氛围下，氢气与待外延表面的碳污染物反应生成气态甲烷并脱附，使待外延表面的碳浓度骤降，避免碳污染物覆盖对下层氧化硅层而导致后续siconi刻蚀不充分的问题；含氢预烘烤步骤还可利用氢气的还原特性，对待外延表面的自然氧化硅层进行预去除，预先减薄氧化硅层的厚度，大幅降低了后续siconi干法清洗的工艺负荷，确保残余氧化硅层能够被彻底去除；此外，在高温含氢预烘烤过程中，活性氢原子与硅表面的悬挂键结合形成稳定的si-h钝化键，有效抑制硅表面的重新氧化，维持待外延界面的洁净状态。

26、本发明中含氢预烘烤处理同时实现碳污染物选择性脱附、氧化层预去除、表面钝化三重功效，确保了siconi干法清洗对氧化硅层的去除完整性，使得后续的硅锗硼外延层能够在洁净、低缺陷的硅表面上生长，减少界面残留和外延缺陷，提升硅锗硼外延层质量，进而提升pmos器件的空穴迁移率、电学性能及可靠性。