專利名稱：硅鍺外延層的形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種硅鍺外延層的形成方法。
背景技術(shù)：
眾所周知，機(jī)械應(yīng)力可以改變硅材料的能隙和載流子遷移率，最近，機(jī)械應(yīng)力在影響MOSFET性能方面扮演了越來越重要的角色。如果可以適當(dāng)控制應(yīng)力，提高了載流子 (η-溝道晶體管中的電子，ρ-溝道晶體管中的空穴)遷移率，就提高了驅(qū)動(dòng)電流，因而應(yīng)力可以極大地提高晶體管的性能。應(yīng)力襯墊技術(shù)在NMOS晶體管上形成張應(yīng)力襯墊層(tensile stress liner)，在 PMOS晶體管上形成壓應(yīng)力襯墊層(compressive stress liner)，從而增大了 PMOS晶體管和NMOS晶體管的驅(qū)動(dòng)電流，提高了電路的響應(yīng)速度。據(jù)研究，使用雙應(yīng)力襯墊技術(shù)的集成電路能夠帶來M %的速度提升。在現(xiàn)有的高性能的半導(dǎo)體器件中，首先在需要形成源區(qū)和漏區(qū)的區(qū)域形成硅鍺， 然后再進(jìn)行摻雜形成PMOS晶體管的源區(qū)和漏區(qū)，形成硅鍺是為了引入硅和硅鍺(SiGe)之間晶格失配形成的壓應(yīng)力，進(jìn)一步提高壓應(yīng)力，提高晶體管的性能。公開號(hào)為CNl011700060A的中國(guó)專利申請(qǐng)中提供了一種在源漏區(qū)域采用硅鍺 (SiGe)的PMOS晶體管的形成方法，其具體包括在硅襯底上形成柵極結(jié)構(gòu)；在柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的硅襯底內(nèi)形成開口 ；在所述開口進(jìn)行選擇性外延生長(zhǎng)形成硅鍺外延層；對(duì)所述硅鍺外延層進(jìn)行摻雜，以形成源區(qū)和漏區(qū)。但是形成所述硅鍺外延層時(shí)，常常因?yàn)樗龉桄N外延層的材質(zhì)疏松，或者硅鍺外延層材料內(nèi)部存在有空隙而釋放硅鍺外延層內(nèi)的應(yīng)力，使得所述硅鍺和硅之間不能形成較佳的晶格失配，不能提供PMOS晶體管所需要的壓應(yīng)力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是提供硅鍺外延層的形成方法，以解決硅鍺外延層內(nèi)的空隙， 避免因空隙釋放應(yīng)力，使得所述硅鍺外延層不能提供PMOS晶體管所需要的壓應(yīng)力。為解決上述問題，本發(fā)明提供一種硅鍺外延層的形成方法，包括提供硅襯底，所述硅襯底上形成有柵極；在位于所述柵極兩側(cè)襯底內(nèi)形成開口 ；在所述開口內(nèi)形成硅鍺外延層；其中，至少分兩步形成所述硅鍺外延層，且至少有一步形成硅鍺外延層后進(jìn)行退火工藝?？蛇x的，在所述開口內(nèi)形成硅鍺外延層前，還包括對(duì)所述開口進(jìn)行第一退火工藝?？蛇x的，所述硅鍺外延層分為兩步進(jìn)行，具體包括在形成開口且對(duì)所述開口進(jìn)行第一退火工藝后，在所述開口內(nèi)形成第一硅鍺外延層；對(duì)所述第一硅鍺外延層進(jìn)行第二退火工藝；最后，在所述第一硅鍺外延層上形成第二硅鍺外延層。
可選的，第一退火工藝參數(shù)為氫氣的流量為20 50slm，退火時(shí)間為60 120S， 退火溫度800 850°C，腔室壓強(qiáng)為1 700Torr?？蛇x的，第二退火工藝參數(shù)為氫氣的流量為20 50slm，退火時(shí)間為60 120S， 退火溫度650 850°C，腔室壓強(qiáng)為1 50Torr?？蛇x的，所述第一硅鍺外延層的厚度為待形成的總硅鍺外延層厚度的30 70%?？蛇x的，所述硅鍺外延層的形成方法為選擇性外延生長(zhǎng)。可選的，所述選擇性外延生長(zhǎng)的腔室壓強(qiáng)范圍為5 20torr，溫度范圍為550 800 "C?？蛇x的，所述選擇性外延生長(zhǎng)的反應(yīng)氣體至少包含有含硅氣體和含鍺氣體。可選的，所述反應(yīng)氣體包括氯化氫?？蛇x的，所述氯化氫氣體的流量范圍為50 200sCCm?？蛇x的，所述含硅氣體包括硅甲烷、硅乙烷或二氯硅甲烷?？蛇x的，所述含硅氣體的流量范圍為30 300SCCm?？蛇x的，所述含鍺氣體包括鍺烷。可選的，所述含鍺氣體的流量范圍為5 500sCCm。可選的，所述反應(yīng)氣體還包括氫氣?？蛇x的，所述氫氣的流量范圍為5 50slm。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明首先形成在襯底內(nèi)的開口進(jìn)行退火，并在所述開口內(nèi)形成硅鍺外延層，所述硅鍺外延層至少分兩步形成，且每次形成部分硅鍺外延層后，選擇性進(jìn)行退火工藝，可以去除在生長(zhǎng)硅鍺外延層環(huán)境引入的雜質(zhì)或水分，以改善后續(xù)的硅鍺外延層生長(zhǎng)環(huán)境，以解決硅鍺外延層內(nèi)的空隙，避免因空隙釋放應(yīng)力，使得所述硅鍺外延層不能提供PMOS晶體管所需要的壓應(yīng)力。


圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的硅鍺外延層的形成方法流程示意圖；圖2 圖6為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的硅鍺外延層的形成方法的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)有技術(shù)在形成所述硅鍺外延層時(shí)，常常因?yàn)樗龉桄N外延層的材質(zhì)疏松，或者硅鍺外延層材料內(nèi)部存在有空隙而釋放硅鍺外延層內(nèi)的應(yīng)力，使得所述硅鍺和硅之間不能形成較佳的晶格失配，不能提供PMOS晶體管所需要的壓應(yīng)力。為解決上述問題，本發(fā)明提供一種硅鍺外延層的形成方法，包括提供硅襯底，所述硅襯底上形成有柵極；在位于所述柵極兩側(cè)襯底內(nèi)形成開口，后續(xù)形成的硅鍺外延層形成于該開口內(nèi)；在所述開口內(nèi)形成硅鍺外延層；其中，至少分兩步形成所述硅鍺外延層，且至少有一步形成硅鍺外延層后進(jìn)行退火工藝。本發(fā)明通過至少兩步形成所述硅鍺外延層，且至少一次形成硅鍺外延層后進(jìn)行有退火工藝，可以去除生長(zhǎng)硅鍺外延層時(shí)引入的雜質(zhì)或水分。以解決硅鍺外延層內(nèi)的空隙，避免因空隙釋放應(yīng)力，使得所述硅鍺外延層不能提供PMOS晶體管所需要的壓應(yīng)力。
圖1為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例硅鍺外延層的形成方法流程示意圖，參考圖1，包括步驟Si，提供硅襯底，所述襯底上形成有柵極結(jié)構(gòu)；步驟S2，在所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的襯底內(nèi)分別形成開口，所述開口用于后續(xù)形成硅鍺外延層；步驟S3，對(duì)所述開口進(jìn)行第一退火，去除位于所述開口內(nèi)的雜質(zhì)和水分；步驟S4，選擇性外延生長(zhǎng)，在所述開口內(nèi)形成第一硅鍺外延層；步驟S5，對(duì)形成有第一硅鍺外延層的開口進(jìn)行第二退火，去除因選擇性外延生長(zhǎng)引入的雜質(zhì)和水分；步驟S6，選擇性外延生長(zhǎng)，在所述開口內(nèi)形成第二硅鍺外延層。為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好的理解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖以及具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的硅鍺外延層的形成方法。如圖2所示，首先提供襯底100，所述襯底100內(nèi)形成有隔離區(qū)110，所述襯底100 表面上形成有柵極結(jié)構(gòu)，所述柵極結(jié)構(gòu)包括柵介質(zhì)層210和位于所述柵介質(zhì)層210上的柵極220。所述襯底100可以是硅基底，隔離結(jié)構(gòu)110可以是氧化硅淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)。柵介質(zhì)層210的材料可以是氧化硅，柵極220的材料可以是摻雜多晶硅、金屬、金屬硅化物或其他導(dǎo)電材料。進(jìn)一步地，所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的襯底100內(nèi)形成有開口 300，用以在后續(xù)形成硅鍺外延層，所述開口 300采用等離子刻蝕方法形成。進(jìn)一步地，在進(jìn)行硅鍺外延工藝前，需要將上述結(jié)構(gòu)在酸槽內(nèi)進(jìn)行清洗處理，以去除位于開口 300內(nèi)的顆粒和有機(jī)物。如圖3所示，對(duì)所述開口 300進(jìn)行第一退火工藝，所述第一退火工藝應(yīng)在完成所述清洗處理后的7小時(shí)內(nèi)進(jìn)行，以避免在開口 300內(nèi)表面產(chǎn)生新的氧化物。所述退火工藝可以進(jìn)一步去除開口 300內(nèi)表面的氧化物，及其在無(wú)塵室空間帶來的水分、碳?xì)溆袡C(jī)物等雜質(zhì)。 所述第一退火工藝的參數(shù)包括氫氣的流量為20 50slm，退火時(shí)間為60 120S，退火溫度800 850°C，腔室壓強(qiáng)為1 700Torr。作為一個(gè)實(shí)施例，所述氫氣流量為20slm，退火時(shí)間為80S，退火溫度為800°C，腔室壓強(qiáng)為500Torr。經(jīng)過上述退火工藝，可以去除所述開口 300內(nèi)的雜質(zhì)和水分。如圖4所示，通過第一選擇性外延生長(zhǎng)工藝，在所述開口 300內(nèi)形成第一硅鍺外延層310，所述第一硅鍺外延層310可以是預(yù)定待形成的硅鍺外延層總厚度的30% 70%。 作為一個(gè)實(shí)施例，所述第一硅鍺外延層310的厚度范圍為300 600埃；本實(shí)施例中，所述第一硅鍺外延層310的厚度為300埃。其中，所述選擇性外延生長(zhǎng)的腔室壓強(qiáng)范圍為1 20torr，溫度范圍為550 SOO0C。所述選擇性外延生長(zhǎng)的反應(yīng)氣體至少包含有含硅氣體和含鍺氣體。上述含硅氣體的總流量范圍為30 300sCCm。所述含鍺氣體的流量范圍為5 500sccmo所述反應(yīng)氣體中的含硅氣體為硅甲烷、硅乙烷或二氯硅甲烷，所述含鍺氣體包括鍺烷。本實(shí)施例中，所述含硅氣體的總流量為200sCCm，所述含鍺氣體的流量為300sCCm。進(jìn)一步地，所述反應(yīng)氣體還可以包含有氯化氫或氫氣，或者同時(shí)含有氯化氫和氫氣，所述氯化氫氣體的流量范圍為50 200sCCm，所述氫氣的流量范圍為5 50slm。本實(shí)施例中，所述氯化氫氣體的流量為lOOsccm，所述氫氣的流量為30slm。
其中，所述反應(yīng)氣體中加入氯化氫用以保證外延的選擇性。因?yàn)樵谕庋渔N化硅生長(zhǎng)過程中，只需要在開口的硅表面外延生長(zhǎng)，其他介電層中不需要形成鍺化硅，所以通過加入氯化氫可以避免在介質(zhì)層上形成鍺化硅，以加強(qiáng)形成的第一硅鍺外延層的均勻性。因?yàn)樯鲜龅倪x擇性外延生長(zhǎng)的反應(yīng)氣體在引入時(shí)候，均攜帶有大量的水分和其他氣體，如氧氣或其他的碳?xì)浠衔餁怏w，如下表所示為各類反應(yīng)氣體所攜帶的雜質(zhì)成分
權(quán)利要求
1.一種硅鍺外延層的形成方法，包括 提供硅襯底，所述硅襯底上形成有柵極； 在位于所述柵極兩側(cè)襯底內(nèi)形成開口； 在所述開口內(nèi)形成硅鍺外延層；其特征在于，至少分兩步形成所述硅鍺外延層，且至少有一步形成硅鍺外延層后進(jìn)行退火工藝。
2.如權(quán)利要求1所述的硅鍺外延層的形成方法，其特征在于，在所述開口內(nèi)形成硅鍺外延層前，還包括對(duì)所述開口進(jìn)行第一退火工藝。
3.如權(quán)利要求2所述的硅鍺外延層的形成方法，其特征在于，所述硅鍺外延層分為兩步進(jìn)行，具體包括在形成開口且對(duì)所述開口進(jìn)行第一退火工藝后，在所述開口內(nèi)形成第一硅鍺外延層；對(duì)所述第一硅鍺外延層進(jìn)行第二退火工藝；最后，在所述第一硅鍺外延層上形成第二硅鍺外延層。
4.如權(quán)利要求3所述的硅鍺外延層的形成方法，其特征在于，第一退火工藝參數(shù)為氫氣的流量為20 50slm，退火時(shí)間為60 120S，退火溫度800 850°C，腔室壓強(qiáng)為1 700Torr。
5.如權(quán)利要求3所述的硅鍺外延層的形成方法，其特征在于，第二退火工藝參數(shù)為氫氣的流量為20 50slm，退火時(shí)間為60 120S，退火溫度650 850°C，腔室壓強(qiáng)為1 50Torr。
6.如權(quán)利要求3所述的硅鍺外延層的形成方法，其特征在于，所述第一硅鍺外延層的厚度為待形成的總硅鍺外延層厚度的30 70%。
7.如權(quán)利要求1所述的硅鍺外延層的形成方法，其特征在于，所述硅鍺外延層的形成方法為選擇性外延生長(zhǎng)。
8.如權(quán)利要求7所述的硅鍺外延層的形成方法，其特征在于，所述選擇性外延生長(zhǎng)的腔室壓強(qiáng)范圍為1 20torr，溫度范圍為550 800°C。
9.如權(quán)利要求8所述的硅鍺外延層的形成方法，其特征在于，所述選擇性外延生長(zhǎng)的反應(yīng)氣體至少包含有含硅氣體和含鍺氣體。
10.如權(quán)利要求9所述的硅鍺外延層的形成方法，其特征在于，所述反應(yīng)氣體包括氯化氫。
11.如權(quán)利要求10所述的硅鍺外延層的形成方法，其特征在于，所述氯化氫氣體的流量范圍為50 200sccm。
12.如權(quán)利要求9所述的硅鍺外延層的形成方法，其特征在于，所述含硅氣體包括硅甲烷、硅乙烷或二氯硅甲烷。
13.如權(quán)利要求12所述的硅鍺外延層的形成方法，其特征在于，所述含硅氣體的流量范圍為30 300sccm。
14.如權(quán)利要求9所述的硅鍺外延層的形成方法，其特征在于，所述含鍺氣體包括鍺焼。
15.如權(quán)利要求14所述的硅鍺外延層的形成方法，其特征在于，所述含鍺氣體的流量范圍為5 500sccmo
16.如權(quán)利要求9所述的硅鍺外延層的形成方法，其特征在于，所述反應(yīng)氣體還包括氫氣。
17.如權(quán)利要求16所述的硅鍺外延層的形成方法，其特征在于，所述氫氣的流量范圍為 5 50slmo
全文摘要
本發(fā)明提供一種硅鍺外延層的形成方法，包括提供形成有柵極的硅襯底；在位于所述柵極兩側(cè)襯底內(nèi)形成開口；對(duì)所述開口進(jìn)行第一退火工藝；在所述開口內(nèi)形成硅鍺外延層；至少分兩步形成所述硅鍺外延層，且至少有一步形成硅鍺外延層后進(jìn)行退火工藝。本發(fā)明首先形成在襯底內(nèi)的開口進(jìn)行退火，并在所述開口內(nèi)形成硅鍺外延層，至少分兩步形成所述硅鍺外延層，且至少有一步形成硅鍺外延層后進(jìn)行退火工藝，可以去除在生長(zhǎng)硅鍺外延層環(huán)境引入的雜質(zhì)或水分，以改善后續(xù)的硅鍺外延層生長(zhǎng)環(huán)境。以解決硅鍺外延層內(nèi)的空隙，避免因空隙釋放應(yīng)力，使得所述硅鍺外延層不能提供PMOS晶體管所需要的壓應(yīng)力。
文檔編號(hào)H01L21/324GK102479717SQ20101056604
公開日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2010年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月29日
發(fā)明者何有豐 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(北京)有限公司