用于半导体装置制造的衬底处理方法制造方法及图纸

提供一种去除氧化物层的方法。金属层沉积在形成于锗衬底的顶表面处的氧化物层上。金属氧化物层沉积在所述金属层上。所述金属氧化物层包括与所述金属层相同的金属材料。所述金属层和所述氧化物层反应并且与所述金属氧化物层组合以在退火处理期间形成介电层。在所述退火处理期间，所述氧化物层与所述金属层反应并且被去除。

Substrate Processing Method for Semiconductor Device Manufacturing

A method for removing oxide layer is provided. The metal layer is deposited on the oxide layer formed on the top surface of the germanium substrate. The metal oxide layer is deposited on the metal layer. The metal oxide layer comprises a metal material identical to the metal layer. The metal layer reacts with the oxide layer and is combined with the metal oxide layer to form a dielectric layer during annealing treatment. During the annealing process, the oxide layer reacts with the metal layer and is removed.

【技术实现步骤摘要】
用于半导体装置制造的衬底处理方法
本公开大体上涉及半导体装置制造，并且更具体来说涉及用于半导体装置制造的衬底处理方法。
技术介绍
半导体装置通常可见于大范围的电子产品中--从缝纫机到洗衣机，从汽车到蜂窝电话等。随着技术发展，预期这些半导体装置会减小尺寸和成本，而性能提高。然而，传统硅(Si)基互补金属氧化物半导体(CMOS)技术不可能无限度地持续驱动半导体装置性能。在追求更先进的半导体装置性能的过程中，锗(Ge)基CMOS已经获得青睐。锗基CMOS半导体装置的一个方面为相比于硅基CMOS装置，电子和空穴的流动性增大。增大的流动性可使锗基CMOS继续改进半导体装置性能。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供一种方法，包括：在氧化物层上沉积第一金属层，所述氧化物层形成于锗衬底的顶表面处；在所述第一金属层上沉积第一金属氧化物层，所述第一金属氧化物层包括与所述第一金属层相同的金属材料；以及在第一退火处理期间，将所述第一金属层连同所述氧化物层与所述第一金属氧化物层组合以形成介电层。在一个或多个实施例中，所述氧化物层与所述第一金属层反应以在所述第一退火处理期间去除所述氧化物层。在一个或多个实施例中，所述第一金属层通过原子层沉积(ALD)处理进行沉积。在一个或多个实施例中，所述第一金属层的厚度为10埃或更小。在一个或多个实施例中，所述方法进一步包括在所述介电层上沉积栅极材料层，并且图案化所述栅极材料层以形成晶体管栅极和栅极电介质，所述栅极电介质包括所述介电层的一部分。在一个或多个实施例中，所述栅极材料包括钛材料。在一个或多个实施例中，所述第一金属层包括铪(Hf)材料并且所述第一金属氧化物层包括铪材料。在一个或多个实施例中，所述第一金属氧化物层的厚度为100埃或更小。在一个或多个实施例中，形成于锗衬底的顶表面处的所述氧化物层被表征为锗氧化物(GeOX)层。根据本专利技术的第二方面，提供一种方法，包括：在锗氧化物(GeOX)层上沉积金属层，所述锗氧化物层形成于锗衬底的顶表面处；在第一退火处理期间，组合所述金属层和所述锗氧化物层以形成第一金属氧化物层；在所述第一金属氧化物层上沉积第二金属氧化物层，所述第二金属氧化物层包括与所述第一金属氧化物层相同的金属材料；以及在第二退火处理期间，由所述第一金属氧化物层和所述第二金属氧化物层形成高K介电层。在一个或多个实施例中，在所述第一退火处理之后所述锗氧化物层不再留存。在一个或多个实施例中，所述金属层和所述第二金属氧化物层各自包括铪(Hf)材料。在一个或多个实施例中，所述方法进一步包括：在所述高K介电层上沉积栅极材料层；图案化所述栅极材料层以形成晶体管栅极和高K栅极电介质，所述高K栅极电介质包括所述高K介电层的一部分；以及形成包括所述晶体管栅极和高K栅极电介质的金属-栅极晶体管。在一个或多个实施例中，所述金属层通过原子层沉积(ALD)处理进行沉积。在一个或多个实施例中，所述金属层的厚度为10埃或更小。在一个或多个实施例中，所述第二金属氧化物层的厚度为100埃或更小。根据本专利技术的第三方面，提供一种方法，包括：在锗氧化物(GeOX)层上沉积第一金属层，所述锗氧化物层形成于锗衬底的顶表面处；在第一退火处理期间，组合所述第一金属层和所述锗氧化物层以形成第一金属氧化物层；以及在所述第一金属氧化物层上沉积第二金属层，所述第二金属层包括与所述第一金属层相同的金属材料。在一个或多个实施例中，所述第一金属层和所述第二金属层各自包括铝(Al)材料。在一个或多个实施例中，所述第一金属层的厚度为10埃或更小。在一个或多个实施例中，所述方法进一步包括在所述第二金属层的顶侧表面处附着电容管芯以形成传感器装置。本专利技术的这些和其它方面将根据下文中所描述的实施例显而易见，且参考这些实施例予以阐明。附图说明本专利技术通过举例示出并且不受附图的限制，在附图中的相似标记指示类似元件。图中的元件为简单和清楚起见示出并且不必按比例绘制。图1-6以简化横截面图的形式示出根据本专利技术的一个实施例形成的示例性半导体装置的各个制造阶段。图7-8以简化横截面图的形式示出根据本专利技术的另一个实施例形成的示例性半导体装置的制造的阶段。图9以简化横截面图的形式示出根据本专利技术的一个实施例形成的在制造阶段的示例性传感器装置。具体实施方式总的来说，提供一种在锗(Ge)衬底上形成结构以去除锗氧化物层的方法。通过在锗衬底的顶表面处的锗氧化物层上沉积薄金属层，接着进行退火处理，可在退火处理期间形成金属氧化物。金属氧化物形成有效地去除锗氧化物层并且在锗衬底的表面处提供优质界面层。结合金属氧化物的形成，可使用相同金属氧化物的后续沉积来形成高K电介质。同样，在形成金属氧化物之后，可使用相同金属的后续沉积来在管芯-管芯界面处形成粘附层。图1-6以简化横截面图的形式示出根据本公开的一个实施例形成的示例性半导体装置的各个制造阶段。图1以简化横截面图的形式示出根据本专利技术的一个实施例的在制造阶段的示例性半导体装置100。在此制造阶段，示例性半导体装置100包括具有形成于衬底的顶表面处的锗氧化物(GeOX，其中0≤x≤2)层104的衬底102。衬底102可被称为由锗材料形成的锗(Ge)衬底102，该衬底具有形成于衬底的顶表面处的锗膜，锗材料沉积在硅基衬底上以具有富锗表面(90％或更大锗浓度)等。锗氧化物层104的特征可为通过将锗衬底102暴露于空气或有益于氧化物形成的其它环境条件而形成的原生或自然氧化物。图2以简化横截面图的形式示出根据本专利技术的一个实施例的在后续制造阶段的示例性半导体装置100。薄金属层202直接地沉积在锗氧化物层104上并且与锗氧化物层104接触。薄金属层202可包括任何合适金属，如铝(Al)、铪(Hf)、锆(Zr)、钛(Ti)、钽(Ta)、镧(La)、钇(Y)等，并且可使用任何合适处理进行沉积。举例来说，在此实施例中，薄金属层包括铪并且通过原子层沉积(ALD)处理进行沉积。薄金属层202的厚度可为10埃或更小。举例来说，在此实施例中，薄金属层202的厚度可为约等于5埃。在其它实施例中，薄金属层202可具有其它厚度。图3以简化横截面图的形式示出根据本专利技术的一个实施例的在后续制造阶段的示例性半导体装置100。在薄金属层202沉积在锗氧化物层104上之后，金属氧化物层302沉积在薄金属层202上。金属氧化物层302包括与薄金属层202的金属材料相同的金属材料。举例来说，当沉积在形成为铝层的薄金属层202上时，金属氧化物层302可形成为氧化铝(Al2O3)层。在此实施例中，金属氧化物层302包括二氧化铪(HfO2)并且通过ALD处理进行沉积。金属氧化物层302的厚度可为100埃或更小，但是在其它实施例中可大于100埃。举例来说，在此实施例中，金属氧化物层302的厚度可在约20-30埃范围内。图4以简化横截面图的形式示出根据本专利技术的一个实施例的在后续制造阶段的示例性半导体装置100。在金属氧化物层302沉积之后，后沉积退火(PDA)处理用于形成组合金属氧化物介电层402。举例来说，可在300到1000摄氏度的范围内的温度下执行PDA处理历时在5到100秒范围内的时间段，并且可在惰性气体(例如，氩气、氮气等)存在的情况下执行PDA处理。在PDA处理期间，薄金属层本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种方法，其特征在于，包括：在氧化物层上沉积第一金属层，所述氧化物层形成于锗衬底的顶表面处；在所述第一金属层上沉积第一金属氧化物层，所述第一金属氧化物层包括与所述第一金属层相同的金属材料；以及在第一退火处理期间，将所述第一金属层连同所述氧化物层与所述第一金属氧化物层组合以形成介电层。

【技术特征摘要】
2017.06.16 US 15/624,8431.一种方法，其特征在于，包括：在氧化物层上沉积第一金属层，所述氧化物层形成于锗衬底的顶表面处；在所述第一金属层上沉积第一金属氧化物层，所述第一金属氧化物层包括与所述第一金属层相同的金属材料；以及在第一退火处理期间，将所述第一金属层连同所述氧化物层与所述第一金属氧化物层组合以形成介电层。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氧化物层与所述第一金属层反应以在所述第一退火处理期间去除所述氧化物层。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一金属层通过原子层沉积(ALD)处理进行沉积。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一金属层的厚度为10埃或更小。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括在所述介电层上沉积栅极材料层，并且图案化所述栅极材料层以形成晶体管栅极和栅极电介质，所述栅极电介质包括所述介电层的一部分。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述栅极...

【专利技术属性】
技术研发人员：拉马·I·赫格德，
申请(专利权)人：恩智浦美国有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US