[发明专利]实现锗基MOS器件有源区之间隔离的方法

说明书

技术领域

本发明属于超大规模集成电路(ULSI)工艺制造技术领域，具体涉及一种锗基MOS器件隔离结构的制备方法。

背景技术

在传统硅基MOS器件面临了诸多挑战和限制的大背景下，为了能够进一步提高集成电路的工作速度，急需寻找一种新的材料和/或新的器件结构来改变现状。其中针对迁移率退化这一问题，已开始采用一些高迁移率的沟道材料。锗材料因其电子和空穴迁移率比硅材料高，而且锗沟道器件的制备工艺与传统CMOS工艺兼容而被广泛关注。但是目前，不仅锗基MOS器件的制备技术还不成熟，器件性能不够稳定，而且对于今后锗基MOS器件的大规模集成，器件间的隔离也成为一个获得优良器件性能的关键问题。目前还没有合适的材料运用于锗基器件的隔离中，而且锗材料的刻蚀技术也很不稳定。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种实现锗基MOS器件隔离的方法，以形成质量更好、更稳定的隔离结构，从而提高锗器件的性能。

本发明提出的实现锗基MOS器件有源区之间隔离的方法，依次进行下述步骤：

1)对半导体锗基衬底进行清洗并去除表面自然氧化层；

2)对衬底表面进行钝化；

3)在钝化后的衬底表面淀积一层多晶硅或多晶锗硅作为牺牲层；

4)在牺牲层上淀积一层氮化硅；

5)在氮化硅层上涂光刻胶，光刻定义有源区，在有源区上方形成光刻胶掩膜；

6)以光刻胶为掩膜刻蚀去除隔离区上方的氮化硅，再去除光刻胶掩膜；

7)通过氧化形成表面覆盖二氧化硅或氧化锗硅表层的二氧化锗隔离结构；

8)刻蚀去除有源区上方的氮化硅和牺牲层。

上述步骤1)所述锗基衬底可以是体锗衬底或者锗覆绝缘(GOI)衬底，锗基衬底可以是N型掺杂衬底也可以是P型掺杂衬底。

上述步骤1)中对锗基衬底进行清洗的目的在于去除衬底表面的有机和无机污染物、金属颗粒等，通常是先采用有机溶剂进行清洗，再用盐酸清洗。

上述步骤1)中去除表面氧化层的方法一般是先在10％～36％(质量百分浓度，下同)盐酸溶液或2％～5％HF溶液中浸泡，然后用去离子水反复冲洗干净。在本发明的一个具体实例中，所用盐酸溶液是市售浓盐酸与H₂O按1∶2的体积比混合得到的溶液；所用稀释HF溶液是市售氢氟酸与H₂O按1∶20的体积比混合得到的溶液。

上述步骤2)将衬底在5％～10％HCl溶液或20％～40％的NH₄F溶液中浸泡一段时间，然后用去离子水反复冲洗干净，完成对锗基器件表面悬挂键的钝化处理。

上述步骤3)优选采用低于600℃的淀积方法，例如原子层淀积的方法，淀积多晶硅或多晶锗硅牺牲层，厚度约1nm-5nm。

上述步骤4)可以采用等离子增强化学气相沉积(PECVD)、低压化学气相沉积(LPCVD)或溅射的方法形成氮化硅层，优选通过PECVD淀积约80nm-150nm厚的氮化硅层。

上述步骤6)以光刻胶为掩膜，采用反应离子刻蚀(RIE)或感应耦合等离子体(ICP)刻蚀等干法刻蚀方式刻蚀氮化硅。

上述步骤7)的氧化是先高压氧化，再低温氧气氛围退火。所述高压氧化的温度为300～550℃，压强为15-25atm，时间根据需要氧化的锗层的厚度决定；所述低温氧气氛围退火，温度为200～350℃，压强为1-3atm，时间与前面高压氧化的时间相关，通常低温氧退火时间是高压氧化时间的2～5倍。

上述步骤8)通过反应离子刻蚀技术刻蚀有源区上方的氮化硅和多晶硅(或多晶锗硅)牺牲层。

本发明通过在锗基衬底表面上覆盖一层薄薄的多晶硅(或多晶锗硅)层，然后再两步氧化的方法生成二氧化锗，这种以多晶硅(或多晶锗硅)作为牺牲层的两步氧化工艺将有利于提高所制备的二氧化锗隔离的质量，减小局部场氧氧化产生的鸟嘴效应，从而可以显著提高锗器件的性能，而且工艺步骤相对比较简单。共同氧化过程中会先在表面生成一层致密的二氧化硅或氧化锗硅层，然后再一步通过PPO(plasma post oxidation，等离子体后氧处理)的形式氧化底下的锗衬底，不仅能够有效地阻隔水分子等其他污染物进入到氧化锗层，而且有效地提高了氧化锗的质量和稳定性。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：