一種自然氧化層的去除方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種自然氧化層的去除方法，在400℃～600℃的溫度條件下，使用鍺的氫化物去除半導(dǎo)體襯底表面上的自然氧化層。本發(fā)明提供的自然氧化層的去除方法的處理溫度低，可有效避免半導(dǎo)體器件襯底硅的損失，并且整個(gè)去除過(guò)程可在外延反應(yīng)設(shè)備中進(jìn)行，不需要對(duì)外延反應(yīng)設(shè)備的腔室進(jìn)行任何改造，因此處理成本也大大降低。
【專利說(shuō)明】一種自然氧化層的去除方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件制備領(lǐng)域，特別涉及一種去除外延前自然氧化層的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]外延工藝是常用的一種生長(zhǎng)SiGe，Ge，SiC, GeSn等應(yīng)變材料的方法，為了在半導(dǎo)體襯底的表面生長(zhǎng)出應(yīng)變(strain)材料，在外延工藝前先需要去除半導(dǎo)體襯底表面的二氧化硅自然氧化層(native oxide)。目前常用的去除自然氧化層的方法是氫氟酸后處理工藝(HF-last)，即使用氫氟酸腐蝕掉半導(dǎo)體襯底表面的自然氧化層，但通常使用氫氟酸處理完后的半導(dǎo)體襯底表面還是有約Inm厚的自然氧化層的殘留，并且如果沒(méi)有及時(shí)進(jìn)入真空反應(yīng)腔體，自然氧化層的厚度還會(huì)因氧化而變厚，因此還需要在外延反應(yīng)腔室里通過(guò)前烘烤工藝(Pre Baking)或低溫等離子體轟擊腐蝕工藝去除殘留的自然氧化層。
[0003]前烘烤工藝的處理溫度一般大于750°C，對(duì)于高K柵介質(zhì)和金屬柵(HKMG，High kmetal gate)集成以及三維鰭式晶體管(Finfet3D)的外延而言,容易造成露出的襯底娃材料的損失，進(jìn)而影響半導(dǎo)體器件的性能，并且對(duì)于先進(jìn)制程器件而言，高溫的前烘烤工藝需要更低的熱預(yù)算(therm budget);低溫等離子轟擊腐蝕工藝容易帶來(lái)等離子體引起的損傷(PID, Plasma Induce damage)問(wèn)題,并且因需要增設(shè)一個(gè)腔體而需要增大外延設(shè)備的體積，導(dǎo)致設(shè)備的運(yùn)行成本也較高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，本發(fā)明提供了一種處理溫度低，成本低的自然氧化層的去除方法。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的自然氧化層的去除方法是在400 V?600 V的溫度條件下，使用鍺的氫化物去除半導(dǎo)體襯底表面上的自然氧化層。
[0006]本發(fā)明提供的方法中的鍺的氫化物容易在一定的溫度下分解，分解出的鍺和自然氧化層(成份為二氧化硅)反應(yīng)生成易揮發(fā)的一氧化鍺及一氧化硅，從而將自然氧化層有效去除。
[0007]在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述鍺的氫化物的通式為GenH2n+2，其中η為1、2或3，上述通式中包括了甲鍺烷(GeH4)、乙鍺烷(Ge2H6)和三鍺烷(Ge3H8),以甲鍺烷為例，在去除自然氧化層的過(guò)程中發(fā)生如下反應(yīng):
[0008]GeH4 — Ge+2H2 個(gè)；
[0009]Ge+Si02 — GeO f +S1 ?。
[0010]在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，使用混合氣去除半導(dǎo)體襯底表面上的自然氧化層，所述混合氣包含鍺的氫化物和氫氣，在氫氣的攜帶下鍺的氫化物更易進(jìn)入反應(yīng)設(shè)備，而且還能帶走反應(yīng)副產(chǎn)物，此外，氫氣具備很強(qiáng)的還原性，可以抑制半導(dǎo)體襯底表面氧化層的形成。
[0011]更優(yōu)選地，所述混合氣中鍺的氫化物和氫氣的體積比為(I?10): 100。
[0012]更優(yōu)選地，所述混合氣的流量為20SCCM?500SCCM。
[0013]更優(yōu)選地，所述混合氣的通氣時(shí)間為1s?300s。
[0014]在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，在去除自然氧化層的過(guò)程中還通入氫氣，其流量為20SLM?180SLM。通氫氣有利于帶走反應(yīng)副產(chǎn)物，而且氫氣具備很強(qiáng)的還原性，可以進(jìn)一步抑制半導(dǎo)體襯底表面氧化層的形成。
[0015]在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，去除自然氧化層的過(guò)程在20Torr?760Torr的條件下進(jìn)行。
[0016]在本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，去除自然氧化層的過(guò)程中還可通入氯氣或氯化氫氣體，其可和鍺的氫化物一起通入反應(yīng)設(shè)備，也可在鍺的氫化物通入結(jié)束后再通入氯氣或氯化氫氣體，這樣做的目的是為了防止鍺的氫化物過(guò)量時(shí)，有過(guò)量的鍺淀積在半導(dǎo)體襯底的表面上，其具體反應(yīng)的過(guò)程如下:
[0017]Ge+4HC1 — GeCl4 丨 +H2 個(gè)。
[0018]更優(yōu)選地，所述氯氣或氯化氫氣體的流量為20SCCM?1000SCCM。
[0019]本發(fā)明提供的自然氧化層的去除方法的處理溫度低，可有效避免半導(dǎo)體器件襯底硅的損失，并且整個(gè)去除過(guò)程可在外延反應(yīng)設(shè)備中進(jìn)行，不需要對(duì)外延反應(yīng)設(shè)備的腔室進(jìn)行任何改造，因此處理成本也大大降低。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1為經(jīng)本發(fā)明所公開(kāi)的方法去除自然氧化層后的半導(dǎo)體襯底表面外延層的高分辨率X射線衍射(HR-XRD)圖譜。

【具體實(shí)施方式】
[0021]為使發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做詳細(xì)的說(shuō)明。
[0022]在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來(lái)實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開(kāi)的具體實(shí)施例的限制。
[0023]本發(fā)明的實(shí)施例中所用的原料如下:
[0024]甲鍺烷混合氣:甲鍺烷的體積百分比為10%，其余為氫氣，Air Product空氣化工公司
[0025]氫氣:高純氫，Air Product空氣化工公司
[0026]氯化氫氣體:林德特種氣體公司
[0027]本發(fā)明所用的反應(yīng)器如下:
[0028]美國(guó)先晶半導(dǎo)體有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為ASM E2000的減壓化學(xué)氣相沉積設(shè)備(RPCVD)
[0029]本發(fā)明所用的測(cè)試儀器如下:
[0030]英國(guó)Jodran valley公司生產(chǎn)的型號(hào)為Q3的高分辨率X射線衍射儀(HR-XRD)；
[0031]ΑΤΟΜΙΚΑ公司生產(chǎn)的型號(hào)為SMS4500的二次離子質(zhì)譜儀(SMS)。
[0032]實(shí)施例1
[0033]對(duì)減壓化學(xué)氣相沉積設(shè)備的反應(yīng)腔進(jìn)行預(yù)清洗后，將經(jīng)過(guò)HF-1ast處理的半導(dǎo)體襯底放入反應(yīng)腔中，在600°C、125Torr的條件下，同時(shí)往反應(yīng)腔內(nèi)通入流量為200SCCM的甲鍺烷混合氣、120SLM的氫氣及200SCCM的氯化氫氣體，在125s后停止通入甲鍺烷混合氣和氯化氫氣體，并保持氫氣的流量不變，此時(shí)即獲得高質(zhì)量的不含自然氧化層的半導(dǎo)體襯底；接著根據(jù)需求可在同一個(gè)反應(yīng)腔中對(duì)半導(dǎo)體襯底進(jìn)行外延生長(zhǎng)處理，即可以獲得帶應(yīng)變薄膜的半導(dǎo)體器件。
[0034]如圖1所示，外延層為SiGe應(yīng)變材料，在SiGe峰的兩側(cè)出現(xiàn)明顯的干涉條紋，表明SiGe和Si的界面結(jié)合較好，沒(méi)有自然氧化層的殘留。
[0035]通過(guò)SMS分析半導(dǎo)體襯底和外延層的界面處的C，O含量在lE18at/cm3以下，表明半導(dǎo)體襯底上的自然氧化層去除干凈。
[0036]雖然本發(fā)明是結(jié)合以上實(shí)施例進(jìn)行描述的，但本發(fā)明并不被限定于上述實(shí)施例，而只受所附權(quán)利要求的限定，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠容易地對(duì)其進(jìn)行修改和變化，但并不離開(kāi)本發(fā)明的實(shí)質(zhì)構(gòu)思和范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種自然氧化層的去除方法，其特征在于，在400°c?600°C的溫度條件下，使用鍺的氫化物去除半導(dǎo)體襯底表面上的自然氧化層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自然氧化層的去除方法，其特征在于，所述鍺的氫化物的通式為GenH2n+2，其中η為1、2或3。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自然氧化層的去除方法，其特征在于，使用混合氣去除半導(dǎo)體襯底表面上的自然氧化層，所述混合氣包含鍺的氫化物和氫氣。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的自然氧化層的去除方法，其特征在于，所述混合氣中鍺的氫化物和氫氣的體積比為(1?10): 100。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的自然氧化層的去除方法，其特征在于，所述混合氣的流量為20SCCM ?500SCCM。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的自然氧化層的去除方法，其特征在于，所述混合氣的通氣時(shí)間為10s?300s。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自然氧化層的去除方法，其特征在于，在去除自然氧化層的過(guò)程中還通入氫氣，其流量為20SLM?180SLM。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自然氧化層的去除方法，其特征在于，去除自然氧化層的過(guò)程在20Torr?760Torr的條件下進(jìn)行。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自然氧化層的去除方法，其特征在于，去除自然氧化層的過(guò)程中還通入氯氣或氯化氫氣體。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的自然氧化層的去除方法，其特征在于，所述氯氣或氯化氫氣體的流量為20SCCM?1000SCCM。
【文檔編號(hào)】H01L21/311GK104425241SQ201310409612
【公開(kāi)日】2015年3月18日 申請(qǐng)日期:2013年9月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月10日
【發(fā)明者】王桂磊, 趙超 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院微電子研究所