一种采用原位臭氧氧化制备氧化锗界面修复层的方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号(10)申请公布号CNCN103681289103681289A(43)申请公布日2014.03.26(21)申请号201310723730.X(22)申请日2013.12.25(71)申请人中国科学院微电子研究所地址100083北京市朝阳区北土城西路3号(72)发明人刘洪刚韩乐王盛凯孙兵常虎东赵威(74)专利代理机构中科专利商标代理有限责任公司11021代理人任岩(51)Int.Cl.H01L21/28(2006.01)H01L21/285(2006.01)权权利要求书1页利要求书1页说明书4页说明书4页附图3页附图3页(54)发明名称一种采用原位臭氧氧化制备氧化锗界面修复层的方法(57)摘要本发明公开了一种采用原位臭氧氧化制备氧化锗界面修复层的方法，该方法包括：选择Ge衬底，去除Ge衬底表面的自然氧化层，然后将其转移到原子层沉积系统的腔体中，在Ge衬底表面沉积一层Al2O3薄膜作为氧化过程中的O3阻挡层；利用原子层沉积系统中的前驱体O3作为氧化剂，在Al2O3／Ge界面处氧化形成一层GeOx界面层；将在Al2O3／Ge界面处形成有超薄GeOx界面层的Ge衬底放入原子层沉积反应腔体中，在Al2O3薄膜上沉积高k栅介质；利用快速退火炉对其先后进行栅介质沉积后退火及低温氧气退火，进一步提升氧化物栅介质质量，改善高k介质／Al2O3／GeOx／Ge界面质量。本发明实现了Ge基MOS器件中栅叠层所要求的界面稳定性与高质量，适用于Ge基MOS电容、MOSFET及其他含有Ge基栅叠层的器件。CN103681289ACN1036829ACN103681289A权利要求书1/1页1.一种采用原位臭氧氧化制备氧化锗界面修复层的方法，其特征在于，该方法包括：步骤1：选择Ge衬底，去除Ge衬底表面的自然氧化层，然后将其转移到原子层沉积系统的腔体中，在Ge衬底表面沉积一层Al2O3薄膜作为氧化过程中的O3阻挡层；步骤2：利用原子层沉积系统中的前驱体O3作为氧化剂，在Al2O3／Ge界面处氧化形成一层GeOx界面层；步骤3：将在Al2O3／Ge界面处形成有超薄GeOx界面层的Ge衬底放入原子层沉积反应腔体中，在Al2O3薄膜上沉积高k栅介质；步骤4：利用快速退火炉对其先后进行栅介质沉积后退火及低温氧气退火，进一步提升氧化物栅介质质量，改善高k介质／Al2O3／GeOx/Ge界面质量。2.根据权利要求1所述的采用原位臭氧氧化制备氧化锗界面修复层的方法，其特征在于，步骤1中所述的Ge衬底是由GOI衬底替换。3.根据权利要求1所述的采用原位臭氧氧化制备氧化锗界面修复层的方法，其特征在于，步骤1中所述的Al2O3薄膜的厚度为0.1～3nm。4.根据权利要求1所述的采用原位臭氧氧化制备氧化锗界面修复层的方法，其特征在于，步骤2中所述的原子层沉积系统中反应腔体的温度为30℃～400℃，氧化时间为1秒～1小时。5.根据权利要求1所述的采用原位臭氧氧化制备氧化锗界面修复层的方法，其特征在于，步骤3中所述的高k栅介质为Al2O3、La2O3、HfO2及Y2O3中的一种、多种或其复合物。6.根据权利要求1所述的采用原位臭氧氧化制备氧化锗界面修复层的方法，其特征在于，步骤4中所述的栅介质沉积后退火的气体氛围为O2，退火温度为450℃～600℃，退火时间为1分钟～1小时。7.根据权利要求1所述的采用原位臭氧氧化制备氧化锗界面修复层的方法，其特征在于，步骤4中所述的低温氧气退火的温度为300℃～450℃，退火时间为1分钟～3小时。8.根据权利要求1所述的采用原位臭氧氧化制备氧化锗界面修复层的方法，其特征在于，还可以通过选择不同厚度的Al2O3阻挡层，改变氧化温度及时间来有效控制GeOx界面修复层的厚度及界面质量，适用于Ge基MOS电容、MOSFET及含有Ge基栅叠层器件的制备。2CN103681289A说明书1/4页一种采用原位臭氧氧化制备氧化锗界面修复层的方法技术领域[0001]本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种采用原位臭氧氧化在Ge衬底上制备超薄氧化锗(GeOx)界面修复层的方法。背景技术[0002]近年来锗(Ge)作为最具前景的金属氧化物半导体晶体管(MOSFETs)的衬底材料得到了广泛的研究。相比于硅，锗的载流子迁移率很高，其驱动电流较小、适合于低温工艺。为了实现高性能小尺寸的Ge基MOSFETs，高k栅叠层必须具有低界面态密度以及有效钝化的界面层。高k栅介质／Ge的界面处需要特殊的界面层作为扩散阻挡层，以阻止热处理条件下高k金属氧化物与Ge衬底的界面反应。已经报道的界面钝化的方法有硫钝化、氟钝化、硅钝化、等离子体氧化以及热氧化等。其中在高k栅介质与Ge界面处生长薄层GeOx界面层是实现高性