用于SiGe外延生長的濕法清洗序列

摘要

在先進的p型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管中，SiGe溝道可用于提高空穴遷移率和定制閾值電壓偏移。在這種器件的源極/漏極區(qū)中SiGe:B的低溫選擇性外延生長(SEG)之前，SiGe氧化物的有效去除是強制性的。SEG之前的H2烘烤通常在低于650°C的溫度下進行，以避免孤島效應(yīng)或形狀變化，要求事先非常有效地去除表面污染物(如碳、氟、氧……)。由于鍺在空氣中非?；顫?，Siconi原位表面制備方案很可能在具有這種熱預(yù)算約束的SiGe表面上使用。最近，評估了一種新的表面制備策略，該策略基于I)濕化學(xué)氧化物形成，然后ii)標(biāo)準(zhǔn)NH3/NF3遠程等離子體Siconi工藝。為了使用這樣的方案來制造器件，我們在此研究了表面制備對Si0.60Ge0.40在Si0.60Ge0.40膜上外延再生長的影響(在氧去除效率、所得形貌等方面)。我們表明，這種表面制備大大減少了界面污染，然而，在外延再生長后，表面可能是粗糙的。由于對表面制備和生長參數(shù)之間的相互作用進行了深入分析，因此我們?nèi)A林科納半導(dǎo)體提出了一種創(chuàng)新的工藝順序，可生產(chǎn)出光滑、高質(zhì)量的薄膜。

介紹

在先進的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFETs)中，電子和空穴遷移率比大塊無應(yīng)變硅高幾倍，這是強制性的[1]。阿格濃度通常約為30%的壓縮應(yīng)變SiGe例如用于14 nm技術(shù)節(jié)點p型完全耗盡絕緣體上硅器件的溝道中。在這種器件的源極/漏極(S/D)區(qū)中進行幾十nm的重度原位硼摻雜SiGe的選擇性外延生長(SEG)。它用于降低接觸電阻，具有足夠的鍺硅化材料，并保持(或增加)柵極下SiGe溝道中的壓縮應(yīng)變。SiGe:B SEG之前的表面制備在SiGe表面上特別棘手，因為SiGe表面在空氣中非常容易發(fā)生反應(yīng)。在外延之前，起始表面確實應(yīng)該在原子尺度上是光滑的，并且沒有任何污染物(例如O、C或F)。因此，排隊時間(Q時間，即在單晶片濕法清洗工具中去除自然氧化物后在空氣中花費的時間)的最小化在SiGe上比在硅上更關(guān)鍵。

實驗細節(jié)

在這項工作中，15 nm厚的SiGe 40%層在600℃、20托下在300 mm大塊Si(001)晶片上外延生長。沉積厚度低于塑性松弛的臨界厚度；因此SiGe膜是完全壓縮應(yīng)變的。標(biāo)準(zhǔn)300mm foup(ente gris)用于潔凈室中的晶片儲存。濕法處理在300 mm單晶片DNS SU 3100工具中進行。評估了基于標(biāo)準(zhǔn)前端化學(xué)與有效漂洗步驟的組合的各種濕法清洗順序(表1 ),例如1)稀釋的HF/HCl，2)稀釋的冷或熱標(biāo)準(zhǔn)清洗1 (SC1 ),即NH4OH:H2O2:H2O溶液，或3)臭氧化(O3)漂洗。

結(jié)果和討論

在下文中，我們已經(jīng)在15 nm厚的Si0.6Ge0.4層上評估了不同的(I)濕法、(ii) Siconi和(iii)“濕法-Siconi”序列，在濕法清洗和Siconi工藝之間具有兩個Q時間，少于15分鐘或8小時。在沒有任何空氣中斷的情況下，Siconi工藝之后是在超純N2下將晶片轉(zhuǎn)移到外延室，在那里進行20托的H2烘烤(溫度低于或等于650°C ),并在600°C下再外延20托的另一種15 nm的Si0.6Ge0.4。這種低熱預(yù)算的目的是最小化其對污染物去除效率的影響，并允許對各種探測序列進行適當(dāng)?shù)幕鶞?zhǔn)測試。我們首先從界面污染(SIMS和XRR)和膜質(zhì)量(霧度和AFM)方面量化了使用化學(xué)氧化物-Siconi序列(先前由XPS [8]證明)的興趣。本研究的第二個目標(biāo)是在300毫米工業(yè)生產(chǎn)線(25個晶片的FOUP處理)的真實條件下證明這種序列的效率，然后在外延組合工具的惰性環(huán)境中，在濕清洗和裝載之間有幾十分鐘到幾個小時的Q-時間。8小時的Q-時間似乎是合理的，以顯示生產(chǎn)線中過程的穩(wěn)健性。

3.1表面處理對界面污染的影響使用Q-時間= 15分鐘的表面處理

在各種化學(xué)處理(表1)之后，將Si0.60Ge0.40層裝載到外延組合設(shè)備的N2凈化的裝載室中，進行Siconi工藝，然后轉(zhuǎn)移(在N2下)到外延室，在那里進行再外延。在這些條件下，脫氧表面暴露在空氣中的時間(在濕處理和晶片裝載到裝載室之間)不超過15分鐘。在Si0.60Ge0.40外延再生長之后，通過X射線反射率測量晶片。在圖1中可以找到選擇的配置文件。在全外反射的臨界角以上(大約0.13°)，X射線傳播到SiGe/Si疊層中。厚度條紋是由于表面反射的X射線和SiGe/Si界面處的相長干涉和相消干涉造成的。

結(jié)論:

在這項研究中，我們?nèi)A林科納已經(jīng)展示了“化學(xué)氧化物-Siconi”序列去除SiGe自然氧化物的能力。這種順序產(chǎn)生低熱預(yù)算外延再生長，沒有任何延遲并且氧界面污染比標(biāo)準(zhǔn)的“HF-last”濕法清洗低10倍(在低于或等于650℃的溫度下H2烘烤2分鐘后)。然而，這種順序?qū)е耂iGe表面對島化更敏感。這可能是由于在SC1 (NH4OH/H2O2/H2O)或O3溶液中浸泡后，在化學(xué)二氧化硅層下形成了一些富鍺單層。為了避免島化問題，在低熱預(yù)算H2烘烤期間執(zhí)行基于二氯硅烷的鈍化，以在SiGe上產(chǎn)生薄的覆蓋層(小于1nm)。所得的Si0.60Ge0.40 / Si / Si0.60Ge0.40疊層是光滑的，并且沒有任何顯著量的界面污染或延伸缺陷。

審核編輯：符乾江