等效氧化物厚度为亚纳米的Ge基MOS器件的制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102543751A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102543751A(43)申请公布日2012.07.04(21)申请号201110400661.X(22)申请日2011.12.06(71)申请人南京大学地址210093江苏省南京市汉口路22号(72)发明人李爱东李学飞曹燕强吴迪(74)专利代理机构江苏圣典律师事务所32237代理人贺翔(51)Int.Cl.H01L21/336(2006.01)H01L21/283(2006.01)权利要求书权利要求书1页1页说明书说明书44页页附图附图55页(54)发明名称等效氧化物厚度为亚纳米的Ge基MOS器件的制备方法(57)摘要本发明公开了一种等效氧化物厚度为亚纳米的Ge基MOS器件的制备方法，1）对Ge衬底进行清洗；2）进行S钝化，3）在Ge衬底表面原位沉积Al2O3薄膜；4）沉积HfO2薄膜；5）放入快速退火炉中退火即得成品。该方法通过原位原子层沉积很薄的氧化铝薄膜，改进了栅介质薄膜与Ge衬底之间的界面质量，明显改善了栅介质薄膜的电学性能，获得了EOT小于1nm和漏电流密度小于2mA/cm2的Ge基MOS器件。CN1025437ACN102543751A权利要求书1/1页1.一种等效氧化物厚度为亚纳米的Ge基MOS器件的制备方法，其特征在于包括以下步骤：1）对Ge衬底进行清洗；2）对清洗好的Ge衬底进行S钝化，之后将其移入ALD反应室；3）在Ge衬底表面原位沉积Al2O3薄膜；4）在Al2O3薄膜表面沉积HfO2薄膜；5）最后将沉积好的Ge衬底放入快速退火炉中退火，即得成品。2.根据权利要求1所述的等效氧化物厚度为亚纳米的Ge基MOS器件的制备方法，其特征在于步骤1）的清洗过程为：依次用丙酮、甲醇超声清洗Ge衬底3~10分钟，再用HBr水溶液泡3~7分钟。3.根据权利要求2所述的等效氧化物厚度为亚纳米的Ge基MOS器件的制备方法，其特征在于HBr水溶液的重量比为：HBr/H2O=1:3。4.根据权利要求1、2或3所述的等效氧化物厚度为亚纳米的Ge基MOS器件的制备方法，其特征在于步骤2）Ge衬底进行S钝化的过程为：用(NH4)2S水溶液泡Ge衬底10~40分钟。5.根据权利要求1、2或3所述的等效氧化物厚度为亚纳米的Ge基MOS器件的制备方法，其特征在于步骤3）原位沉积Al2O3薄膜的过程为：在150-300℃的温度下，先通入金属源TMA脉冲0.1-0.3s,接着通入N2脉冲清洗4-10s,再通入水蒸气脉冲0.1-0.3s，最后通入N2脉冲清洗4-10s；根据所要达到的Al2O3薄膜厚度循环前述步骤若干次。6.根据权利要求1、2或3所述的等效氧化物厚度为亚纳米的Ge基MOS器件的制备方法，其特征在于步骤4）沉积HfO2薄膜的过程为：在150-300℃的温度下，通入金属源TDMAH或TEMAH脉冲0.1-0.3s,接着通入N2脉冲清洗4-10s,再通入水蒸气脉冲0.1-0.3s，最后通入N2脉冲清洗4-10s；根据所要达到的HfO2薄膜厚度循环前述步骤若干次。2CN102543751A说明书1/4页等效氧化物厚度为亚纳米的Ge基MOS器件的制备方法[0001]技术领域[0002]本发明涉及一种MOS器件的制备方法，具体是一种利用原子层沉积技术在S-钝化的Ge衬底上制备等效氧化物厚度为亚纳米的MOS器件的方法。背景技术[0003]随着器件的尺寸持续缩小，发展与现存金属-氧化物-半导体场效应管(Metal-oxide-semiconductorfield-effecttransistors，MOSFETs)工艺兼容的栅介电薄膜制备技术，是微电子领域的一个重要任务。原子层沉积技术(AtomicLayerDeposition，ALD)是一种可对膜厚进行亚单层(sub-monolayer)精确控制的化学气相沉积技术，正受到越来越多的关注，在深亚微米集成电路和纳米结构的制备上显示出巨大的应用前景。[0004]高k栅介质和金属栅材料的引入，在降低硅基MOSFET器件高功耗的同时，也带来沟道材料/栅介质材料界面的恶化，由于库仑散射、声子散射等原因，导致沟道迁移率的明显下降，极大影响了CMOS逻辑器件速度的提高，寻求具有高迁移率的新型半导体衬底来替代Si，成为制备高性能新型CMOS器件的另一个有吸引力的解决方案。与传统硅基微电子器件相比，Ge基金属－氧化物－半导体场效应管(MOSFET)由于具有更高的空穴和电子迁移率，低的掺杂激活温度。但是，制约锗在集成电路里面大规模应用的主要因素，就是缺乏与锗有高质量界面的稳定的锗氧化物，通常的表面锗氧化物（GeO2和GeO）或者是水溶性的或者是易挥发的，有非常差的界面质量，产生严重的费米钉扎效应，这极大地阻