[发明专利]一种改善Al2O3/InP MOS电容界面特性及漏电特性的界面钝化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种改善Al₂O₃/InP MOS电容界面特性及漏电特性的界面钝化方法，属于半导体材料器件领域。

背景技术

随着互补型金属氧化物半导体(CMOS)器件特征尺寸的不断缩小，Si MOS器件的发展已接近其物理极限。III-V族化合物半导体材料被视为是硅基CMOS沟道材料的替代之一，国际上的许多研究机构都开始了以III-V族半导体为沟道材料的MOSFET器件的研究。然而，获得一个稳定的金属氧化物半导体(MOS)界面是当前实现III-V族MOSFET所面临的最严峻的问题之一，这是由于III-V族半导体与栅介质界面的不稳定会形成III-V族自然氧化物，III-V族自然氧化物会恶化MOS界面特性，会引起一系列的问题，例如：费米能级钉扎、C-V滞回、C-V频散等。因此，需要获得一个稳定高质量的MOS界面。

InP作为最有前途的III-V族化合物半导体之一，具有高的电子迁移率(～5400cm²/Vs)，但是差的High-K/InP界面仍然是影响InP MOSFET性能的主要原因之一。为了改善High-K/InP界面质量，InP表面钝化技术引起了广泛的关注，它能够有效地减少InP衬底表面的悬挂键和自然氧化物，降低界面态密度，从而获得高质量的界面特性。例如，Hyoung-Sub Kim等报导了在HfO₂/InP界面是插入一个Ge的界面钝化层(IPL)，获得了较好的C-V特性，频散较小，且获得了1.4nm的等效电容厚度(CET)。Noriyuki Taoka等报导了用(NH₄)₂S溶液钝化InP表面，能降低界面处的界面缺陷(interface traps)和慢缺陷(slow traps),获得了较好质量的界面。F.Gao等报导了用N₂等离子体直接处理GaAs表面，会抑制As的氧化物的形成，极大地改善了GaAs MOS电容的C-V特性。Takuya Hoshii等报导了用N₂等离子体直接处理InGaAs表面，在表面会形成一层氮氧化物，由于氮氧化物中As-N键及In-N键不稳定，因此氮氧化物层主要是Ga-N键，极大地降低了界面缺陷(interface traps)和慢缺陷(slow traps)，获得了低于3×10¹¹cm^-2.ev^-1的界面态密度。关于N₂等离子体直接处理半导体表面的这种方法在InP材料上也有过相关的报导，如，A.Talbi等人报导了在InP表面直接N₂等离子体处理，在表面会形成In-N键和P-N键(Materials Science and Engineering A,2006,437(2006):254-258)。T.Haimoto等人报导了在用丙酮和氨水清洗之后采用ECR(电子回旋共振)等离子发生器产生N₂等离子体直接处理InP表面，然后电子束蒸发栅介质SiO₂和热蒸发栅金属Al，结果表明在InP表面会形成一层氮氧化物，降低了InP表面自然氧化物中的慢缺陷，获得了小于10mv的C-V滞回(与边界缺陷有关)(Applied Physics Letters,2010,96(1):012107-1-012107-3)。但是，现有技术中均是先在其它等离子发生器中进行等离子体处理后，再将样品转移到原子层沉积系统中进行栅介质沉积，而在转移的过程中样品暴露在空气中会形成影响界面特性的自然氧化物，同时也会大大增加衬底表面受到污染的机率，导致最终所得样品的界面缺陷密度(Dit)和边界缺陷密度(ΔNbt)均会有一定程度的增加。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种改善Al₂O₃/InP MOS电容界面特性及漏电特性的界面钝化方法。采用该方法可以有效钝化边界缺陷及Al₂O₃/InP界面的界面缺陷，还可以降低栅漏电流，从而达到提高Al₂O₃/InP MOS电容电学性能的目的。