一種鍺基mos器件襯底的表面鈍化方法及得到的鍺基mos器件的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及半導體器件領域，具體而言，本發(fā)明涉及一種ALD沉積高k值材料的鍺基M0S器件襯底的表面鈍化方法及鍺基M0S器件。
【背景技術】
[0002]由于硅的天然氧化物質量非常高，能夠方便的制造金屬-氧化物-半導體場效應晶體管，因此，硅一直是現代電子工業(yè)中重要的半導體材料。經過40多年的持續(xù)小型化，半導體器件的特征尺寸進入到45nm技術節(jié)點以后，基于娃材料的M0SFET的正接近其基本的物理極限。如果繼續(xù)縮小尺寸，隧穿和巨大的漏電將給晶體管工作帶來巨大的影響。為了減小柵隧穿電流，降低器件的功耗，消除多晶硅耗盡效應和p型金屬-氧化物-半導體場效應晶體管(PM0SFET)中硼穿透引起的可靠性問題，緩解費米能級釘扎效應，高介電常數(k)材料，例如Hf02，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的Si02結構成為了必然的趨勢。和傳統(tǒng)的二氧化硅柵介質相比，高介電常數(k)材料可以對介質物理厚度的限制放寬k/3.9倍，而不影響器件的電學性質。在硅襯底上的研究已經取得了很大進展，Intel公司已將高k值柵介質材料和金屬柵應用至IJ了其45nm節(jié)點的CPU制造技術當中，取得了優(yōu)異的性能。
[0003]然而，根據國際半導體技術發(fā)展藍圖，CMOS技術將于2015-2020年進入16nm技術節(jié)點。浸入式光刻的延伸技術、迀移率增強襯底技術、超淺結(以及其他應變增強工程等方法，將成為16nm節(jié)點的關鍵技術問題。由于襯底迀移率對器件性能有很大影響，迀移率增強襯底技術得到了越來越廣泛的關注。鍺因其極高的載流子迀移率，且與半導體工藝兼容，被認為是最具潛力的高迀移率半導體材料。鍺的電子迀移率與空穴迀移率分別大約是硅的2與4倍，而且迀移率還可以通過應變增強技術得到進一步提高，是CMOS器件理想的溝道材料。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明所要解決的第一方面問題在于為了提高鍺基M0S器件的性能，提供了一種用ALD方法沉積高k值材料的鍺基M0S器件襯底的表面鈍化方法。該方法能在不影響提高氧化層介電常數的前提下，有效地防止鍺襯底在沉積過程中的氧化，減小鍺襯底與柵介質界面處的界面態(tài)密度、改善襯底與柵介質的界面質量，提高鍺基M0S器件的性能。
[0005]為解決上述技術問題，本發(fā)明提供的一種ALD沉積高k值材料的鍺基M0S器件襯底的表面鈍化方法，其包括如下步驟:
[0006](1)對鍺襯底進行清洗；
[0007](2)用HF溶液處理鍺襯底，除去鍺襯底的自然氧化層并在襯底表面形成Ge-H鍵；
[0008](3)用氯苯的飽和PCU容液處理，將表面的Ge-H鍵轉變成Ge_Cl鍵；
[0009](4)再用四氫呋喃的烷基1?化鎂(R-Mg-X)溶液處理，其中R為鏈烴，X為1?素，將Ge-Cl鍵轉變成Ge-R，使表面得到鈍化；
[0010](5)將鈍化后的鍺襯底用ALD技術表面沉積高k值柵極介質材料；
[0011](6)沉積金屬電極。
[0012]所述步驟(1)中，用有機溶劑超聲清洗2-10分鐘除去鍺襯底表面的有機物。有機溶劑包括但不限為丙酮、乙醇、異丙醇等。
[0013]所述步驟(2)中，用2 % HF溶液處理鍺襯底30-120秒。
[0014]在所述的步驟(2)中，HF溶液浸泡處理鍺襯底后，再用去離子水沖洗干凈，隊吹干，使表面形成Ge-H鍵。。
[0015]所述步驟(3)中，將鍺襯底置于氯苯的飽和PC15溶液0.5-3小時，溶液溫度保持在80-95°C，將鍺襯底表面的Ge-H鍵轉變成Ge_Cl鍵，取出之后用氯苯和四氫呋喃沖洗數次。
[0016]所述步驟⑷中，將鍺襯底浸入于四氫呋喃的烷基鹵化鎂(R-Mg-X)溶液中，其中R為鏈烴，X為鹵素，溶液濃度為lmol/L，溫度保持在70°C，時間在8-24小時，將鍺襯底表面的Ge-Cl鍵轉變成Ge-R，使得襯底表面形成Ge_R鍵，從而起到鈍化的效果，取出之后用四氫呋喃和甲醇清洗數次。
[0017]本發(fā)明的一優(yōu)選技術方案中，R基選自飽和鏈烴和不飽和鏈烴，優(yōu)選為飽和鏈烴；更優(yōu)選 R 基為 CnH2n+1，其中 η = 1,2, 3,4, 5,6, 7,8,9, 10，11，12 ;更優(yōu)選 R 基為 CnH2n+1，其中 η=1，2，3，4ο
[0018]所述步驟(5)中，所述的高k值柵介質，選自A1203、Ti203、Hf02、Zr02、La203中的一種或者兩種以上相互的摻雜。
[0019]所述步驟￠)中，通過掩模板在表面沉積金屬電極。
[0020]本發(fā)明優(yōu)選技術方案中，采用N型〈100〉晶向的單晶鍺襯底。
[0021]本發(fā)明的第二方面，提供一種鍺基M0S器件，其結構依次由:鍺襯底層，鈍化層，高k值柵極介質層和金屬電極構成。
[0022]本發(fā)明優(yōu)選技術方案中，所述鈍化層為鍺襯底層表面的Ge-R鍵。其中，R基選自飽和鏈烴和不飽和鏈烴，優(yōu)選為飽和鏈烴；更優(yōu)選R基為CnH2n+1，其中η =1,2, 3,4, 5,6, 7,8,9, 10，11，12 ;更優(yōu)選 R 基為 CnH2n+1，其中 η = 1，2，3，4。
[0023]所述的高k值柵介質選自A1203、Ti203、Hf02、Zr02、La203中的任一種或者兩種以上相互摻雜。
[0024]相比于現有技術中的解決方案，本發(fā)明的有益效果是:
[0025]與在高k值材料和襯底之間插入一層鈍化層的現有技術鈍化方法相比，本發(fā)明的制備方法得到的鍺基M0S器件不會在襯底表面形成一層介電常數較低的氧化物層，避免介電損失，能用顯著提高氧化層介質的介電常數，從而降低等效氧化物厚度。與用鹵素來鈍化襯底表現相比，Ge-C鍵(Ge-CH3之間的鏈接鍵)的鍵能(460kJ/mol)比Ge-鹵素的鍵能大(Ge-Cl 鍵的鍵能為 356kJ/mol，Ge-Br 為 276kJ/mol，Ge_I 為 213kJ/mol)。本發(fā)明中，羥基對界面進行鈍化的效果比鹵素的效果要好。
[0026]本方法利用羥基對鍺襯底表面的鈍化，有效地減小鍺襯底與柵介質之間的界面態(tài)密度，明顯提高了鈍化效果。
【附圖說明】
[0027]下面結合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步描述:
[0028]圖1為本發(fā)明一實施例的ALD方法沉積高k值材料的鍺基M0S器件襯底表面鈍化方法的流程圖；
[0029]圖2為本發(fā)明ALD方法沉積高k