[发明专利]一种锗基MOS器件衬底的表面钝化方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体器件领域，具体涉及一种锗基MOS器件衬底的表面钝化方法。

背景技术

集成电路技术遵循着摩尔定律已发展了40多年，带来集成电路集成度及功能的迅速提升，金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)几何尺寸的减小是提高器件工作速度的主要手段。然而器件特征尺寸的进一步缩小使晶体管逐渐达到物理和技术的双重极限，传统体Si器件性能难以按照以往速度进一步提升。高迁移率沟道材料的引入可以进一步提升器件性能，因此锗基器件成为当前研究的热点。常温(300K)下，锗沟道的电子迁移率是硅的2.4倍，空穴是硅的4倍。

目前锗基MOS器件的制备技术还不成熟，还有一系列问题需要解决。而锗衬底与栅介质之间的界面问题是影响锗基MOS器件性能提高的关键因素之一。对于锗基MOS器件，通常采用高介电常数材料(高K介质)作为栅介质，常用的高K介质材料有Al₂O₃、Y₂O₃、HfO₂、ZrO₂、GeO₂、La₂O₃等。但是将高K栅介质直接淀积在锗衬底上会产生以下问题：1)锗衬底表面会在有氧原子的气氛中被氧化，导致锗衬底与栅介质界面处的界面态密度增加，界面质量变差；2)锗会扩散到高K栅介质中，从而在栅介质中引入缺陷，造成栅介质质量退化。因此，要利用高K材料作栅介质，就必须对锗衬底表面进行钝化，即在锗衬底与高K栅介质间插入中间钝化层。

目前，有很多材料已被用于钝化锗衬底，比如Si、GeO_xN_y、Si_xN_y、氮化锗、Y₂O₃、La₂O₃、Al₂O₃、金属氮化物等。对于氮化锗作钝化层的情况：通常采用NH₃的等离子处理的方法，在锗衬底表面形成一层氮化锗钝化层，以抑制锗衬底表面在淀积高K过程中被氧化及锗向高K介质中扩散，改善界面质量和栅介质量，提高锗基MOS器件性能。

发明内容

为了提高锗基MOS器件的性能，本发明给出一种锗基MOS器件衬底的表面钝化方法。该方法能有效地减小锗衬底与栅介质界面处的界面态密度、抑制衬底中的锗向栅介质中扩散，改善衬底与栅介质的界面质量和栅介质质量，提高锗基MOS器件的性能。

一种锗基MOS器件衬底的表面钝化方法，其工艺实现方法如下：

1)选择半导体锗衬底；

2)对锗衬底进行清洗，并且去除衬底表面的自然氧化层；

3)对锗衬底进行GeF₄或含氟锗氢化合物和NH₃或NF₃的混合气体的等离子体处理，以实现在锗衬底表面淀积氮化锗；

4)淀积高K栅介质，进行退火处理。

所述步骤1)中，锗衬底可以是体Ge衬底、硅上外延锗(Germanium-on-silicon)衬底或GeOI(Germanium on Insulator)衬底等；

所述步骤2)中的清洗步骤可以为有机清洗、盐酸清洗等，目的是对锗衬底上的有机和无机污染物、金属颗粒等进行去除，但不局限于上述清洗方法；

所述步骤2)中去除锗衬底表面的自然氧化层可以采用高温真空退火的方法，亦可采用HCl、HF溶液浸泡的方法，但并不局限于上述去除锗衬底表面自然氧化层的方法；