[發(fā)明專利]一種鍺基MOS器件襯底的表面鈍化方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110259567.7
• 申請日: 2011-09-05
• 公開（公告）號: CN102306625A
• 公開（公告）日: 2012-01-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃如;林猛;安霞;張興
• 申請（專利權(quán)）人: 北京大學(xué)
• 主分類號: H01L21/28
• 分類號: H01L21/28;H01L21/285
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11360
• 代理人: 蘇愛華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體器件領(lǐng)域，具體涉及一種鍺基MOS器件襯底的表面鈍化方法。

背景技術(shù)

集成電路技術(shù)遵循著摩爾定律已發(fā)展了40多年，帶來集成電路集成度及功能的迅速提升，金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)幾何尺寸的減小是提高器件工作速度的主要手段。然而器件特征尺寸的進(jìn)一步縮小使晶體管逐漸達(dá)到物理和技術(shù)的雙重極限，傳統(tǒng)體Si器件性能難以按照以往速度進(jìn)一步提升。高遷移率溝道材料的引入可以進(jìn)一步提升器件性能，因此鍺基器件成為當(dāng)前研究的熱點。常溫(300K)下，鍺溝道的電子遷移率是硅的2.4倍，空穴是硅的4倍。

目前鍺基MOS器件的制備技術(shù)還不成熟，還有一系列問題需要解決。而鍺襯底與柵介質(zhì)之間的界面問題是影響鍺基MOS器件性能提高的關(guān)鍵因素之一。對于鍺基MOS器件，通常采用高介電常數(shù)材料(高K介質(zhì))作為柵介質(zhì)，常用的高K介質(zhì)材料有Al₂O₃、Y₂O₃、HfO₂、ZrO₂、GeO₂、La₂O₃等。但是將高K柵介質(zhì)直接淀積在鍺襯底上會產(chǎn)生以下問題：1)鍺襯底表面會在有氧原子的氣氛中被氧化，導(dǎo)致鍺襯底與柵介質(zhì)界面處的界面態(tài)密度增加，界面質(zhì)量變差；2)鍺會擴(kuò)散到高K柵介質(zhì)中，從而在柵介質(zhì)中引入缺陷，造成柵介質(zhì)質(zhì)量退化。因此，要利用高K材料作柵介質(zhì)，就必須對鍺襯底表面進(jìn)行鈍化，即在鍺襯底與高K柵介質(zhì)間插入中間鈍化層。

目前，有很多材料已被用于鈍化鍺襯底，比如Si、GeO_xN_y、Si_xN_y、氮化鍺、Y₂O₃、La₂O₃、Al₂O₃、金屬氮化物等。對于氮化鍺作鈍化層的情況：通常采用NH₃的等離子處理的方法，在鍺襯底表面形成一層氮化鍺鈍化層，以抑制鍺襯底表面在淀積高K過程中被氧化及鍺向高K介質(zhì)中擴(kuò)散，改善界面質(zhì)量和柵介質(zhì)量，提高鍺基MOS器件性能。

發(fā)明內(nèi)容

為了提高鍺基MOS器件的性能，本發(fā)明給出一種鍺基MOS器件襯底的表面鈍化方法。該方法能有效地減小鍺襯底與柵介質(zhì)界面處的界面態(tài)密度、抑制襯底中的鍺向柵介質(zhì)中擴(kuò)散，改善襯底與柵介質(zhì)的界面質(zhì)量和柵介質(zhì)質(zhì)量，提高鍺基MOS器件的性能。

一種鍺基MOS器件襯底的表面鈍化方法，其工藝實現(xiàn)方法如下：

1)選擇半導(dǎo)體鍺襯底；

2)對鍺襯底進(jìn)行清洗，并且去除襯底表面的自然氧化層；

3)對鍺襯底進(jìn)行GeF₄或含氟鍺氫化合物和NH₃或NF₃的混合氣體的等離子體處理，以實現(xiàn)在鍺襯底表面淀積氮化鍺；

4)淀積高K柵介質(zhì)，進(jìn)行退火處理。

所述步驟1)中，鍺襯底可以是體Ge襯底、硅上外延鍺(Germanium-on-silicon)襯底或GeOI(Germanium?on?Insulator)襯底等；

所述步驟2)中的清洗步驟可以為有機清洗、鹽酸清洗等，目的是對鍺襯底上的有機和無機污染物、金屬顆粒等進(jìn)行去除，但不局限于上述清洗方法；

所述步驟2)中去除鍺襯底表面的自然氧化層可以采用高溫真空退火的方法，亦可采用HCl、HF溶液浸泡的方法，但并不局限于上述去除鍺襯底表面自然氧化層的方法；