專利名稱：一種實(shí)現(xiàn)金屬-鍺接觸中鍺襯底表面費(fèi)米能級(jí)解釘扎的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微電子技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于金屬與鍺襯底接觸時(shí)實(shí)現(xiàn)鍺襯底表面費(fèi)米能級(jí)解釘扎的方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)今半導(dǎo)體器件不斷朝著高效化、小型化的方向進(jìn)步，作為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)支柱的 CMOS器件更是沿著摩爾定律的方向飛速發(fā)展。由于物理極限層面以及經(jīng)濟(jì)成本層面的限制，基于傳統(tǒng)硅基的器件已面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，新結(jié)構(gòu)和新材料已成為半導(dǎo)體器件研究的
^^點(diǎn)ο對(duì)于與硅同為第四主族元素的鍺，與硅器件相比較，鍺器件具有著更高的載流子遷移率，可以實(shí)現(xiàn)較小的等效氧化層厚度，且與傳統(tǒng)的硅工藝流程良好地兼容匹配，這使得鍺溝道甚至純鍺的MOS器件引發(fā)了人們廣泛的研究興趣，期望其可以作為新一代的半導(dǎo)體基礎(chǔ)器件投入使用?；阪N襯底的PMOS器件已制備成功，具有優(yōu)秀的工作性能，然而基于鍺襯底的NMOS器件卻一直無法良好地實(shí)現(xiàn)，導(dǎo)致該問題的重要原因之一是嚴(yán)重的鍺襯底表面費(fèi)米能級(jí)釘扎效應(yīng)。據(jù)研究報(bào)道，鍺的禁帶寬度約為0. 66eV，而由于表面費(fèi)米能級(jí)釘扎效應(yīng)，鍺的表面費(fèi)米能級(jí)往往被釘扎于價(jià)帶附近，也就是說，對(duì)于電子將會(huì)形成6eV的勢(shì)壘，這樣對(duì)于以電子為導(dǎo)電載流子的NMOS器件，其源漏接觸將會(huì)形成巨大的接觸電阻， 嚴(yán)重地制約了工作性能。對(duì)于傳統(tǒng)的硅基器件，表面費(fèi)米能級(jí)釘扎同樣是一個(gè)嚴(yán)重的困擾， 不過在金屬與硅的接觸中，通過在硅中的雜質(zhì)重?fù)诫s可以有效地減薄勢(shì)壘，因而增加電子隧穿勢(shì)壘的幾率，降低接觸電阻。然而在鍺襯底中無法實(shí)現(xiàn)N型雜質(zhì)的重?fù)诫s，也就無法通過傳統(tǒng)硅工藝的方法解決費(fèi)米能級(jí)釘扎問題，因而需要尋求新的方法途徑。在金半接觸中的半導(dǎo)體襯底表面插入超薄介質(zhì)層是另一個(gè)實(shí)現(xiàn)表面費(fèi)米能級(jí)解釘扎的方法，這對(duì)于硅襯底和鍺襯底同樣適用。一方面，介質(zhì)層的形成過程可以修復(fù)半導(dǎo)體表面的缺陷，降低界面態(tài)濃度；另一方面，界面層也可以抑制金屬功函數(shù)尾部滲透進(jìn)入半導(dǎo)體形成的禁帶能級(jí)(MIGS)。另外，用于解釘扎的介質(zhì)層一般為0. 5、nm，很容易被載流子隧穿，因而具有很低的附加電阻。目前研究報(bào)告中已成功在金半接觸中實(shí)現(xiàn)鍺襯底表面解釘扎的介質(zhì)材料包括A1203、MgO、Si3N4、TiO2等，其制備方法包括物理汽相淀積(PVD)、原子層淀積(ALD)等多種。事實(shí)上，并非所有的介質(zhì)層材料都可以用于解釘扎，而對(duì)于已成功解釘扎的不同介質(zhì)層材料，決定其解釘扎效果的主要有介電常數(shù)和導(dǎo)帶偏移(CBO)兩項(xiàng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種能夠成功降低金屬-鍺接觸的接觸勢(shì)壘從而降低接觸電阻，從而實(shí)現(xiàn)金屬-鍺接觸中鍺襯底表面費(fèi)米能級(jí)解釘扎的方法。本發(fā)明提出的實(shí)現(xiàn)金屬-鍺接觸中鍺襯底表面費(fèi)米能級(jí)解釘扎的方法，是在于在金屬-鍺接觸中的鍺襯底表面，通過NH3等離子體處理的方法形成一層超薄GeOxNy(x=0. 92，y=0. 08)層，GeOxNy厚度為小于lnm，從而在修復(fù)鍺襯底表面界面態(tài)的同時(shí)抑制電極金屬功函數(shù)尾部向鍺襯底的滲透，因而達(dá)到鍺襯底表面解釘扎的效果。另外，由于GeON 介質(zhì)層具有較低的介電常數(shù)，且與Ge相比具有較低的導(dǎo)帶偏移，因而能夠獲得很小的附加電阻，具有良好的解釘扎效果。本發(fā)明提出的金半接觸的制備方法，具體步驟為
1、基于已經(jīng)過MOS全部前道工藝，下一步需要進(jìn)行源漏金屬接觸的鍺基NMOS器件，或者HF溶液漂洗并已用去離子水沖洗的潔凈表面N型鍺片；
2、利用NH3等離子體處理鍺襯底表面，形成超薄GeOxNy介質(zhì)層膜；
3、利用PVD技術(shù)，通過掩膜或者光刻技術(shù)在襯底表面制備一定尺寸的金屬電極； 本發(fā)明中，NH3等離子體采用電感耦合等離子體源制備，射頻50(T600W，反應(yīng)腔體可采
用原子層淀積(ALD)或者反應(yīng)離子刻蝕(RIE)腔，反應(yīng)溫度20(T300°C，反應(yīng)時(shí)間2(T40s。本發(fā)明中，制備的GeOxNy厚度為小于lnm。本發(fā)明中電極金屬為Al、Mg、Yb, Er等較低功函數(shù)金屬，淀積后不再進(jìn)行后淀積退火步驟。實(shí)驗(yàn)表明，利用NH3等離子體處理鍺襯底表面制備的GeOxNy層具有良好的解釘扎效果，當(dāng)配合低功函數(shù)金屬(如Al)作為電極，由于金屬功函數(shù)與鍺相近或者更低，因而會(huì)表現(xiàn)出良好的歐姆接觸，這是優(yōu)化金半接觸的理想狀態(tài)。本發(fā)明的具體操作步驟如下
1、基于已經(jīng)過MOS全部前道工藝，下一步需要進(jìn)行源漏金屬接觸的鍺基NMOS器件，或者HF溶液漂洗并已用去離子水沖洗的潔凈表面N型鍺片；
2、利用NH3等離子體處理鍺襯底表面，NH3由電感耦合等離子體源產(chǎn)生，射頻50(T600W。 反應(yīng)在原子層淀積(ALD)或者反應(yīng)離子刻蝕(RIE)腔體，等離子體處理時(shí)間為2(T40s，反應(yīng)溫度為20(T300°C，NH3氣壓控制在5 X 10_3mbar，射頻200W，最終形成超薄GeOxNy介質(zhì)層膜控制在Inm以下；
3、利用PVD技術(shù)，通過掩膜或者光刻技術(shù)在襯底表面制備一定尺寸的低功函數(shù)金屬電極，如Al、Mg、％、Er等，電極厚度20 500nm ；
由于GeOxNy (x=0. 92，y=0. 08)同時(shí)具有較低的介電常數(shù)和導(dǎo)帶偏移，我們已通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，由NH3等離子表面處理的方法可以制備高質(zhì)量的GeOxNy超薄膜，并且在金屬-鍺接觸中插入GeOxNy超薄膜可以具有優(yōu)秀的解釘扎效果。


圖1一圖3為工藝流程的示意圖(側(cè)視圖)。其中，圖3為最后工藝步驟形成的器件側(cè)視圖。圖中標(biāo)號(hào)1為Ge襯底，2為GeOxNy (x=0. 92，y=0. 08)超薄介質(zhì)層，3為低功函數(shù)金屬電極，如Al。
具體實(shí)施例方式下面通過具體工藝步驟來進(jìn)一步描述本發(fā)明
1、基于電阻率為0.05 Ω 的n-Ge (100)襯底片，采用濃度0. 5%的HF沖洗，后跟去離子水漂洗5min ；
2、將漂洗干凈的清潔表面鍺襯底片裝載入ALD腔體，采用電感耦合等離子體源產(chǎn)生的 NH3等離子體對(duì)鍺襯底進(jìn)行表面處理，腔體溫度250°C，NH3氣壓5 X 10_3mbar，處理時(shí)間30s， 射頻200W，最終形成約Inm的GeOxNy (x=0. 92，y=0. 08)超薄介質(zhì)層；
3、借助掩模版，利用PVD技術(shù)淀積圓形金屬Al電極，真空度10_5Pa，淀積功率150W，淀積時(shí)間3000s，電極厚度50nm，電極直徑500um。
權(quán)利要求
1.一種實(shí)現(xiàn)金屬-鍺接觸中鍺襯底表面費(fèi)米能級(jí)解釘扎的方法，其特征在于是在金屬-鍺接觸中的鍺襯底表面，通過NH3等離子體處理的方法形成一層厚度為小于Inm的 GeOxNy層，x=0. 92, y=0. 08，在修復(fù)鍺襯底表面界面態(tài)的同時(shí)抑制電極金屬功函數(shù)尾部向鍺襯底的滲透。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于具體步驟為(1 )、基于已經(jīng)過CMOS全部前道工藝，下一步需要進(jìn)行源漏金屬接觸的鍺基NMOS器件， 或者HF溶液漂洗并已用去離子水沖洗的潔凈表面鍺片；(2)、利用NH3等離子體處理鍺襯底表面，形成(^eOxNy介質(zhì)層膜；(3)、利用PVD技術(shù)，通過掩膜或者光刻技術(shù)在襯底表面制備一定尺寸的金屬電極。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于步驟(2)中所述的等離子體采用電感耦合等離子體源制備，射頻50(T6(K)W，反應(yīng)腔體采用原子層淀積或者反應(yīng)離子刻蝕腔，反應(yīng)溫度 20(Γ300 ，反應(yīng)時(shí)間20 40s。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于步驟(3)中所述的電極金屬為Al、Mg、％、 Er較低功函數(shù)金屬，淀積后不再進(jìn)行后淀積退火步驟。
全文摘要
本發(fā)明屬于微電子技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種實(shí)現(xiàn)金屬-鍺接觸中鍺襯底表面費(fèi)米能級(jí)解釘扎的方法。鍺器件因其高載流子遷移率、可實(shí)現(xiàn)低等效氧化層厚度以及與現(xiàn)有工藝的高兼容性等優(yōu)點(diǎn)，成為目前注目的焦點(diǎn)，但鍺嚴(yán)重的表面費(fèi)米能級(jí)釘扎效應(yīng)卻是制約著制備高性能鍺基N型MOS器件的問題之一。本發(fā)明通過NH3等離子處理鍺襯底的方法，在表面形成GeOxNy(x=0.92,y=0.08)介質(zhì)層，成功實(shí)現(xiàn)解釘扎效應(yīng)，且由于GeON與Ge較小的能量偏移，使得制備的金屬/GeON/Ge樣品具有較低的接觸電阻，因而具有良好的應(yīng)用價(jià)值。
文檔編號(hào)H01L21/336GK102543755SQ20121000417
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月9日
發(fā)明者于浩, 屈新萍, 張衛(wèi), 李炳宗, 茹國(guó)平, 蔣玉龍, 謝琦 申請(qǐng)人:復(fù)旦大學(xué)