本发明专利技术提供了一种提高锗Ge MOS电容器件性能的方法、系统及设备。在制备锗MOS器件结构时，利用等离子增强型原子层沉积设备，通过对锗衬底进行NH3/N2混合等离子体原位预处理，然后在锗衬底上原子层沉积高介电绝缘介质层如二氧化铪，可以提高高介电绝缘介质层和锗衬底之间的层间界面的质量、抑制锗向高介电绝缘介质层的扩散，并对界面的陷阱电荷有重要的限制作用。本发明专利技术能够更有效地降低锗MOS器件的漏电流，增加累积电容，改善锗MOS器件的性能，同时，原位NH3/N2混合等离子体处理可以在原子层沉积HfO2薄膜前直接利用原子层沉积设备的等离子体同步原位处理锗衬底，提高了生产效率，使其在工业领域更具有潜在优势。使其在工业领域更具有潜在优势。使其在工业领域更具有潜在优势。
【技术实现步骤摘要】
提高锗Ge MOS电容器件性能的方法、系统及设备
[0001]本专利技术涉及Ge MOS器件
，具体地，涉及一种提高锗Ge MOS电容器件性能的方法、系统及设备。
技术介绍
[0002]随着金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的几何尺寸的不断缩小，硅基 MOSFET正逐渐接近其物理极限。相比于硅，锗(Ge)具有更高的载流子(电子和空穴)迁移率、更小的禁带宽度，故未来极有潜力取代硅成为下一代先进的器件衬底和沟道材料，所以近年来得到了广泛的关注和研究。对于先进的锗基-场效应晶体管，因为锗材料极易氧化，且本身锗的氧化物不稳定，所以锗的MOS结构的工艺中，重点研究的是在Ge衬底上高介电常数(k)介质(如二氧化铪)薄膜的理想沉积条件，以及不同沉积条件对器件性能的影响。
[0003]通过引入界面控制层的方法能够改善界面态，但同时也存在一些问题。比如，对于热法生长的氧化锗(GeO2)，实验及理论研究都表明，其GeO2/Ge的界面有着很好的电性能，其界面态密度Dit很低，Dit仅为1011cm-2ev-1。然而，GeO2本身的介电常数很低(k＝6)，如果在器件中引入GeO2层，会阻碍制作高效能器件的尺寸的进一步缩小。而且，热法生长的GeO2，在器件后续制作的工艺过程中，比如热处理和湿法化学处理，其GeO2/Ge界面性能又会及其不稳定，因此，这样方式制备的Ge MOS器件，总会存在不可接受数量级的Dit而导致器件性能不好。研究发现，如果在热生长GeO2时，引入氮气对GeO2进行氮化处理，可以形成GeOxNy，其能够改善在热处理和湿法化学处理时GeO2/Ge的界面的稳定性。
[0004]原子层沉积技术近来被越来越广泛的应用在集成电路领域中高介电介质薄膜的生长，这是由于该技术可以精确的控制高介电介质的沉积厚度和有效的保证介质性能。而等离子增强型原子层沉积(PEALD)技术，不仅可以提供等离子体，使其能够对锗衬底进行原位预处理，而且在原位处理后，可以直接进行高介电介质的原子层沉积，是实现高质量锗晶体管器件的一种很有前景的技术。
[0005]专利文献CN107313028A公开了一种用原子层沉积方法对木材、竹材等具有孔状结构的基材进行加工时用的原子层沉积装置及具有孔状结构的基材的原子层沉积方法，本原子层沉积装置，包括沉积腔(7)，沉积腔的内侧表面与所沉积的基材的外侧表面的外形和尺寸相匹配，这种具有孔状结构的基材的原子层沉积方法，是将基材设置在沉积腔内，使基材的设置有孔的一端面与沉积腔的进气口相对，通过进气口向基材的孔内通入原子层沉积用的反应气体，将原子层至少沉积在基材的孔内。该专利的结构和性能仍然有待完善的空间。
技术实现思路
[0006]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种提高锗Ge MOS电容器件性能的方法、系统及设备。
[0007]根据本专利技术提供的一种提高锗Ge MOS电容器件性能的设备，包括：Al电极201、 TiN层202、高介电介质层203、界面间层204、Ge衬底205以及Al背电极206；所述 Al电极201
设置于TiN层202的上方；所述TiN层202设置于高介电介质层203的上方；所述界面间层204设置于高介电介质层203与Ge衬底205之间；所述Ge衬底205 设置于Al背电极206的上方。
[0008]溅射形成500nm Al电极201，溅射形成的50nm TiN层202，形成原子层沉积的高介电介质层HfO2203，预处理时形成界面间层GeOxNy和GeOx204，形成Ge衬底205，溅射的Al背电极206。
[0009]一种提高锗Ge MOS电容器件性能的方法，采用提高锗Ge MOS电容器件性能的设备，包括：
[0010]步骤S1：对Ge衬底进行有机清洗及无机清洗，然后将Ge衬底迅速放入原子层沉积设备腔体；
[0011]步骤S2：对清洗好的Ge衬底正面采用等离子体原位预处理，预处理等离子体为氨气(NH3)和氮气(N2)混合气体的等离子体(体积比NH3:N2＝5:1)；
[0012]通过控制进入反应腔腔体的气体流量控制混合气体的体积比；
[0013]使用的氨气的流量为250sccm，氮气的流量为50sccm；
[0014]在预处理过程中，反应腔温度始终保持在200℃，等离子体的反应功率都保持在100W，预处理的时长可以从60s到120s不等；
[0015]步骤S3：用传统原子层沉积工艺或者等离子增强原子层沉积工艺在原位等离子体预处理好的Ge衬底上沉积高介电(k)介质层，也适用于原子层沉积其他高介电介质薄膜，如氧化铝、氧化钛等；
[0016]步骤S4：在介质层上溅射沉积氮化钛或者氮化钽作为铝(Al)电极的阻挡层和粘着层后，也可以是氮化钽(TaN)；
[0017]再溅射沉积铝金属层500nm，也可以为其他金属电极，如金(Pt)、铜(Cu)等；
[0018]步骤S5：根据微电极制备控制信息，通过光刻刻蚀的方法制备出微电极；
[0019]步骤S6：背面溅射背电极，形成Ge MOS电容器件结构，获取提高锗Ge MOS电容器件性能结果信息。
[0020]优选地，所述步骤S2包括：
[0021]步骤S2.1：设置氨气(NH3)和氮气(N2)体积比为5:1；
[0022]通过控制进入反应腔腔体的气体流量控制混合气体的体积比；
[0023]步骤S2.2：设置氨气的流量为250sccm，设置氮气的流量为50sccm；
[0024]在预处理过程中，将反应腔温度始终保持在200℃，等离子体的反应功率保持在100W；
[0025]设置预处理的时长为60s-120s；
[0026]优选地，所述步骤S4包括：
[0027]步骤S4.1：在HfO2介质层上溅射沉积氮化钛或者氮化钽50nm作为铝(Al)电极的阻挡层和粘着层后；
[0028]优选地，所述步骤S3包括：
[0029]步骤S3.1：选用以下任意一种物质作为高介电介质层：
[0030]-氧化铝；
[0031]-氧化钛；
[0032]-二氧化铪。
[0033]原子层沉积高介电介质薄膜前Ge衬底需要进行原位等离子体预处理，可以有效限制自然GeOx层的数量而形成均匀的界面层间GeOxNy，本专利技术所形成的界面层间GeOxNy 化合物的厚度较小，更利于器件的性能；
[0034]本专利技术也适用于Ge MOS晶体管器件，在原子层沉积高介电栅氧绝缘介质薄膜前， Ge衬底需要进行原位等离子体预处理。
[0035]本专利技术中，Ge MOS器件加工过程中的关键步骤是沉积高介电绝缘介质层前对Ge衬底正面的等离子体原位预处理过程。
[0036]根据本专利技术提供的一种提高锗Ge MOS电容器件性能的系统，采用提高锗Ge MOS 电容器件性能的设备，包括：
[0037]模块M1：对Ge衬底进行有机清洗及无机清洗，然后将Ge衬底迅速放入原子层沉积设备腔本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种提高锗Ge MOS电容器件性能的设备，其特征在于，包括：Al电极(201)、TiN层(202)、高介电介质层(203)、界面间层(204)、Ge衬底(205)以及Al背电极(206)；所述Al电极(201)设置于TiN层(202)的上方；所述TiN层(202)设置于高介电介质层(203)的上方；所述界面间层(204)设置于高介电介质层(203)与Ge衬底(205)之间；所述Ge衬底(205)设置于Al背电极(206)的上方。2.一种提高锗Ge MOS电容器件性能的方法，其特征在于，采用权利要求1所述的提高锗Ge MOS电容器件性能的设备，包括：步骤S1：对Ge衬底进行有机清洗及无机清洗，然后将Ge衬底迅速放入原子层沉积设备腔体；步骤S2：对清洗好的Ge衬底正面采用等离子体原位预处理，进行预处理的等离子体采用氨气和氮气混合气体的等离子体；通过控制进入反应腔腔体的气体流量控制混合气体的体积比；步骤S3：在原位等离子体预处理好的Ge衬底上沉积高介电介质层；步骤S4：在介质层上溅射沉积氮化钛或者氮化钽作为铝电极的阻挡层和粘着层后，再溅射沉积铝金属层；步骤S5：根据微电极制备控制信息，制备出微电极；步骤S6：背面溅射背电极，形成Ge MOS电容器件结构，获取提高锗Ge MOS电容器件性能结果信息。3.根据权利要求2所述的提高锗Ge MOS电容器件性能的方法，其特征在于，所述步骤S2包括：步骤S2.1：设置氨气和氮气体积比为5:1；通过控制进入反应腔腔体的气体流量控制混合气体的体积比；步骤S2.2：设置氨气的流量为250sccm，设置氮气的流量为50sccm；在预处理过程中，将反应腔温度始终保持在200℃，等离子体的反应功率保持在100W；设置预处理的时长为60s-120s。4.根据权利要求2所述的提高锗Ge MOS电容器件性能的方法，其特征在于，所述步骤S4包括：步骤S4.1：在介质层上溅射沉积氮化钛或者氮化钽50nm作为铝电极的阻挡层和粘着层后，再...
【专利技术属性】
技术研发人员：乌李瑛，程秀兰，瞿敏妮，付学成，马玲，权雪玲，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：
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