[发明专利]一种改善Ge沟道器件CV回滞性和衬底界面态的集成方法

说明书

技术领域

本发明涉及微电子制造领域，尤其涉及一种改善Ge沟道器件CV回滞性和衬底界面态的集成方法。

背景技术

随着器件特征尺寸的持续缩小，Si沟道器件的载流子迁移率随着电场强度的增加而持续缩小。这造成了器件驱动电流无法按照等比例缩小的规则向前推进。

目前科学界和产业界一方面使用不同的应力工程，栅材质（例如HKMG）以及器件结构（例如FinFET）来优化硅器件的载流子迁移率，另一方面，以GeSi，Ge，GaAs等非硅沟道器件的研究也逐渐得到了越来越多的重视。

但Ge沟道器件在改善空穴迁移率的同时，也会引入一些问题。许多文献中都报道指出，这些问题的引入来自于Ge沟道在外延过程的界面态。目前这些问题的解决更多使用增加Ge沟道钝化层（passivation layer）以及PMA（post metal anneal，后金属退火）来解决，但他们依赖于高介电常数（HKMG）材料的选取，目前主流使用的钝化层材料为GeO₂和Ge₃N₄。

目前业界主流使用的Hf基高介电常数材料与Ge沟道进行集成，使用SiON材料作为Ge沟道的钝化层。在实验过程中存在以下问题：CV曲线的回滞现象，以及由于GeON材料热稳定性较差，在较高的退火温度下会被破坏（一般＞450℃）。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的不足之处，提出了一种改善Ge沟道器件CV回滞性和衬底界面态的集成方法，解决由于器件特征尺寸的持续缩小，Si沟道器件的载流子迁移率随着电场强度的增加而持续缩小，而造成了器件驱动电流无法按照等比例缩小的规则向前推进的问题。

为了实现上述目的，本发明提供一种改善Ge沟道器件CV回滞性和衬底界面状的集成方法，在Ge沟道器件集成过程中还包括后金属退火处理，所述后金属退火处理在完成高介电常数材料层淀积后进行。

在本发明提供的一优选实施例中，其中所述后金属退火温度为380~240℃。

在本发明提供的一优选实施例中，其中所述后金属退火时间控制在2~4分钟内。

在本发明提供的一优选实施例中，其中所述后金属退火在氮气气氛下进行。

本发明提供的方法在不破坏GeON钝化层的前提下，改善Ge以及GeON钝化层的界面态特性。修复ALD淀积过程中的界面态，改善由于大量界面态存在而导致的CV测量回滞现象，退火过程不对Ge和高介电常数材料之间的钝化层GeON造成破坏。

附图说明

图1是本发明实施例中的TiN/HfO₂/GeON/p-Ge实验结构示意图。

图2是实施例中CV测试回滞改善对照图。

图3是实施例中Ge材料器件改善界面态特性示意图。

图4（a）和图4（b）分别是不同环境下的Ge沟道电容结构的频率弥散性图。

具体实施方式

本发明提供一种改善Ge沟道器件CV回滞性和衬底界面态的集成方法，在Ge沟道器件集成过程中增加一次后金属退火处理，通过对退火气氛，温度以及时间的选择，达到在不破坏GeON钝化层的条件下改善其表面态的效果。

以下通过实施例对本发明提供的一种改善Ge沟道器件CV回滞性和衬底界面态的集成方法作进一步详细说明，以便更好理解本发明创造，但实施例的内容并不限制本发明创造的保护范围。

本发明是在Hf基高介电常数材料与Ge沟道进行集成的Ge沟道器件结构的工艺基本流程中，Ge沟道器件集成过程中增加一步后金属退火处理，所述后金属退火处理在完成高介电常数材料层淀积后进行。后金属退火的条件为：在氮气气氛下，温度为380~240℃下退火2~4分钟。

该后金属退火处理解决现有技术中提到的CV测试存在回滞现象的目的，同时达到以下目的：1）修复ALD淀积过程中的界面态。2）修复由于大量界面态存在而导致的CV测量回滞现象。3）退火过程不对Ge和高介电常数材料之间的钝化层GeON造成破坏（其热稳定性较差，在大于450C的情况会出现分解）。

图1是以TiN/HfO₂/GeON/p-Ge电容结构实验对象，采用本发明提供的方法进行实验测试，并记录下相应的数值。图2、图3、图4（a）和图4（b）为根据实验结果绘制的曲线图。通过上图的对比，发现器件的回滞特性、界面态特性

、频率弥散性都有不同程度的改善。

以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。