一種優化堆疊柵介質與鍺界面的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及堆疊柵介質，尤其是涉及一種優化堆疊柵(Hf02/Al203)介質與鍺界面的方法。
【背景技術】
[0002]隨著半導體技術的發展，晶體管的特征尺寸不斷等比例縮小[I]，柵極介質材料S12的厚度越來越接近其極限物理厚度，采用HfO2等高K介質代替傳統的S12柵介質已成為發展的必然。此外，鍺襯底由于具有較大的空穴迀移率(Si的四倍)，基于這些優點，鍺襯底高K介質柵MOSFET器件已成為業內人士的研究熱點[2-3L但Hf02/Ge界面態密度過大已成為鍺襯底MOSFET器件進一步發展的一個重要問題[4-5]。研究人員已多方面嘗試采用濕法退火[6-7]、Ge02鈍化、GeOxNy鈍化及Si表面鈍化等手段實現Hf02/Ge界面性能的優化。
[0003]此外，Al2O3因為具有較高的介電常數9和較好的阻隔效果而被廣泛應用于Ge表面鈍化領域。目前為止，Hf02/Al203/Ge結構堆疊柵的研究已經取得了一定的進展[8-9]，但Al203/Ge的界面態仍有進一步優化的空間。
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【發明內容】
[0014]本發明的目的在于針對目前鍺MOS器件中高K介質Hf02/Ge界面態密度過大，造成溝道迀移率下降、柵極漏電流變大等問題，提供既能優化界面又可以有效阻隔界面互擴散，可獲得較小界面態密度(Dlt)和較小等效氧化層厚度(E0T〈lnm)的鍺溝道MOS堆疊柵結構的一種優化堆疊柵介質與鍺界面的方法。
[0015]本發明包括以下步驟:
[0016]I)對Ge襯底進行清洗，去除有機污染物、氧化物和金屬雜質等物質；
[0017]2)將清洗后的Ge襯底放入原子層沉積系統(ALD)中，沉積一層Al2O3薄膜，實現對Ge襯底的表面鈍化，獲得Al203/Ge結構；
[0018]3)將步驟2)得到的Al203/Ge結構樣品進行濕法退火處理，實現Al203/Ge界面態的優化；
[0019]4)在步驟3)處理后的樣品上生長HfOi^K介質；
[0020]5)將步驟4)中獲得的樣品正面固定在掩膜板上，放入磁控濺射機中沉積金屬層作為上電極，在樣品Ge襯底的背面濺射金屬層作為背電極，即得到MOS結構器件，實現優化堆疊柵介質與鍺界面。
[0021]在步驟I)中，所述清洗可采用如下方法:先對Ge片進行有機清洗，依次在丙酮、乙醇、去離子水中各超聲清洗lOmin，去除有機污染物;再用去離子水沖洗后放入鹽酸溶液中漂洗4min，去除表面氧化物層;然后用去離子水沖洗后放入氫氟酸溶液中漂洗30s;經過去離子水沖洗，最后用犯吹干;所述鹽酸溶液中按體積比HCl:H20= 1:4;所述氫氟酸溶液中按體積比 HF: H2O= 1:50。
[0022]在步驟4)中，所述生長!1?)2高1(介質可采用原子層沉積法。
[0023]在步驟5)中，所述作為上電極的金屬層的厚度可為300nm。
[0024]本發明的技術方案是首先在清洗后的Ge襯底上采用原子層沉積系統(ALD)沉積一層超薄的Al 2Ο3純化層，接著對Al 2Ο3表面純化后的Ge襯底進彳丁濕法退火。退火完成后在ALD系統中進行HfO2介質的沉積，獲得界面較好的Hf02/Al203/Ge堆疊柵結構。
[0025]本發明是采用原子層沉積系統獲得Hf02/Al203/Ge結構的堆疊柵，并采用濕法退火的方式實現Al203/Ge界面態的性能優化。這種方法可以優化高K介質/Ge界面態，并能維持鈍化層的熱穩定性，是一種具有廣闊應用空間的新方法。尤其是原子層沉積系統(ALD)原位濕法退火法，該方法可以大大減小工藝的流程和時間成本。這一方法可實現鍺MOSFET器件的產業化應用。
【附圖說明】
[0026]圖1為本發明脈沖濕法退火優化界面態并制備Hf02/Al203/Ge結構堆疊柵MOS器件的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0027]以下實施例將結合附圖對本發明作進一步的說明。
[0028]實施例1:圖1給出本發明脈沖濕法退火優化界面態并制備Hf02/Al203/Ge結構堆疊柵MOS器件的流程示意圖。其中，I為Ge襯底，2為原子層沉積法制備的Al2O3超薄鈍化層，3為經過脈沖濕法退火處理的Al2O3超薄鈍化層，4為原子層沉積法制備的HfO2柵介質層，5為金屬電極層。首先對Ge襯底進行清洗:先對Ge片進行有機清洗，溶液(先丙酮，后乙醇，最后去離子水)中各超聲lOmin，去除有機污染物;用去離子水沖洗后放入鹽酸溶液中(HC1:H20=1:4)漂洗4min，去除表面氧化物層；用去離子水沖洗后放入氫氟酸溶液中(HF:H20= 1:50)漂洗30s;經過去離子水沖洗，最后用N2吹干(見圖1 (a))。
[0029]將清洗后的Ge片迅速放入原子層沉積系統(ALD)中，用ALD沉積一層超薄的Al2O3薄膜(見圖1(b));接著，對Al2O3鈍化后的樣品進行濕法退火處理(見圖1(c));然后，使用ALD在樣品表面沉積一定厚度的HfO2薄膜(見圖1 (d))。
[0030]最后，將處理過的樣品固定在掩膜板上，用磁控濺射機沉積一層300nm左右的金屬電極作為上電極，在Si襯底背面濺射金屬作為背電極，得到MOS器件結構(見圖1(e))。
[0031]本發明首先使用原子層沉積法在鍺襯底表面沉積薄層Al2O3鈍化層，并采用濕法退火的方式對Al203/Ge進行界面優化，最后沉積HfO2介質層獲得堆疊柵結構。本發明是一種與硅標準工藝相兼容的工藝方法。
【主權項】
1.一種優化堆疊柵介質與鍺界面的方法，其特征在于包括以下步驟: 1)對Ge襯底進行清洗，去除有機污染物、氧化物和金屬雜質等物質； 2)將清洗后的Ge襯底放入原子層沉積系統(ALD)中，沉積一層Al2O3薄膜，實現對Ge襯底的表面鈍化，獲得Al203/Ge結構； 3)將步驟2)得到的Al203/Ge結構樣品進行濕法退火處理，實現Al203/Ge界面態的優化； 4)在步驟3)處理后的樣品上生長Hf02高1(介質； 5)將步驟4)中獲得的樣品正面固定在掩膜板上，放入磁控濺射機中沉積金屬層作為上電極，在樣品Ge襯底的背面濺射金屬層作為背電極，即得到MOS結構器件，實現優化堆疊柵介質與鍺界面。2.如權利要求1所述一種優化堆疊柵介質與鍺界面的方法，其特征在于在步驟I)中，所述清洗采用如下方法:先對Ge片進行有機清洗，依次在丙酮、乙醇、去離子水中各超聲清洗lOmin，去除有機污染物;再用去離子水沖洗后放入鹽酸溶液中漂洗4min，去除表面氧化物層;然后用去離子水沖洗后放入氫氟酸溶液中漂洗30s;經過去離子水沖洗，最后用他吹干。3.如權利要求2所述一種優化堆疊柵介質與鍺界面的方法，其特征在于所述鹽酸溶液中按體積比HCl: H2O= 1:4;所述氫氟酸溶液中按體積比HF:H2O= 1:50。4.如權利要求1所述一種優化堆疊柵介質與鍺界面的方法，其特征在于在步驟4)中，所述生長Hf 02高K介質采用原子層沉積法。5.如權利要求1所述一種優化堆疊柵介質與鍺界面的方法，其特征在于在步驟5)中，所述作為上電極的金屬層的厚度為300nm。
【專利摘要】一種優化堆疊柵介質與鍺界面的方法，涉及堆疊柵介質。對Ge襯底進行清洗，去除有機污染物、氧化物和金屬雜質等物質；將清洗后的Ge襯底放入原子層沉積系統中，沉積一層Al2O3薄膜，實現對Ge襯底的表面鈍化，獲得Al2O3/Ge結構；將Al2O3/Ge結構樣品進行濕法退火處理，實現Al2O3/Ge界面態的優化；在處理后的樣品上生長HfO2高K介質；將獲得的樣品正面固定在掩膜板上，放入磁控濺射機中沉積金屬層作為上電極，在樣品Ge襯底的背面濺射金屬層作為背電極，即得MOS結構器件，實現優化堆疊柵介質與鍺界面。可優化高K介質/Ge界面態，并能維持鈍化層的熱穩定性，可減小工藝流程和時間成本。
【IPC分類】H01L29/423, H01L21/28, H01L21/336, H01L29/51
【公開號】CN105529257
【申請號】CN201610053917
【發明人】李成, 池曉偉, 陳松巖, 黃巍
【申請人】廈門大學
【公開日】2016年4月27日
【申請日】2016年1月27日