锗衬底上制备金属-氧化物-半导体场效应晶体管方法技术

一种锗衬底上制备金属-氧化物-半导体场效应晶体管方法，包括：清洗锗片；在清洗后的锗片上采用射频磁控反应溅射的方法在氩气和氮气的氛围中依次淀积氮化硅薄膜和氮化铪薄膜，重复多次淀积多层氮化硅和氮化铪叠层；然后在氮气的氛围中快速热退火形成铪硅氧氮介质；然后采用射频磁控反应溅射的方法淀积金属电极材料并形成栅电极图形；源漏离子注入并激活退火形成重掺杂的源漏区域；淀积金属并形成源漏端的欧姆接触；最后在氮气的氛围中在炉管中退火金属化。本发明专利技术在铪基高介电常数介质中掺入硅元素，避免了在栅介质淀积后的退火和金属电极形成后的退火过程中生成含有大量缺陷态的锗的氧化物的问题，降低了界面处的固定电荷和电荷俘获。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于纳米特征尺寸半导体器件制备
，尤其涉及在锗衬底上采用铪基高介电常数栅介质制备金属-氧化物-半导体(MOS)场效应晶体管的方法。
技术介绍
历史上，第一个晶体管和第一块集成电路都采用锗衬底材料制备。由于锗的氧化物的热力学不稳定性和易溶于水的特性，使其不适合作为栅介质材料；而二氧化硅则具有优异的物理特性和电学特性，因此采用硅衬底的金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)在过去的四十年间获得了广泛的研究和应用。四十年来，集成电路技术按摩尔定律持续发展，特征尺寸不断缩小，集成度不断提高。随着器件尺寸的不断减小，栅氧化层厚度也随之减薄。目前，MOSFET的特征尺寸已进入亚50纳米，栅氧化层(二氧化硅或者氮化氧化硅)厚度亦减小到I. 2纳米以下。如果仍采用传统二氧化硅栅介质，栅介质直接隧穿电流将成指数规律急增。为了解决此问题，采用铪基高介电常数介质作为新型栅介质获得了广泛的研究。在相同的等效氧化层厚度情况下，高介电常数介质具有更厚的物理厚度，因此栅介质直接隧穿电流大大减小，功耗显著降低。铪基高介电常数介质的出现使得锗衬底的MOSFET重新获得了人们的重视。和硅相比，锗具有更大的电子和空穴迁移率，因此制备的MOSFET具有更高的速度。锗和铪基高介电常数介质界面特性与硅和铪基高介电常数介质界面特性不同。在高介电常数介质淀积之后的热处理过程中，氧原子很容易扩散到锗和高介电常数介质界面处与锗原子发生反应生成锗的氧化物。与二氧化硅不同，锗的氧化物含有大量的缺陷态，会在界面处产生大量的界面固定电荷或者界面态。因此，有必要寻找一种方法避免由于锗的氧化物的生成而影响器件的性能。除此以外，锗的很多物理化学性质和硅不同，例如锗不能够采用硅工艺中的3#和1#清洗液清洗，杂质离子注入后的激活温度和硅也不相同。因此对于锗MOSFET的制备，需要研发全新的工艺流程。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种在锗衬底上制备金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)的方法。为实现上述目的，本专利技术提供的在锗衬底上制备金属-氧化物-半导体场效应晶体管的方法，主要包括I)清洗锗片分别在丙酮和乙醇中浸泡，然后在双氧水溶液中氧化，接着在盐酸溶液中腐蚀，水冲洗后用氮气吹干；2)在清洗后的锗片上采用射频磁控反应溅射的方法在氩气和氮气的氛围中依次淀积氮化硅薄膜和氮化铪薄膜，重复淀积多层氮化硅和氮化铪叠层；3)在氮气的氛围中快速热退火形成铪硅氧氮介质；4)在铪硅氧氮介质上形成光刻胶的图形；5)采用射频磁控反应溅射的方法淀积金属电极材料；6)对金属电极材料进行剥离以形成电极图形；7)源漏区域离子注入并于350摄氏度到450摄氏度退火激活；8)采用射频磁控反应溅射的方法淀积金属并对金属进行剥离以形成源漏端欧姆接触和金属连线；9)在氮气的氛围中在炉管中退火金属化。所述的方法中，步骤I清洗锗片的步骤包括在丙酮中浸泡5-20分钟，乙醇中浸泡5-20分钟，去离子水冲洗，然后在双氧水溶液中氧化10-120秒，去离子水冲洗，接着在盐酸溶液中腐蚀30-300秒，去离子水冲洗，双氧水溶液氧化和盐酸溶液腐蚀重复2-5次；然后去 离子水冲洗，用氮气吹干。所述的方法中，双氧水溶液的体积百分比浓度为2% _10%，盐酸溶液的体积百分比浓度为5% -20%。所述的方法中，步骤2依次淀积氮化硅薄膜和氮化铪薄膜的步骤包括在溅射前将溅射室真空抽至I X 10_6托到I X 10_7托之间，充入氮气和氩气，二者的体积比为I : 20到6 20之间，然后依次溅射硅靶和铪靶，淀积氮化硅薄膜和氮化铪薄膜，重复I次到10次淀积多层氮化硅和氮化铪叠层。所述的方法中，氮化硅薄膜的厚度为2埃-6埃，氮化铪薄膜的厚度为2埃-9埃。所述的方法中，步骤3快速热退火的步骤包括在氮气的气氛中300摄氏度至600摄氏度的温度下快速热退火30秒到120秒。所述的方法中，步骤5淀积金属电极材料的步骤包括在溅射前将溅射室真空抽至IX 10_6托到IX 10_7托之间，充入氮气和氩气，二者的体积比为I : 20到6 20之间，然后溅射钽靶或者钛靶，淀积氮化钽电极薄膜或者氮化钛电极薄膜，氮化钽电极薄膜和氮化钛电极薄膜的厚度均为500埃-2000埃。所述的方法中，步骤7离子注入并退火激活的步骤包括注入的离子为BF2，能量为20千电子伏特到60千电子伏特之间，剂量为2E15到6E15之间；退火5分钟到60分钟。所述的方法中，步骤8淀积金属并对金属进行剥离以形成电极图形的步骤中，所述的金属为金属铝、金属钛、金属氮化钛或者它们的叠层结构。所述的方法中，步骤9退火金属化的步骤包括在氮气的氛围中，300摄氏度到500摄氏度下，炉管中退火20分钟到60分钟。与公知技术相比较，本专利技术具有以下有益效果I、本专利技术采用的化学试剂为硅基MOSFET工艺常用的试剂；采用铪硅氧氮高介电常数介质与金属栅电极材料，与硅基MOSFET标准工艺具有良好兼容性。2、本专利技术采用在铪基高介电常数介质中掺入硅元素的方法，可以有效阻挡氧原子的扩散，避免了在随后的热处理过程中氧原子和界面处的锗原子发生反应生成锗的氧化物，从而减少了界面缺陷态的生成。3、本专利技术的源漏杂质激活的温度较低，利于和铪基高介电常数介质和金属栅电极的集成。该方法工艺简单，而且制备的难度和成本低，具有很高的应用性。附图说明图I是本专利技术提供的在锗衬底上制备MOSFET的方法流程图；图2是采用铪硅氧氮介质和氮化钽电极的锗MOSFET和硅MOSFET的空穴迁移率和沟道中纵向有效电场的关系曲线。具体实施方式 本专利技术主要包括(I)提供了一种锗衬底的清洗方法；(2)提供了一种锗衬底上栅介质的制备方法，以解决在栅介质淀积后的退火和金属电极形成后的退火过程中生成含有大量缺陷态的锗的氧化物的问题；(3)提供了一种在锗衬底上形成重掺杂源漏区域的方法。为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。本专利技术采用铪硅氧氮高介电常数介质作为栅介质来改善锗衬底上的MOSFET的界面特性。如图I所示，图I是本专利技术提供的在锗衬底上制备MOSFET的方法流程图，该方法包括步骤101 :清洗锗片；步骤102 :在清洗后的锗片上采用射频磁控反应溅射的方法在氩气和氮气的氛围中依次淀积氮化硅薄膜和氮化铪薄膜，然后重复一次；步骤103 :在氮气的氛围中快速热退火形成铪硅氧氮介质；步骤104 :在铪硅氧氮介质上形成光刻胶图形；步骤105 :采用射频磁控反应溅射的方法淀积金属电极材料；步骤106 :对金属电极材料进行剥离以形成电极图形；步骤107 :源漏区域的离子注入并退火激活；步骤108 :采用射频磁控反应溅射的方法淀积金属并对金属进行剥离以形成源漏端欧姆接触和金属连线；步骤109 :在氮气的氛围中在炉管中退火金属化。以下结合具体实施例进一步详细说明本专利技术提供的技术方案，本实施例的具体工艺步骤如下(I)清洗锗片在丙酮中浸泡10分钟，乙醇中浸泡5分钟，去离子水冲洗，然后在双氧水溶液中氧化60秒，去离子水冲洗，接着在盐酸溶液中腐蚀30秒，去离子水冲洗，双氧水溶液氧化和盐酸溶液腐蚀重复3次；然后去离子水冲洗,用氮气吹干。其中,所述双氧水溶液的浓度为5%，所述盐酸溶液的浓本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在锗衬底上制备金属？氧化物？半导体场效应晶体管的方法，主要包括：1)本专利技术特征技术之一是清洗锗片，分别在丙酮和乙醇中浸泡，然后在双氧水溶液中氧化，接着在盐酸溶液中腐蚀，水冲洗后用氮气吹干；2)在清洗后的锗片上采用射频磁控反应溅射的方法在氩气和氮气的氛围中依次淀积氮化硅薄膜和氮化铪薄膜，重复淀积多层氮化硅和氮化铪叠层；3)在氮气的氛围中快速热退火形成铪硅氧氮介质；4)在铪硅氧氮介质上形成光刻胶的图形；5)采用射频磁控反应溅射的方法淀积金属电极材料；6)对金属电极材料进行剥离以形成电极图形；7)源漏区域离子注入并在350摄氏度到450摄氏度退火激活；8)采用射频磁控反应溅射的方法淀积金属并对金属进行剥离以形成源漏端欧姆接触和金属连线；9)在氮气的氛围中在炉管中退火金属化。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：胡爱斌，许高博，徐秋霞，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：