[发明专利]一种半导体栅结构及其形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，具体涉及一种半导体栅结构及其形成方法。

背景技术

半导体Ge的电子空穴迁移率高，且可利用高k电介质来克服Ge氧化物的不稳定性，使得它被视作先进的器件衬底和沟道材料而受到大量关注。但是，将高k介质材料直接沉积在用稀酸（稀盐酸或稀氢氟酸）清洗过的Ge表面，通常表现出高界面电荷陷阱密度和很差的漏电流特性。因此，需要在沉积高k介质材料之前对Ge表面进行适当的钝化处理，以改善高k介质与Ge之间的界面特性。

现有技术中，通过将Ge在氨气氛围中退火以形成GeON界面层，鉴于该GeON层能够有效阻止Ge向金属氧化物层扩散，从而可以改善采用高k介质的Ge基器件的性能。但这种退火引入氮元素的方法通常需要550℃以上的高温处理，因为洁净的Ge表面在温度低于550℃时对NH₃是惰性即不会发生反应的。然而，如此高温的处理往往会导致N元素在Ge/GeON界面堆积，并劣化界面性能。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一或至少提供一种有用的技术选择。为此，本发明的一个目的在于提出一种具有GeSnN或GeSnON钝化层，厚度薄且电学性质好的半导体栅结构的形成方法。本发明的另一个目的在于提出两种具有GeSnN或GeSnON钝化层，厚度薄且电学性质好的半导体栅结构。

根据本发明实施例的半导体栅结构形成方法，包括：S1.提供以Ge层为表面的衬底；S2.在所述Ge层之上形成Sn层，其中，所述Ge与所述Sn层之间的界面为GeSn层；S3.去除所述Sn层以暴露所述GeSn层；S4.对所述GeSn层进行钝化处理以形成GeSnN或GeSnON钝化层；以及S5.在所述钝化层之上形成栅堆叠结构。

优选地，在去除所述Sn层之前进一步包括：通过退火处理强化所述GeSn层。

优选地，利用对GeSn和Sn具有高腐蚀选择比的溶液清洗以去除所述Sn层以露出所述GeSn层。

优选地，所述清洗后保留下来的所述GeSn层的厚度为0.5-40nm。

优选地，所述钝化处理为：在含氮气氛和/或含氮的等离子体气氛中退火钝化，以使所述GeSn层部分或全部变成GeSnN或GeSnON钝化层。

优选地，所述退火钝化的温度为100-600摄氏度。

优选地，所述以Ge层为表面的衬底包括：纯Ge衬底或表层为Ge薄膜的衬底。

根据本发明实施例的半导体栅结构形成方法，首先在Ge衬底上形成Sn金属层，并在界面形成GeSn层，再用湿法腐蚀去除上层Sn层并可以减薄GeSn层，然后将GeSn层部分或全部通过钝化处理转变为GeSnN或GeSnON钝化层，从而提高Ge基上栅堆叠的电学性能，例如低界面陷阱密度和极低的栅泄露电流密度，本方法还具有简便易行的优点。

根据本发明实施例的一种半导体栅结构，包括：以Ge层为表面的衬底；位于所述Ge层之上的GeSn层；位于所述GeSn层之上的GeSnN或GeSnON钝化层；以及位于所述钝化层之上的栅堆叠结构。

优选地，所述GeSn层是首先在所述Ge层上形成Sn层，然后在所述Ge层和所述Sn层之间的界面处自然形成或者通过退火处理强化得到的。

优选地，所述GeSnN或GeSnON钝化层是所述GeSn层的表层部分在含氮和/或氮的等离子体气氛中退火钝化得到的。

优选地，所述退火钝化的温度为100-600摄氏度。

优选地，所述GeSn层的表层部分是利用对GeSn和Sn具有高腐蚀选择比的溶液清洗以去除所述GeSn之上的所述Sn层后暴露出来的。

优选地，所述清洗后保留下来的所述GeSn层的厚度为0.5-40nm。

优选地，所述以Ge层为表面的衬底包括：纯Ge衬底或表层为Ge薄膜的衬底。

根据本发明实施例的另一种半导体栅结构，包括：以Ge层为表面的衬底；位于所述Ge层之上的GeSnN或GeSnON钝化层；以及位于所述钝化层之上的栅堆叠结构。

优选地，所述GeSnN或GeSnON钝化层是通过如下方法得到的：在所述Ge层上形成Sn层，在所述Ge层和所述Sn层之间的界面处自然形成或者通过退火处理强化得到GeSn层；利用对GeSn和Sn具有高腐蚀选择比的溶液清洗以去除所述GeSn之上的所述Sn层后暴露出所述GeSn层；将所述GeSn层的全部在含氮和/或氮的等离子体的气氛中退火钝化得到的。

优选地，所述退火钝化的温度为100-600摄氏度。