[发明专利]锗硅薄膜制备方法以及半导体器件制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及锗硅薄膜制备方法以及应用所述锗硅薄膜制备方法的半导体器件制作方法。

背景技术

锗硅(Si1-xGex)材料是硅和锗通过共价键结合形成的无限互溶的替位式固溶体。锗硅材料一般具有非晶、多晶、单晶和超晶格四种形态，由于其具有载流子迁移率高、能带宽度随锗的组分变化而连续可调等优点，并且能够与目前成熟的硅平面工艺相兼容，因此，锗硅材料在微电子和光电子方面可被大量应用于制作高速异质结双极型晶体管(HBT)、调制掺杂场效应管(MODFET)、光探测器等多种器件。

锗硅材料在现代集成电路制造中的应用十分广泛：例如可通过在HBT的基区掺入一定组分的锗元素，从而减小能带宽度，降低基区少数载流子从发射区到基区的势垒，提高发射效率及电流放大系数；此外，对于45纳米工艺节点及以下的PMOS工艺，由于器件尺寸的大幅度减小，源漏极的结深越来越浅，通常在源漏极进行硅刻蚀后，通过外延工艺形成锗硅层，以填充所刻蚀的凹槽，应对沟道的应力，提高空穴的迁移率。

在具体工艺中，进行锗硅外延之前，通常需要对衬底硅片进行预处理，这主要是由于硅衬底表面会产生一层自然氧化层以及一些其他杂质的污染。为了保证在硅衬底表面所生长的锗硅外延层的质量，通常在外延生长锗硅之前，采用高温烘烤的方法将硅衬底表面的二氧化硅与硅发生反应，形成易气化的一氧化硅。将气化后的一氧化硅及其他污染物抽出反应腔，从而获得清洁完整的硅衬底表面，为下一步的外延生长创造有利条件。申请号为200510050891.2、名称为“一种选择性外延锗硅薄膜的制备方法”的中国专利申请中公开了一种锗硅薄膜的外延制备方法，其中，在外延生长锗硅之前，将硅衬底放于热氧化炉中，并通入纯氧，在温度为900-1200摄氏度下，氧化生长一层二氧化硅。

然而，参考东芝公司的H.Aikawa等人于2008年电气和电子工程师协会(IEEE)的超大规模半导体集成电路技术研讨会(Symposium on VLSI Technology Digest of Technical Papers)上所发表的论文(“Variability Aware Modeling and Characterization in Standard Cell in 45nm CMOS with Stress Enhancement Technique”)，具体来说，参考图1，当采用高于900摄氏度的温度对硅衬底进行烘烤之后，再沉积锗以形成作为锗硅层，所述锗硅层与硅衬底的界面101将成为弧形。这是由于高温烘烤工艺使得硅原子的迁移率被大幅提高，在应力的作用下，锗硅层与硅衬底的界面上产生失配错位，形成弧形界面，而具有弧形的锗硅层界面101将增加载流子实际经过的沟道102长度，从而影响器件性能。此外，当采用过低的温度，例如低于600摄氏度的温度，对硅衬底进行处理，将无法除去硅表面的杂质成分，影响锗硅界面与硅表面的接触，从而影响器件后续工艺和产品品质。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种锗硅薄膜制备方法，在锗硅外延之前，采用合适的烘烤温度对硅衬底进行处理，以提供具有良好形状的锗硅层界面，提高产品品质。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种锗硅薄膜制备方法，至少包括：提供衬底，所述衬底表面形成有栅极以及位于栅极两侧的补偿层；在所述补偿层远离所述栅极的一侧衬底中刻蚀形成凹槽；采用828摄氏度至850摄氏度的温度，对所述凹槽进行烘烤，接着，形成覆盖所述凹槽的锗硅层。

此外，本发明还提供了一种半导体器件制作方法，包括：提供衬底，所述衬底表面形成有栅极以及位于栅极两侧的补偿层；在所述补偿层远离所述栅极一侧形成侧墙；在所述侧墙远离所述栅极的一侧衬底中刻蚀形成凹槽；采用828摄氏度至850摄氏度的温度条件，对所述凹槽进行烘烤，接着，形成覆盖所述凹槽的锗硅层；对所述锗硅层进行离子掺杂，以形成有源区。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：在生长锗硅层之前，通过设置合理的烘烤温度，以及采用合理的烘烤时间，对硅衬底进行烘烤，控制硅原子的迁移速率，同时对硅衬底表面进行清洁，从而获得具有良好形状的锗硅界面，提高了产品品质。

附图说明

图1是现有的弧形锗硅层界面的剖面示意图；

图2是本发明锗硅薄膜制备方法一种实施方式的流程示意图；

图3至图5是采用本发明锗硅薄膜制备方法一种具体实施方式形成锗硅层形成过程的剖面示意图；

图6是本发明所提供的一种半导体器件制作方法实施方式的流程示意图。

具体实施方式