本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種砷化鎵基MOSFET柵介質(zhì)的制備方法。

背景技術(shù)：

半導(dǎo)體技術(shù)作為信息產(chǎn)業(yè)的核心和基礎(chǔ)，被視為衡量一個國家科學(xué)技術(shù)進步和綜合國力的重要標(biāo)志。在過去的40多年中，以硅CMOS技術(shù)為基礎(chǔ)的集成電路技術(shù)遵循摩爾定律通過縮小器件的特征尺寸來提高芯片的工作速度、增加集成度以及降低成本，集成電路的特征尺寸由微米尺度進化到納米尺度。但是當(dāng)MOS器件的柵長減小到90納米后，柵氧化層的厚度只有1.2納米，摩爾定律開始面臨來自物理與技術(shù)方面的雙重挑戰(zhàn)。

金屬-氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，簡稱金氧半場效晶體管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)。學(xué)術(shù)界與產(chǎn)業(yè)界普遍認為：采用高遷移率溝道材料替代傳統(tǒng)硅材料將是CMOS技術(shù)的重要發(fā)展方向，其中砷化鎵溝道材料最有可能在近期實現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。砷化鎵的電子遷移率比硅要高，砷化鎵溝道CMOS器件已經(jīng)成為解決硅基CMOS遇到的問題的有效途徑。然而砷化鎵基MOSFET亟需獲得熱穩(wěn)定高、界面態(tài)密度小、等效氧化層厚度薄的高介電常數(shù)的柵介質(zhì)材料，這已經(jīng)成為當(dāng)前研究的重點與難點。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的是在砷化鎵表面形成熱穩(wěn)定高、界面態(tài)密度小、等效氧化層厚度薄的柵介質(zhì)，因此，本發(fā)明提供一種砷化鎵基MOSFET柵介質(zhì)的制備方法，以期解決前述前有技術(shù)中存在的至少部分技術(shù)問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種砷化鎵基MOSFET柵介質(zhì)的制備方法，包括如下步驟：

步驟1：清洗砷化鎵襯底表面；

步驟2：在清洗完成后的所述砷化鎵襯底表面沉積阻擋層；

步驟3：利用直接離化的氧等離子體或間接離化的氧等離子體處理步驟2獲得的襯底表面，氧等離子擴散進入到所述阻擋層和砷化鎵界面處，從而氧化砷化鎵表面，在所述阻擋層與所述砷化鎵襯底界面形成一薄層五氧化二砷和三氧化二鎵的混合物層；

步驟4：在氧等離子體氧化后的砷化鎵襯底表面沉積高介電常數(shù)的柵氧化物層。

進一步地，所述步驟1中，所述砷化鎵襯底包括砷化鎵片、絕緣體上砷化鎵片、硅上外延砷化鎵片或化合物半導(dǎo)體上外延砷化鎵片，所述砷化鎵襯底首先用丙酮和乙醇各清洗1-10分鐘，然后用去離子水沖洗干凈，接著采用氫氟酸和/或鹽酸與去離子水混合后的混合溶液去除砷化鎵襯底表面的自然氧化物層。

進一步地，所述步驟2中，采用原子層沉積、化學(xué)氣相沉積、脈沖激光濺射或分子束外延的方法沉積的三氧化二鑭作為阻擋層，所述三氧化二鑭的厚度在3埃-10納米之間。

進一步地，所述步驟3中，所述直接離化的氧等離子體是由氧氣、臭氧、二氧化碳、一氧化二氮中的一種或多種，或氧氣、臭氧、二氧化碳、一氧化二氮中的一種或多種與氮氣、氦氣、氬氣中的一種或多種混合后的氣體，經(jīng)過等離子體發(fā)生器離化形成的等離子體，所述等離子體發(fā)生器工作功率在0-200瓦每平方厘米之間。

進一步地，所述步驟3中，所述間接離化的氧等離子體是由氮氣、氦氣、氬氣中的一種或多種經(jīng)過等離子體發(fā)生器離化形成等離子體源，所述等離子體源再與氧氣、臭氧、二氧化碳、一氧化二氮中的一種或多種混合氣體混合使其離化，所述等離子體發(fā)生器工作功率在0-200瓦每平方厘米之間。

進一步地，所述步驟3中，所述直接離化的氧等離子體或間接離化的氧等離子體處理步驟2獲得的襯底表面的時間在1毫秒-1小時之間。

進一步地，所述步驟3中，所述直接離化的氧等離子體或間接離化的氧等離子體處理步驟2獲得的襯底表面的溫度在20攝氏度-500攝氏度之間。

進一步地，所述步驟4中，采用原子層沉積、化學(xué)氣相沉積、脈沖激光濺射、分子束外延的方法沉積高介電常數(shù)的氧化物作為柵氧化物層，所述氧化物包括鋁基、鋯基、鉿基、釓基、鎵基、鑭基、鉭基氧化物，氧化物中的摻雜元素可以為鋁、鋯、鉿、釓、鎵、鑭、鉭、氮、磷，氧化物中摻雜元素的原子數(shù)量與總的金屬元素的原子數(shù)量的比值＝x:(1-x)，x的取值范圍可設(shè)置為0≤x<1，柵氧化物層的厚度在3埃－10納米之間。

本發(fā)明的優(yōu)點和技術(shù)效果如下：

采用具有高介電常數(shù)的三氧化二鑭作為阻擋層材料，三氧化二鑭的介電常數(shù)在20以上，阻擋層等效氧化層厚度很?。蝗趸|和砷化鎵界面比較穩(wěn)定，不易形成互擴散層；氧等離子體在氧化砷化鎵表面時由于有阻擋層，砷化鎵表面不易形成等離子表面損傷；通過控制氧等離子體表面處理時間，可以控制五氧化二砷和三氧化二鎵混合物層厚度，且砷化鎵-五氧化二砷和三氧化二鎵混合物界面熱穩(wěn)定性高、界面態(tài)密度低；最上層?xùn)沤橘|(zhì)層沉積后，整個復(fù)合柵介質(zhì)的等效氧化層厚度可以達到小于1納米，從而提高砷化鎵溝道MOSFET器件的電學(xué)特性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明技術(shù)方案中砷化鎵基MOSFET柵介質(zhì)的制備流程示意圖；

圖2為本發(fā)明技術(shù)方案中砷化鎵襯底結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明技術(shù)方案中沉積完三氧化二鑭后的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明技術(shù)方案中氧等離子體氧化形成一薄層五氧化二砷和三氧化二鎵混合物層后的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明技術(shù)方案中在阻擋層上沉積柵氧化物層后的結(jié)構(gòu)示意圖；

其中，

201為砷化鎵襯底；202為砷化鎵；203為五氧化二砷和三氧化二鎵混合物層；204為柵氧化物層。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、內(nèi)容和優(yōu)點更加清楚，下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式作進一步的詳細描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護范圍。

實施例1

本實施例具體描述本發(fā)明所提供的一種砷化鎵基MOSFET柵介質(zhì)的制備方法。

如圖1所示，其顯示本實施例提供的砷化鎵基MOSFET柵介質(zhì)的制備方法的流程示意圖，所述制備方法，包括如下步驟：

步驟101：如圖1所示，開始，準備砷化鎵襯底201，砷化鎵襯底為砷化鎵鍺片；

步驟102：如圖1和圖2所示，采用丙酮和乙醇各清洗5分鐘，然后用去離子水沖洗1分鐘；接著采用鹽酸：水體積比等于1:2的溶液清洗砷化鎵襯底表面1分鐘，并用去離子水沖洗1分鐘，重復(fù)溶液清洗和去離子水沖洗三次，氮氣吹干。

步驟103：如圖1和圖3所示，利用原子層沉積的方法，在熱生長模式下，三(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸)鑭作為鑭源，臭氧作為氧源，鑭源加熱到200攝氏度，反應(yīng)腔體溫度350攝氏度，在步驟102獲得的砷化鎵襯底表面沉積1納米的三氧化二鑭作為阻擋層202。

步驟104：如圖1和圖4所示，利用原子層沉積系統(tǒng)，在等離子生長模式下，氧氣：氮氣體積比等于1:1的混合氣體，混合氣體流量300立方厘米每分鐘，經(jīng)過等離子發(fā)生器形成氧等離子體，等離子發(fā)生器功率設(shè)為100瓦每平方厘米，反應(yīng)腔溫度設(shè)定為350攝氏度，用氧等離子體處理步驟103獲得的襯底表面8秒，在阻擋層202與砷化鎵襯底201界面形成0.5納米左右厚度的五氧化二砷和三氧化二鎵混合物層203。

步驟105：如圖1和圖5所示，利用原子層沉積的方法，在熱生長模式下，三(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸)鑭作為鑭源，臭氧作為氧源，鑭源加熱到200攝氏度，反應(yīng)腔體溫度350攝氏度，在步驟104獲得的砷化鎵襯底表面沉積2納米的三氧化二鑭作為柵氧化物層204。

通過上述各步驟制得的砷化鎵襯底201表面復(fù)合柵介質(zhì)由0.5納米五氧化二砷和三氧化二鎵混合物層203、1納米三氧化二鑭阻擋層202和2納米三氧化二鑭柵氧化物層204組成，等效氧化層厚度小于1納米。

以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步地詳細說明，應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。