NMOS器件的硅衬底表面的处理方法及NMOS器件的制作方法

摘要

本发明揭示了一种NMOS器件的硅衬底表面的处理方法及NMOS器件的制作方法，在硅衬底上形成凹槽后经清洗将凹槽表面氧化，然后将凹槽氧化物去除，以露出硅衬底表面。然后在经过上述处理步骤之后的硅衬底上生长碳化硅，用于形成源极和漏极，以制作NMOS器件。本发明的制作的硅衬底具有表面清洁度高、粗糙度低的优点，采用本发明的硅衬底制作的NMOS器件具有较佳的电学性能。

说明书

技术领域

本发明涉及一种硅衬底表面处理方法及半导体器件的制作方法， 特别涉及一种NMOS器件的硅衬底表面的处理方法及NMOS器件的 制作方法。

背景技术

随着集成电路产业的发展，采用通过的缩小晶体管尺寸的工艺来 提高晶体管性能越来越受到成本和技术的限制。应变硅技术通过在传 统的体硅器件中引入应力可以提高载流子的迁移率，且应变CMOS 以体硅工艺为基础不需要复杂的工艺，因此应变硅技术作为一种廉价 而高效的技术得到越来越广泛的应用。

嵌入式碳化硅源漏技术为应变硅技术的一种，其原理是通过在沟 道中产生单轴压应力来提高NMOSFET(n-channel  metal-oxide-semiconductor field-effect transistor，N沟道金属氧化物半 导体场效应晶体管)的电子迁移率，从而提高它的电流驱动能力。其 原理是：通过在硅衬底上刻蚀凹槽，选择性地外延生长碳化硅层，因 碳化硅晶格常数与硅不匹配，在垂直凹槽方向硅晶格受到压缩产生压 应力，沿沟道方向硅晶格受到拉伸产生张应力，这些应力会产生应变， 应变会激发电子迁移率提高，从而达到改善硅器件的性能。

现有技术中揭示了制备碳化硅外延层的前处理工艺，步骤包括在 生长之前外延前预清洗、清洗设备清洗、盐酸腐蚀以及碳化硅外延沉 积，但是这种处理工艺会使得用于生长碳化硅外延层的硅衬底表面容 易因为上述工艺产生粗糙且清洁度较低的表面，因此有必要发明一种 工艺能够使得硅衬底表面在生长碳化硅外延层之前是清洁的且粗糙 度较低的。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种NMOS器件的硅衬底表面的 处理方法，包括以下步骤：

步骤1：提供一硅衬底；

步骤2：采用干法刻蚀在所述硅衬底上形成凹槽；

步骤3：使用酸槽一将用于掩模的光阻去除；

步骤4：使用酸槽二清洗步骤3的凹槽表面；

步骤5：采用溶剂气体或者酸性气体并伴随着氧气，氧化所述步 骤4中的凹槽，在所述凹槽表面形成氧化层，以去除凹槽表面的金属 离子和有机的杂质；

步骤6：用清洗气体去除所述步骤5中凹槽表面的氧化层，以露 出硅衬底表面。

作为优选，所述步骤3中酸槽一为第一酸槽、第二酸槽和第三酸 槽。

作为优选，所述第一酸槽内含有H₂O₂和浓H₂SO₄，所述第二酸 槽内含有NH₄OH、H₂O₂以及H₂O，所述第三酸槽内含有HCl、H₂O₂以及H₂O。

作为优选，所述步骤4中酸槽二为第四酸槽、第五酸槽以及第六 酸槽。

作为优选，所述第四酸槽内含有NH₄OH、H₂O₂和H₂O，第五酸 槽内含有HCl、H₂O₂和H₂O，第六酸槽内含有HF。

作为优选，所述步骤5中的溶剂气体为1,2-二氯乙烯气体。

作为优选，所述步骤5中的酸性气体为盐酸气体。

作为优选，步骤6中所述的清洗气体包括NF₃和NH₃。

本发明还提供一种NMOS器件的制作方法，包括采用上述处理 方法处理之后的硅衬底表面，在所述硅衬底表面沉积碳化硅形成漏极 和源极。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过使用酸槽一将用于 制备凹槽的掩膜光阻去除干净，通过使用流动溶剂气体或者酸性气体 伴随氧气来氧化凹槽使其形成氧化物，然后采用清洗设备去除半导体 晶圆凹槽表面的氧化物或者有机杂质，得到表面清洁度高、粗糙度低 的硅衬底；采用本发明的硅衬底制作的NMOS器件能够提高电子迁 移率，以改善NMOS器件的电学性能。

附图说明

图1为本发明提供的NMOS器件的硅衬底表面的处理方法流程 图；

图2a为本发明提供的硅衬底表面的处理方法中干法刻蚀凹槽示 意图；

图2b为本发明提供的硅衬底表面进行干法刻蚀后凹槽形成示意 图；

图3为本发明提供的硅衬底表面的处理方法中酸槽清洗掩膜光 阻示意图；

图4为本发明提供的硅衬底表面的处理方法中氧化凹槽示意图；

图5为本发明提供的硅衬底表面的处理方法去除氧化物或者有 机杂质后的示意图；

图6为在硅衬底表面上生长碳化硅示意图。

图中：1-掩膜光阻、2-隔离填充物、3-硅衬底、4-栅极、5-凹槽， 6-氧化层，7-碳化硅。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结 合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

请参照图1,本发明提供NMOS器件的硅衬底表面的处理方法， 包括以下步骤：

步骤S1：提供一硅衬底3；

步骤S2：请参照图2a与图2b，采用干法刻蚀在所述硅衬底3上 形成凹槽5；

步骤S3：使用酸槽一将用于掩模光阻1去除；

步骤S4：请参照图3，使用酸槽二清洗步骤S3的凹槽5表面， 用于去除凹槽表面的颗粒、有机物残留以及金属离子，如Na⁺、K⁺；

步骤S5：请参照图4，采用溶剂气体或者酸性气体并伴随着氧气， 氧化所述步骤S4中的凹槽5，在所述凹槽5表面形成氧化层6，以去 除凹槽5表面的金属离子和有机的杂质；

步骤S6：请参照图5，用清洗气体去除所述步骤S5中凹槽5表 面的氧化层6，以露出硅衬底3表面，此时凹槽5表面清洁度较高。

较佳地，所述步骤S3中酸槽一为第一酸槽、第二酸槽以及第三 酸槽。

较佳地，所述第一酸槽内含有H₂O₂和浓H₂SO₄，所述第二酸槽 内含有NH₄OH、H₂O₂以及H₂O，所述第三酸槽内含有HCl、H₂O₂以及H₂O。

较佳地，所述步骤S4中酸槽二为第四酸槽、第五酸槽以及第六 酸槽。

较佳地，所述第四酸槽内含有NH₄OH、H₂O₂和H₂O，第五酸槽 内含有HCl、H₂O₂和H₂O，第六酸槽内含有HF。

较佳地，所述步骤S5中的溶剂气体为1,2-二氯乙烯气体，并且 1,2-二氯乙烯气体与氧气的比例小于1：10，1,2-二氯乙烯气体和氧气 的总流量范围是0.5slm～10slm，氮气流量范围是0slm～20slm，温度 范围是450℃-800℃，时间范围是0.5分钟～30分钟。

较佳地，所述步骤S5中的酸性气体为盐酸气体，并且盐酸气体 与氧气的比例小于1：10，盐酸气体和氧气的总流量范围是 0.5slm～10slm，氮气流量范围是0slm～20slm，温度范围是450℃-800℃， 时间范围是0.5分钟～30分钟。

较佳地，步骤S6中所述的清洗气体包括NF₃和NH₃，并且步骤 S6包括以下三个步骤：

步骤A：调整参数，其中NF₃与NH₃的流量比范围是1:4～1:19， 气体总流量范围是50sccm～200sccm，压强范围是60Pa～2666Pa，时 间范围是20秒～50秒，刻蚀剂生成；

步骤B：调整参数，开始刻蚀，其中，NF₃与NH₃的流量比范围 是1:4～1:19，气体总流量范围是50sccm～200sccm，压强范围是 60Pa～2666Pa，温度范围是30℃～50℃，时间范围是5秒～60秒；

步骤C：调整参数，将刻蚀后杂质升华，其中，压强范围是 60Pa～2666Pa，温度范围是100℃～150℃，时间范围是50秒～240秒。

本发明还提供一种NMOS器件的制作方法，请参照图6，包括采 用上述处理方法处理之后的硅衬底3表面，此后在所述硅衬底3表面 沉积碳化硅7形成漏极和源极，以形成NMOS器件。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱 离本发明的精神和范围。倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权 利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变 型在内。