一種鍺基mos器件襯底的表面鈍化方法及得到的鍺基mos器件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件領(lǐng)域，具體而言，本發(fā)明涉及一種ALD沉積高k值材料的鍺基M0S器件襯底的表面鈍化方法及鍺基M0S器件。
【背景技術(shù)】
[0002]由于硅的天然氧化物質(zhì)量非常高，能夠方便的制造金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，因此，硅一直是現(xiàn)代電子工業(yè)中重要的半導(dǎo)體材料。經(jīng)過(guò)40多年的持續(xù)小型化，半導(dǎo)體器件的特征尺寸進(jìn)入到45nm技術(shù)節(jié)點(diǎn)以后，基于娃材料的M0SFET的正接近其基本的物理極限。如果繼續(xù)縮小尺寸，隧穿和巨大的漏電將給晶體管工作帶來(lái)巨大的影響。為了減小柵隧穿電流，降低器件的功耗，消除多晶硅耗盡效應(yīng)和p型金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(PM0SFET)中硼穿透引起的可靠性問(wèn)題，緩解費(fèi)米能級(jí)釘扎效應(yīng)，高介電常數(shù)(k)材料，例如Hf02，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的Si02結(jié)構(gòu)成為了必然的趨勢(shì)。和傳統(tǒng)的二氧化硅柵介質(zhì)相比，高介電常數(shù)(k)材料可以對(duì)介質(zhì)物理厚度的限制放寬k/3.9倍，而不影響器件的電學(xué)性質(zhì)。在硅襯底上的研究已經(jīng)取得了很大進(jìn)展，Intel公司已將高k值柵介質(zhì)材料和金屬柵應(yīng)用至IJ了其45nm節(jié)點(diǎn)的CPU制造技術(shù)當(dāng)中，取得了優(yōu)異的性能。
[0003]然而，根據(jù)國(guó)際半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展藍(lán)圖，CMOS技術(shù)將于2015-2020年進(jìn)入16nm技術(shù)節(jié)點(diǎn)。浸入式光刻的延伸技術(shù)、迀移率增強(qiáng)襯底技術(shù)、超淺結(jié)(以及其他應(yīng)變?cè)鰪?qiáng)工程等方法，將成為16nm節(jié)點(diǎn)的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。由于襯底迀移率對(duì)器件性能有很大影響，迀移率增強(qiáng)襯底技術(shù)得到了越來(lái)越廣泛的關(guān)注。鍺因其極高的載流子迀移率，且與半導(dǎo)體工藝兼容，被認(rèn)為是最具潛力的高迀移率半導(dǎo)體材料。鍺的電子迀移率與空穴迀移率分別大約是硅的2與4倍，而且迀移率還可以通過(guò)應(yīng)變?cè)鰪?qiáng)技術(shù)得到進(jìn)一步提高，是CMOS器件理想的溝道材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的第一方面問(wèn)題在于為了提高鍺基M0S器件的性能，提供了一種用ALD方法沉積高k值材料的鍺基M0S器件襯底的表面鈍化方法。該方法能在不影響提高氧化層介電常數(shù)的前提下，有效地防止鍺襯底在沉積過(guò)程中的氧化，減小鍺襯底與柵介質(zhì)界面處的界面態(tài)密度、改善襯底與柵介質(zhì)的界面質(zhì)量，提高鍺基M0S器件的性能。
[0005]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供的一種ALD沉積高k值材料的鍺基M0S器件襯底的表面鈍化方法，其包括如下步驟:
[0006](1)對(duì)鍺襯底進(jìn)行清洗；
[0007](2)用HF溶液處理鍺襯底，除去鍺襯底的自然氧化層并在襯底表面形成Ge-H鍵；
[0008](3)用氯苯的飽和PCU容液處理，將表面的Ge-H鍵轉(zhuǎn)變成Ge_Cl鍵；
[0009](4)再用四氫呋喃的烷基1?化鎂(R-Mg-X)溶液處理，其中R為鏈烴，X為1?素，將Ge-Cl鍵轉(zhuǎn)變成Ge-R，使表面得到鈍化；
[0010](5)將鈍化后的鍺襯底用ALD技術(shù)表面沉積高k值柵極介質(zhì)材料；
[0011](6)沉積金屬電極。
[0012]所述步驟(1)中，用有機(jī)溶劑超聲清洗2-10分鐘除去鍺襯底表面的有機(jī)物。有機(jī)溶劑包括但不限為丙酮、乙醇、異丙醇等。
[0013]所述步驟(2)中，用2 % HF溶液處理鍺襯底30-120秒。
[0014]在所述的步驟(2)中，HF溶液浸泡處理鍺襯底后，再用去離子水沖洗干凈，隊(duì)吹干，使表面形成Ge-H鍵。。
[0015]所述步驟(3)中，將鍺襯底置于氯苯的飽和PC15溶液0.5-3小時(shí)，溶液溫度保持在80-95°C，將鍺襯底表面的Ge-H鍵轉(zhuǎn)變成Ge_Cl鍵，取出之后用氯苯和四氫呋喃沖洗數(shù)次。
[0016]所述步驟⑷中，將鍺襯底浸入于四氫呋喃的烷基鹵化鎂(R-Mg-X)溶液中，其中R為鏈烴，X為鹵素，溶液濃度為lmol/L，溫度保持在70°C，時(shí)間在8-24小時(shí)，將鍺襯底表面的Ge-Cl鍵轉(zhuǎn)變成Ge-R，使得襯底表面形成Ge_R鍵，從而起到鈍化的效果，取出之后用四氫呋喃和甲醇清洗數(shù)次。
[0017]本發(fā)明的一優(yōu)選技術(shù)方案中，R基選自飽和鏈烴和不飽和鏈烴，優(yōu)選為飽和鏈烴；更優(yōu)選 R 基為 CnH2n+1，其中 η = 1,2, 3,4, 5,6, 7,8,9, 10，11，12 ;更優(yōu)選 R 基為 CnH2n+1，其中 η=1，2，3，4ο
[0018]所述步驟(5)中，所述的高k值柵介質(zhì)，選自A1203、Ti203、Hf02、Zr02、La203中的一種或者兩種以上相互的摻雜。
[0019]所述步驟￠)中，通過(guò)掩模板在表面沉積金屬電極。
[0020]本發(fā)明優(yōu)選技術(shù)方案中，采用N型〈100〉晶向的單晶鍺襯底。
[0021]本發(fā)明的第二方面，提供一種鍺基M0S器件，其結(jié)構(gòu)依次由:鍺襯底層，鈍化層，高k值柵極介質(zhì)層和金屬電極構(gòu)成。
[0022]本發(fā)明優(yōu)選技術(shù)方案中，所述鈍化層為鍺襯底層表面的Ge-R鍵。其中，R基選自飽和鏈烴和不飽和鏈烴，優(yōu)選為飽和鏈烴；更優(yōu)選R基為CnH2n+1，其中η =1,2, 3,4, 5,6, 7,8,9, 10，11，12 ;更優(yōu)選 R 基為 CnH2n+1，其中 η = 1，2，3，4。
[0023]所述的高k值柵介質(zhì)選自A1203、Ti203、Hf02、Zr02、La203中的任一種或者兩種以上相互摻雜。
[0024]相比于現(xiàn)有技術(shù)中的解決方案，本發(fā)明的有益效果是:
[0025]與在高k值材料和襯底之間插入一層鈍化層的現(xiàn)有技術(shù)鈍化方法相比，本發(fā)明的制備方法得到的鍺基M0S器件不會(huì)在襯底表面形成一層介電常數(shù)較低的氧化物層，避免介電損失，能用顯著提高氧化層介質(zhì)的介電常數(shù)，從而降低等效氧化物厚度。與用鹵素來(lái)鈍化襯底表現(xiàn)相比，Ge-C鍵(Ge-CH3之間的鏈接鍵)的鍵能(460kJ/mol)比Ge-鹵素的鍵能大(Ge-Cl 鍵的鍵能為 356kJ/mol，Ge-Br 為 276kJ/mol，Ge_I 為 213kJ/mol)。本發(fā)明中，羥基對(duì)界面進(jìn)行鈍化的效果比鹵素的效果要好。
[0026]本方法利用羥基對(duì)鍺襯底表面的鈍化，有效地減小鍺襯底與柵介質(zhì)之間的界面態(tài)密度，明顯提高了鈍化效果。
【附圖說(shuō)明】
[0027]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述:
[0028]圖1為本發(fā)明一實(shí)施例的ALD方法沉積高k值材料的鍺基M0S器件襯底表面鈍化方法的流程圖；
[0029]圖2為本發(fā)明ALD方法沉積高k