一種適用于鍺基阱的制備方法
【專利摘要】一種適用于鍺基阱的制備方法，包括如下步驟：對鍺基襯底進行清洗；在鍺基襯底上淀積一層注入掩蔽層；注入所需的雜質(zhì)；退火實現(xiàn)雜質(zhì)的激活；去除注入的掩蔽層；用犧牲氧化的方法改善襯底表面粗糙度。利用離子注入的方法精確控制阱的深度與摻雜濃度。利用犧牲氧化的方法改善去除掩蔽層后鍺基襯底表面的粗糙度。由于高能量離子注入，及帶掩蔽層的雜質(zhì)激活退火會帶來襯底表面粗糙度的退火。由于退火過程中鍺襯底會氧化形成鍺的亞氧化物，導致表面粗糙度退化。用H2O2氧化30s，使鍺基襯底表面形成GeO2，再利用HCl去除GeO2層，實現(xiàn)減小表面粗糙度。
【專利說明】一種適用于鍺基阱的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導體器件領(lǐng)域，具體涉及一種鍺基阱的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著硅基金屬-氧化物-半導體場效應晶體管(MOSFET)幾何尺寸縮小到納米尺度，傳統(tǒng)通過縮小器件尺寸提升性能和集成度的方法正面臨物理和技術(shù)的雙重極限考驗。為了進一步提高器件性能，有效方法之一是弓I入高遷移率溝道材料。由于同時具有較高的電子和空穴遷移率(室溫(300K)下，鍺溝道的電子遷移率是硅的2.4倍，空穴遷移率是硅的4倍)，鍺材料以及鍺基器件成為一種選擇。
[0003]為了制備鍺基CMOS器件或者電路，需要制備鍺的N阱和P阱。對于鍺基器件，常用的P型和N型雜質(zhì)分別為硼(B)和磷(P)。對于利用B和P制備鍺的P阱和N阱:對于B，在鍺中的擴散系數(shù)小，無法利用退火的方法使B驅(qū)入的鍺中；對于P，在鍺中擴散系數(shù)大，長時間的退火會擴散到鍺中的深處，不利于雜質(zhì)濃度與擴散深度的控制。所以對于鍺基阱的制備，需要利用離子注入的方法，但是需要提高注入時離子的能量，由于缺少了注入后高溫長時間退火實現(xiàn)雜質(zhì)驅(qū)入的工藝，高能離子注入可能會帶來鍺表面的損傷，導致鍺襯底表面粗糙度的退化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提出了一種適用于鍺基的阱制備方法，可以控制阱的深度與阱的摻雜濃度，同時減小因注入帶來的表面粗糙度退化。
[0005]本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下:
[0006]一種適用于鍺基阱的制備方法，包括如下步驟:
[0007]I)對鍺基襯底進行清洗；
[0008]2)在鍺基襯底上淀積一層注入掩蔽層；
[0009]3)注入所需的雜質(zhì)；
[0010]4)退火實現(xiàn)雜質(zhì)的激活；
[0011]5)去除注入的掩蔽層；
[0012]6)用犧牲氧化的方法改善襯底表面粗糙度。
[0013]優(yōu)選的:
[0014]步驟I)中，所述鍺基襯底不摻雜或者輕摻雜，摻雜濃度〈IX 15cm—3 ;在淀積注入掩蔽層前，對鍺基襯底表面進行清洗，以去除表面沾污和自然氧化層。
[0015]步驟2)中，淀積的掩蔽層材料為SiO2、Al2O3或Y2O3等，厚度為5?20nm。淀積的方法為 ALD、PVD、MBE、PLD、MOCVD, PECVD 或 ICPCVD 等。優(yōu)選用 ALD 法淀積 IOnm 的 A1203。
[0016]步驟3)中，若制備P阱，則注入硼離子；若制備N阱，則注入磷離子；注入劑量與能量根據(jù)需要的阱的深度與濃度而定，對于硼，注入劑量為5 X IOltl?I X 1014cm_2，注入能量為30keV?120keV ;對于磷，注入劑量為5 X 101°?I X IO14Cm-2,注入能量為50keV?180keV。注入所需的雜質(zhì)時，采用兩次注入的方法:一次高能量注入，使雜質(zhì)注入到襯底中的較深區(qū)域；一次低能量注入，使雜質(zhì)注入到接近襯底表面的區(qū)域。
[0017]步驟4)中，對于硼的激活，在N2氣氛進行400°C lmin的退火；對于磷的激活，在N2氣氛進行500°C 30s的退火。
[0018]步驟5)中，用稀釋的HF去掉注入的掩蔽層，HF = H2O=1: 30。
[0019]步驟6)的實現(xiàn)方法如下:先將襯底浸泡在濃度為30%的H2O2中30s，用去離子水沖lmin，再將襯底浸泡在濃度為36%的HCl中l(wèi)min，用去離子水沖Imin ;如此重復3?4個周期。
[0020]本發(fā)明優(yōu)點如下:
[0021]利用離子注入的方法精確控制阱的深度與摻雜濃度。利用犧牲氧化的方法改善去除掩蔽層后鍺基襯底表面的粗糙度。由于高能量離子注入，及帶掩蔽層的雜質(zhì)激活退火會帶來襯底表面粗糙度的退火。由于退火過程中鍺襯底會氧化形成鍺的亞氧化物，導致表面粗糙度退化。用H2O2氧化30s，使鍺基襯底表面形成GeO2,再利用濃度HCl (36%)去除GeO2層，實現(xiàn)減小表面粗糙度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1、圖2為P阱、N阱的襯底，表面去除注入掩蔽后，襯底表面粗糙度隨犧牲氧化周期的變化情況；其中Ra的平均粗糙度，Rq為均方根粗糙度。
[0023]圖3所示為實施例對制備阱的方法示意圖；
[0024]圖4為本發(fā)明所述方法的流程圖。
[0025]圖中:1一鍺襯底；2—Al2O3 ；3一注入尚子的鍺襯底。
【具體實施方式】
[0026]以下結(jié)合附圖，通過具體的實施例對本發(fā)明所述的方法做進一步描述。
[0027]實施例1 (參圖4):
[0028]I)對鍺襯底進行清洗，并清除表面氧化層，如圖3(a)所示；
[0029]2)在經(jīng)過清洗的鍺襯底上淀積一層的注入掩蔽層，淀積的材料可以為SiO2,Al2O3,Y2O3等材料，淀積的方法有ALD，PVD, MBE, PLD, MOCVD, PECVD, ICPCVD等，淀積厚度為5?20nm ;本實施例優(yōu)選用ALD淀積IOnm的Al2O3,如圖3 (b)所示；
[0030]3)注入所需的雜質(zhì)，制備P阱，注入硼(B)離子；制備N阱，注入磷(P)離子；注入劑量與能量根據(jù)需要的阱的深度與濃度而定，對于硼(B)，注入劑量為5 X 101°?I X IO14Cm-2,注入能量一般為30keV?120keV ;對于磷(P)，注入劑量為5 X 101°?I X 1014cnT2，注入能量一般為50keV?180keV ;—般可采用兩次注入的方法，一次高能量注入，使雜質(zhì)注入到襯底中的較深處，一次低能量注入，使雜質(zhì)注入到接近襯底表面的區(qū)域。對于P阱，本實施例優(yōu)選先用70keV的能量注入4 X IO11CnT2的硼離子，再用33keV的能量注入I X IO11CnT2的硼離子；對于N阱，本實施例優(yōu)選先用90keV的能量注入4X IO12CnT2的磷離子，再用50keV的能量注入IXlO12cnT2的磷離子，如圖3(c)所示。
[0031]4)退火，使雜質(zhì)激活，對于硼(B)的激活，可在N2氣氛進行400°C lmin的退火，對于磷(P)的激活，可在N2氣氛進行500°C 30s的退火。[0032]5)去掉襯底表面的掩蔽層，可用稀釋的HF。本實施例為用稀HF (HF = H2O=1: 30)漂30?55s，如圖3(d)所示。
[0033]6)犧牲氧化的方法改善襯底表面粗糙度，方法如下:先將襯底浸泡在濃度為30%的H2O2中30s，用去離子水沖lmin，再將襯底浸泡在濃度為36%的HCl中l(wèi)min，用去離子水沖Imin ;如此重復3?4個周期；
[0034]圖1所示制備P阱(注入B)的襯底，表面去除注入掩蔽后，襯底表面粗糙度隨犧牲氧化周期的變化情況；圖2所示制備N阱(注入P)的襯底，表面去除注入掩蔽后，襯底表面粗糙度隨犧牲氧化周期的變化情況；其中Ra的平均粗糙度，Rq為均方根粗糙度。可以看到經(jīng)過3?4個周期的犧牲氧化，鍺表面的粗糙度得到明顯的改善。
[0035]以上通過特定實施例詳細描述了一種適用于鍺基的阱制備方法。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應當理解，以上所述僅為本發(fā)明的特定實施例，在不脫離本發(fā)明實質(zhì)的范圍內(nèi)，可以使用其它材料實現(xiàn)本發(fā)明的鈍化效果，亦可以采用同樣方法在實施例中鍺襯底之外的其它半導體襯底上獲得同樣的效果，制備方法均不限于實施例中所公開的內(nèi)容，凡依本發(fā)明權(quán)利要求所做的均等變化與修飾，皆應屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種適用于鍺基阱的制備方法，其特征是，包括如下步驟: 1)對鍺基襯底進行清洗； 2)在鍺基襯底上淀積一層注入掩蔽層； 3)注入所需的雜質(zhì)； 4)退火實現(xiàn)雜質(zhì)的激活； 5)去除注入的掩蔽層； 6)用犧牲氧化的方法改善襯底表面粗糙度。
2.如權(quán)利要求1所述的適用于鍺基阱的制備方法，其特征是，步驟I)中，所述鍺基襯底不摻雜或者輕摻雜，摻雜濃度〈I X 15cm_3 ;在淀積注入掩蔽層前，對鍺基襯底表面進行清洗，以去除表面沾污和自然氧化層。
3.如權(quán)利要求1所述的適用于鍺基阱的制備方法，其特征是，步驟2)中，淀積的掩蔽層材料為Si02、Al2O3或Y2O3,厚度為5?20nm。
4.如權(quán)利要求1所述的適用于鍺基阱的制備方法，其特征是，步驟3)中，若制備P阱，則注入硼離子；若制備N阱，則注入磷離子；注入劑量與能量根據(jù)需要的阱的深度與濃度而定，對于硼，注入劑量為5 X 101°?I X IO14CnT2，注入能量為30keV?120keV ;對于磷，注入劑量為5 X 101°?I X 1014cm_2，注入能量為50keV?180keV。
5.如權(quán)利要求4所述的適用于鍺基阱的制備方法，其特征是，注入所需的雜質(zhì)時，采用兩次注入的方法:一次高能量注入，使雜質(zhì)注入到襯底中的較深區(qū)域；一次低能量注入，使雜質(zhì)注入到接近襯底表面的區(qū)域。
6.如權(quán)利要求1所述的適用于鍺基阱的制備方法，其特征是，步驟4)中，對于硼的激活，在N2氣氛進行400°C Imin的退火；對于磷的激活，在N2氣氛進行500°C 30s的退火。
7.如權(quán)利要求1所述的適用于鍺基阱的制備方法，其特征是，步驟5)中，用稀釋的HF去掉注入的掩蔽層，HF = H2O=1: 30。
8.如權(quán)利要求1所述的適用于鍺基阱的制備方法，其特征是，步驟6)的實現(xiàn)方法如下:先將襯底浸泡在濃度為30%的H2O2中30s，用去離子水沖lmin，再將襯底浸泡在濃度為36%的HCl中l(wèi)min，用去離子水沖Imin ;如此重復3?4個周期。
9.如權(quán)利要求1所述的適用于鍺基阱的制備方法，其特征是，步驟2)中，淀積的方法為ALD、PVD、MBE、PLD、MOCVD、PECVD 或 ICPCVD。
10.如權(quán)利要求1所述的適用于鍺基阱的制備方法，其特征是，步驟2)中，用ALD法淀積 IOnm 的 A1203。
【文檔編號】H01L21/8238GK103887241SQ201410080933
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年3月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月6日
【發(fā)明者】黃如, 林猛, 劉朋強, 張冰馨, 安霞, 黎明, 張興 申請人:北京大學