一种锗基mos器件衬底的表面钝化方法及得到的锗基mos器件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体器件领域，具体而言，本发明涉及一种ALD沉积高k值材料的锗基M0S器件衬底的表面钝化方法及锗基M0S器件。
【背景技术】
[0002]由于硅的天然氧化物质量非常高，能够方便的制造金属-氧化物-半导体场效应晶体管，因此，硅一直是现代电子工业中重要的半导体材料。经过40多年的持续小型化，半导体器件的特征尺寸进入到45nm技术节点以后，基于娃材料的M0SFET的正接近其基本的物理极限。如果继续缩小尺寸，隧穿和巨大的漏电将给晶体管工作带来巨大的影响。为了减小栅隧穿电流，降低器件的功耗，消除多晶硅耗尽效应和p型金属-氧化物-半导体场效应晶体管(PM0SFET)中硼穿透引起的可靠性问题，缓解费米能级钉扎效应，高介电常数(k)材料，例如Hf02，代替传统的Si02结构成为了必然的趋势。和传统的二氧化硅栅介质相比，高介电常数(k)材料可以对介质物理厚度的限制放宽k/3.9倍，而不影响器件的电学性质。在硅衬底上的研究已经取得了很大进展，Intel公司已将高k值栅介质材料和金属栅应用至IJ了其45nm节点的CPU制造技术当中，取得了优异的性能。
[0003]然而，根据国际半导体技术发展蓝图，CMOS技术将于2015-2020年进入16nm技术节点。浸入式光刻的延伸技术、迀移率增强衬底技术、超浅结(以及其他应变增强工程等方法，将成为16nm节点的关键技术问题。由于衬底迀移率对器件性能有很大影响，迀移率增强衬底技术得到了越来越广泛的关注。锗因其极高的载流子迀移率，且与半导体工艺兼容，被认为是最具潜力的高迀移率半导体材料。锗的电子迀移率与空穴迀移率分别大约是硅的2与4倍，而且迀移率还可以通过应变增强技术得到进一步提高，是CMOS器件理想的沟道材料。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的第一方面问题在于为了提高锗基M0S器件的性能，提供了一种用ALD方法沉积高k值材料的锗基M0S器件衬底的表面钝化方法。该方法能在不影响提高氧化层介电常数的前提下，有效地防止锗衬底在沉积过程中的氧化，减小锗衬底与栅介质界面处的界面态密度、改善衬底与栅介质的界面质量，提高锗基M0S器件的性能。
[0005]为解决上述技术问题，本发明提供的一种ALD沉积高k值材料的锗基M0S器件衬底的表面钝化方法，其包括如下步骤:
[0006](1)对锗衬底进行清洗；
[0007](2)用HF溶液处理锗衬底，除去锗衬底的自然氧化层并在衬底表面形成Ge-H键；
[0008](3)用氯苯的饱和PCU容液处理，将表面的Ge-H键转变成Ge_Cl键；
[0009](4)再用四氢呋喃的烷基1?化镁(R-Mg-X)溶液处理，其中R为链烃，X为1?素，将Ge-Cl键转变成Ge-R，使表面得到钝化；
[0010](5)将钝化后的锗衬底用ALD技术表面沉积高k值栅极介质材料；
[0011](6)沉积金属电极。
[0012]所述步骤(1)中，用有机溶剂超声清洗2-10分钟除去锗衬底表面的有机物。有机溶剂包括但不限为丙酮、乙醇、异丙醇等。
[0013]所述步骤(2)中，用2 % HF溶液处理锗衬底30-120秒。
[0014]在所述的步骤(2)中，HF溶液浸泡处理锗衬底后，再用去离子水冲洗干净，队吹干，使表面形成Ge-H键。。
[0015]所述步骤(3)中，将锗衬底置于氯苯的饱和PC15溶液0.5-3小时，溶液温度保持在80-95°C，将锗衬底表面的Ge-H键转变成Ge_Cl键，取出之后用氯苯和四氢呋喃冲洗数次。
[0016]所述步骤⑷中，将锗衬底浸入于四氢呋喃的烷基卤化镁(R-Mg-X)溶液中，其中R为链烃，X为卤素，溶液浓度为lmol/L，温度保持在70°C，时间在8-24小时，将锗衬底表面的Ge-Cl键转变成Ge-R，使得衬底表面形成Ge_R键，从而起到钝化的效果，取出之后用四氢呋喃和甲醇清洗数次。
[0017]本发明的一优选技术方案中，R基选自饱和链烃和不饱和链烃，优选为饱和链烃；更优选 R 基为 CnH2n+1，其中 η = 1,2, 3,4, 5,6, 7,8,9, 10，11，12 ;更优选 R 基为 CnH2n+1，其中 η=1，2，3，4ο
[0018]所述步骤(5)中，所述的高k值栅介质，选自A1203、Ti203、Hf02、Zr02、La203中的一种或者两种以上相互的掺杂。
[0019]所述步骤￠)中，通过掩模板在表面沉积金属电极。
[0020]本发明优选技术方案中，采用N型〈100〉晶向的单晶锗衬底。
[0021]本发明的第二方面，提供一种锗基M0S器件，其结构依次由:锗衬底层，钝化层，高k值栅极介质层和金属电极构成。
[0022]本发明优选技术方案中，所述钝化层为锗衬底层表面的Ge-R键。其中，R基选自饱和链烃和不饱和链烃，优选为饱和链烃；更优选R基为CnH2n+1，其中η =1,2, 3,4, 5,6, 7,8,9, 10，11，12 ;更优选 R 基为 CnH2n+1，其中 η = 1，2，3，4。
[0023]所述的高k值栅介质选自A1203、Ti203、Hf02、Zr02、La203中的任一种或者两种以上相互掺杂。
[0024]相比于现有技术中的解决方案，本发明的有益效果是:
[0025]与在高k值材料和衬底之间插入一层钝化层的现有技术钝化方法相比，本发明的制备方法得到的锗基M0S器件不会在衬底表面形成一层介电常数较低的氧化物层，避免介电损失，能用显著提高氧化层介质的介电常数，从而降低等效氧化物厚度。与用卤素来钝化衬底表现相比，Ge-C键(Ge-CH3之间的链接键)的键能(460kJ/mol)比Ge-卤素的键能大(Ge-Cl 键的键能为 356kJ/mol，Ge-Br 为 276kJ/mol，Ge_I 为 213kJ/mol)。本发明中，羟基对界面进行钝化的效果比卤素的效果要好。
[0026]本方法利用羟基对锗衬底表面的钝化，有效地减小锗衬底与栅介质之间的界面态密度，明显提高了钝化效果。
【附图说明】
[0027]下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述:
[0028]图1为本发明一实施例的ALD方法沉积高k值材料的锗基M0S器件衬底表面钝化方法的流程图；
[0029]图2为本发明ALD方法沉积高k