專利名稱：一種適于鍺基器件的界面處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于超大規(guī)模集成電路(ULSI)工藝制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種適于鍺基器件的界面處理方法。
背景技術(shù)：
隨著特征尺寸的不斷減小，傳統(tǒng)硅基MOS器件面臨了諸多挑戰(zhàn)和限制如遷移率退化、DIBL效應(yīng)、熱載流子效應(yīng)、NBTI等。其中遷移率退化這一問(wèn)題會(huì)影響集成電路的工 作速度的提高，因此急需尋找一種新的材料及或者新的器件結(jié)構(gòu)來(lái)改變現(xiàn)狀。由于鍺材料的電子和空穴遷移率比硅材料高，摻雜激活溫度較低，而且鍺溝道器件的制備工藝與傳統(tǒng)CMOS工藝兼容而被廣泛關(guān)注。但是目前，鍺基MOS器件的制備技術(shù)還不夠成熟，器件性能不夠穩(wěn)定，其中主要限制鍺基MOS器件發(fā)展的因素之一就是鍺基MOS器件柵介質(zhì)與襯底之間的界面性能不夠理想。因此對(duì)鍺基襯底表面自然氧化層的有效去除以及對(duì)鍺基襯底表面進(jìn)行鈍化減緩其二次自然氧化成為一個(gè)極其重要的工藝步驟。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提出一種適于鍺基器件的界面處理方法，有效去除鍺基襯底表面的自然氧化層，并在清洗過(guò)后的表面形成一層鈍化層有效減緩二次自然氧化發(fā)生，從而提聞棚介質(zhì)與錯(cuò)基襯底之間的界面質(zhì)量，提聞錯(cuò)基MOS器件的性能。本發(fā)明提出的鍺基器件的界面處理方法，依次進(jìn)行下述步驟I)對(duì)半導(dǎo)體鍺基襯底進(jìn)行清洗；2)在質(zhì)量百分濃度15% 36%的濃鹽酸溶液中浸泡，然后用去離子水反復(fù)沖洗干凈去除鍺基襯底表面的自然氧化層；3)將鍺基襯底在質(zhì)量百分濃度5% 10%的稀鹽酸溶液中浸泡，然后用去離子水反復(fù)沖洗干凈，在鍺基襯底表面形成一層穩(wěn)定的Ge-Cl鈍化層，完成對(duì)鍺基器件表面的鈍化處理。上述步驟I)所述鍺基襯底可以是體鍺襯底、外延鍺襯底或者鍺覆絕緣(GOI)襯
。上述步驟I)中對(duì)鍺基襯底進(jìn)行清洗的目的在于去除襯底表面的有機(jī)和無(wú)機(jī)污染物、金屬顆粒等，先采用有機(jī)溶劑進(jìn)行清洗，再用鹽酸煮酸清洗。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是首先，在鹽酸煮酸清洗和沖水的過(guò)程中，自然氧化層中的二氧化鍺已經(jīng)被有效去除，但是自然氧化層中的一氧化鍺等亞氧化物并不溶于水或者稀鹽酸，本發(fā)明采用15% 36%的濃鹽酸可以有效地去除殘留的一氧化鍺等亞氧化物，從而獲得較為平整均勻的表面；第二，在去除自然氧化層后，由于鍺基襯底表面暴露在大氣環(huán)境中會(huì)發(fā)生二次自然氧化，而自然氧化層的存在會(huì)影響柵介質(zhì)的質(zhì)量，用5% 10%稀鹽酸溶液對(duì)表面懸掛鍵進(jìn)行鈍化，在表面形成一層穩(wěn)定的Ge-Cl鈍化層，能有效地減緩鍺基襯底表面在大氣環(huán)境中二次自然氧化的發(fā)生，為之后在清洗鈍化過(guò)的鍺基襯底表面上淀積high-K (高介電常數(shù))柵介質(zhì)做好準(zhǔn)備，提高柵介質(zhì)層與襯底之間的界面質(zhì)量，改善鍺基MOS器件的電學(xué)性能。第三，此方法在不增加工藝復(fù)雜性的情況下對(duì)鍺基器件表面進(jìn)行界面處理，非常有利于今后的工藝集成。


圖I為實(shí)施例采用的鍺基器件的界面處理方法的流程圖；圖2為采用兩種去除自然氧化層的方法后原子力顯微鏡(AFM)表征的表面形貌圖；圖3為采用三種鈍化方法處理后鍺基襯底表面的0 Is光電子能譜圖；圖4為采用三種鈍化方法處理后的Ge 2p3光電子能譜圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖，通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的方法流程作進(jìn)一步闡述圖I為實(shí)施例采用的鍺基器件的界面處理方法的流程圖步驟I :提供一塊鍺基襯底。其中半導(dǎo)體鍺襯底可是體鍺襯底、外延鍺襯底或鍺覆絕緣(GOI)襯底等。步驟2 :對(duì)鍺基襯底進(jìn)行清洗。首先對(duì)襯底進(jìn)行有機(jī)清洗，采用丙酮和乙醇交替清洗2次，然后用去離子水反復(fù)沖洗干凈，去除襯底上的油污和有機(jī)污染物；然后進(jìn)行鹽酸煮酸清洗，在稀鹽酸中加熱煮沸，隨后用去離子水反復(fù)沖洗干凈，去除無(wú)機(jī)污染物、金屬顆粒等。清洗的目的是對(duì)襯底上的有機(jī)和無(wú)機(jī)污染物、金屬顆粒等進(jìn)行去除，但并不局限于上述清洗方法。步驟3 :去除表面自然氧化層。具體過(guò)程中用在15% 36%的濃鹽酸溶液浸泡1(T30秒，迅速將鍺片轉(zhuǎn)入去離子水中沖洗，循環(huán)沖洗15次，然后用氮?dú)鈽尨蹈杀砻?。具體實(shí)例中采用36%的濃鹽酸溶液浸泡10秒。步驟4 :表面鈍化。主要采用5% 10%稀鹽酸溶液浸泡5mirT30min，然后將鍺片用去離子水反復(fù)沖洗干凈，再用氮?dú)鈽屳p輕吹干表面，完成對(duì)鍺基襯底表面懸掛鍵的鈍化處理。具體實(shí)例中采用10%的稀鹽酸溶液浸泡lOmin。圖2給出了采用兩種去除自然氧化層的方法后原子力顯微鏡(AFM)表征的鍺基襯底表面形貌圖。圖2 (a)采用氫氟酸與水按I : 20的體積比混合得到的溶液進(jìn)行清洗，去除自然氧化層。圖2 (b)采用的為本發(fā)明實(shí)施例中36%的濃鹽酸溶液進(jìn)行清洗去除自然氧化層。上述兩張AFM表征的表面形貌圖，掃描面積是3X 3um2,其中米用米用稀氫氟酸溶液進(jìn)行清洗后表面均方根粗糙度(Rms)是0. 307nm ;而本發(fā)明實(shí)施例中36%濃鹽酸溶液清洗后的表面均方根粗糙度(Rms)是0. 281nm。可見(jiàn)本發(fā)明實(shí)施例采用36%濃鹽酸溶液清洗后的表面更加平整均勻，有更低的均方根粗糙度，對(duì)由于界面粗糙度而引起的散射和漏電都有 很大的改善。這主要是由于采用了濃鹽酸溶液后可以有效去除自然氧化層中的一氧化鍺等亞氧化物，達(dá)到真正去除自然氧化層的效果。圖3給出了采用三種鈍化方法處理后的鍺基襯底表面X射線光電子能譜(XPS)成份分析的O Is光電子能譜圖。分別采用10%的氫氟酸溶液，40%的氟化銨溶液以及本發(fā)明實(shí)施例中10%的稀鹽酸溶液。以上三個(gè)樣品在鈍化處理IOmin后均在大氣環(huán)境中放置120小時(shí)進(jìn)行XPS分析檢測(cè)O Is的峰值強(qiáng)度。對(duì)比圖3中O Is三個(gè)峰值的相對(duì)強(qiáng)度可知，通過(guò)本發(fā)明實(shí)施例鈍化處理的鍺基襯底表面含氧量最少。圖4給出了采用三種鈍化方法處理后的Ge 2p3光電子能譜圖。圖中結(jié)合能為1219eV附近的峰值對(duì)應(yīng)于GeOx，通過(guò)擬合Ge 2p3光電子能譜圖中GeOx的面積，得到采用10%的氫氟酸溶液進(jìn)行鈍化的GeOx含量為26. 12% ;采用40%的氟化銨溶液進(jìn)行鈍化的GeOx含量為26. 08% ;本發(fā)明實(shí)施例10%的稀鹽酸溶液鈍化的GeOx含量為24. 88%。這也說(shuō)明了本發(fā)明實(shí)施例鈍化處理的方法更能有效地形成表面鈍化層，在大氣環(huán)境中放置120小時(shí)后表面含氧量最少，表現(xiàn)出較好的界面穩(wěn)定性。以上通過(guò)優(yōu)選實(shí)施例詳細(xì)闡述并證明了本發(fā)明所提出的一種適于鍺基器件的界 面處理方法，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，以上所述僅為本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，在不脫離本發(fā)明實(shí)質(zhì)的范圍內(nèi)，其制備方法和應(yīng)用不僅限于實(shí)施例中所公開(kāi)的內(nèi)容，凡依本發(fā)明權(quán)利要求所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一種鍺基器件的界面處理方法，包括如下步驟 1)對(duì)半導(dǎo)體鍺基襯底進(jìn)行清洗； 2)在質(zhì)量百分濃度15% 36%的濃鹽酸溶液中浸泡，然后用去離子水反復(fù)沖洗干凈，去除鍺基襯底表面的自然氧化層； 3)將鍺基襯底在質(zhì)量百分濃度5% 10%的稀鹽酸溶液中浸泡，然后用去離子水反復(fù)沖洗干凈，完成對(duì)鍺基器件表面的鈍化處理。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述鍺基襯底是體鍺襯底、外延鍺襯底或者鍺覆絕緣襯底。
3.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述步驟I)中對(duì)鍺基襯底采用有機(jī)溶劑進(jìn)行清洗，再用鹽酸煮酸清洗。
4.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，上述步驟2)中在濃鹽酸溶液浸泡1(T30秒后，迅速將鍺片轉(zhuǎn)入去離子水中沖洗，循環(huán)沖洗15-20次，然后用氮?dú)鈽尨蹈杀砻妗?br> 5.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，上述步驟3)中在稀鹽酸溶液浸泡5mirT30min后，迅速將鍺片轉(zhuǎn)入去離子水中沖洗，循環(huán)沖洗次10-15次，然后用氮?dú)鈽尨蹈杀砻妗?br> 全文摘要
本發(fā)明提供了一種適于鍺基器件的界面處理方法，屬于超大規(guī)模集成電路(ULSI)工藝制造技術(shù)領(lǐng)域。該方法采用15%～36%濃鹽酸溶液去除鍺基襯底表面的自然氧化層，然后用5%～10%稀鹽酸溶液對(duì)表面懸掛鍵進(jìn)行鈍化，在表面形成一層穩(wěn)定的鈍化層，為之后在清洗鈍化過(guò)的鍺基襯底表面上淀積high-K(高介電常數(shù))柵介質(zhì)做好準(zhǔn)備，提高柵介質(zhì)層與襯底之間的界面質(zhì)量，改善鍺基MOS器件的電學(xué)性能。
文檔編號(hào)H01L21/02GK102664144SQ20121015645
公開(kāi)日2012年9月12日 申請(qǐng)日期2012年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月18日
發(fā)明者安霞, 張興, 李敏, 林猛, 黃如, 黎明 申請(qǐng)人:北京大學(xué)