專利名稱：一種鍺的表面鈍化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種半導(dǎo)體器件制備前的襯底表面鈍 化工藝，尤其涉及一種鍺基半導(dǎo)體器件制備前的鍺表面的鈍化方法。
背景技術(shù)：
集成電路芯片的發(fā)展基本上遵循摩爾定律(Moore Law)，即半導(dǎo)體芯片的集成度 以每18個月翻一番的速度增長。近年來，隨著微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，集成電路芯片變得 更小并且速度變得更快，金屬_氧化物_半導(dǎo)體(MOS)器件的驅(qū)動電流的改善變得更加重 要。MOS器件的驅(qū)動電流與柵極寬度與柵極長度的比率以及載流子遷移率有關(guān)。由于短溝 道效應(yīng)，影響MOS器件驅(qū)動電流的柵極寬度與柵極長度的比率難以增加。因此，高電子遷移 率材料的使用成為當(dāng)務(wù)之急。鍺(Ge)的電子和空穴遷移率分別是硅(Si)的3和4倍，而且，Ge的禁帶寬度比 Si要小很多，因此，Ge作為溝道材料可實現(xiàn)高遷移率電子器件，有望在低功耗高速邏輯器 件中獲得廣泛應(yīng)用。但是鍺不像硅那樣擁有非常穩(wěn)定的二氧化硅薄膜氧化層，Ge材料表面 容易氧化生成介電常數(shù)較低、熱穩(wěn)定性差且缺陷密度很高的GeOx (x<2)層，從而導(dǎo)致費米 能級釘扎(Fermi-level Pining)。常規(guī)的化學(xué)清洗并不能完全消除Ge的表面氧化物，而且 在高介電常數(shù)(高k)介質(zhì)(如HfO2)的淀積和后續(xù)熱工藝中，鍺表面仍然會不可避免地生成 低介電常數(shù)(低k)界面層并引入大量的缺陷能級，從而影響電子遷移率，降低了 MOS器件的 性能，因此我們需要研究鍺的表面鈍化技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提出一種鍺的表面鈍化方法，采用該鈍化方法可以 制備高遷移率的鍺基半導(dǎo)體器件，提高鍺基半導(dǎo)體器件的性能。為達(dá)到本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明提出了一種新型的鍺的表面鈍化方法，具體步 驟包括
配置濃度為0. 5-2mol/L的硫代乙酰胺(CH3CSNH2)溶液； 在25-60°C的溫度下將清洗好的Ge片放入所述CH3CSNH2溶液中鈍化1_30分鐘； 清洗鈍化好的Ge片并吹干；
以三甲基鋁(TMA)作為Al的前驅(qū)體，H2O作為氧(0)的前驅(qū)體，在溫度為200-350°C、 ALD反應(yīng)腔壓強為0. 5-15torr的條件下，采用原子層淀積(ALD)方法在Ge片表面淀積一層 0. 5-3納米厚Al2O3薄膜。進(jìn)一步地，所述Al2O3薄膜的厚度通過調(diào)節(jié)淀積Al2O3的反應(yīng)周期數(shù)來控制，其中淀 積一次Al2O3的反應(yīng)周期包括1-5秒的TMA氣體脈沖時間；2-10秒的氮氣吹洗時間；1_5秒 的去離子水蒸汽通入時間；2-10秒的氮氣吹洗時間。采用CH3CSNH2溶液鈍化Ge片，可以清除Ge片表面的介電常數(shù)較低、熱穩(wěn)定性差且 缺陷密度很高的GeOx (x<2)層，并且能夠生成均勻致密的GeSx鈍化層，防止Ge片表面的再次氧化，消除費米能級釘扎。采用原子層淀積方法在鈍化后的Ge片表面淀積一層高質(zhì)量的Al2O3薄膜，Al2O3作 為一種優(yōu)良的高k材料，能夠阻擋0原子到達(dá)Ge片表面，防止Ge片表面的再次氧化，從而 可以獲得優(yōu)良的Al203/Ge界面。


圖1為經(jīng)過清洗后的Ge片結(jié)構(gòu)。圖2為Ge片在CH3CSNH2溶液中鈍化后的結(jié)構(gòu)。圖3為在Ge片上淀積Al2O3薄膜后的結(jié)構(gòu)。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖與具體實施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，在圖中，為了方便 說明，放大或縮小了層和區(qū)域的厚度，所示大小并不代表實際尺寸。盡管這些圖并不能完全 準(zhǔn)確的反映出器件的實際尺寸，但是它們還是完整的反映了區(qū)域和組成結(jié)構(gòu)之間的相互位 置，特別是組成結(jié)構(gòu)之間的上下和相鄰關(guān)系。首先，配置濃度為lmol/L的CH3CSNH2溶液，然后將化學(xué)清洗后的Ge片放入配置好 的CH3CSNH2溶液中，在50°C的溫度下，將Ge片鈍化10分鐘?；瘜W(xué)清洗后的Ge片101表面會附著一層薄的GeOx (x<2)氧化物層102，如圖1所 示。鈍化結(jié)束后，Ge片表面附著的GeOx層102會被清除掉，并且在Ge片101的表面生成一 層均勻致密的GeSx鈍化層103，如圖2所示。鈍化結(jié)束后，采用去離子水將Ge片漂洗10秒，然后再用干凈的N2將Ge片吹干備用。接下來，將Ge片裝入ALD反應(yīng)腔中，開啟原子層淀積設(shè)備。當(dāng)ALD反應(yīng)腔內(nèi)溫度 達(dá)到250 °C，氣壓降低至10托后，在Ge片表面淀積一層1納米厚的Al2O3薄膜104，如圖3 所示。淀積Al2O3時，采用TMA作為Al的前驅(qū)體，采用H2O作為0的前驅(qū)體。通過改變淀 積Al2O3的反應(yīng)周期數(shù)來控制生長所需要的Al2O3薄膜厚度，其中淀積Al2O3的單個反應(yīng)周 期包括1. 5秒的三甲基鋁氣體通入時間，3秒的氮氣吹洗時間，1秒的去離子水蒸汽通入時 間，3秒的氮氣吹洗時間。如上所述，在不偏離本發(fā)明精神和范圍的情況下，還可以構(gòu)成許多有很大差別的 實施例。應(yīng)當(dāng)理解，除了如所附的權(quán)利要求所限定的，本發(fā)明不限于在說明書中所述的具體 實例。
權(quán)利要求
1.一種鍺的表面鈍化方法，其特征在于具體步驟為 配置濃度為0. 5-2mol/L的CH3CSNH2溶液；在25-60°C的溫度下將清洗好的Ge片放入所述CH3CSNH2溶液中，鈍化1_30分鐘； 清洗鈍化好的Ge片并吹干；以三甲基鋁作為鋁的前驅(qū)體,H2O作為氧的前驅(qū)體，在溫度為200-350°C、原子層淀積反 應(yīng)腔壓強為0. 5-15torr的條件下，采用原子層淀積方法在Ge片表面淀積一層0. 5-3納米 厚Al2O3薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鍺的表面鈍化方法，其特征在于，所述Al2O3薄膜的厚度通過 調(diào)節(jié)淀積Al2O3的反應(yīng)周期數(shù)來控制，其中淀積一次Al2O3的反應(yīng)周期包括1_5秒的三甲基 鋁氣體通入時間；2-10秒的氮氣吹洗時間；1-5秒的去離子水蒸汽通入時間；2-10秒的氮 氣吹洗時間。
全文摘要
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，具體公開了一種鍺的表面鈍化方法。采用硫代乙酰胺(CH3CSNH2)溶液鈍化鍺(Ge)片，可以清除Ge片表面的自然氧化物，并且能夠生成均勻致密的GeSx鈍化層，防止Ge片表面的再次氧化，消除費米能級釘扎。在鈍化后的Ge片上，采用原子層淀積方法淀積一層高質(zhì)量的Al2O3薄膜來防止Ge片表面的再次氧化，可以獲得優(yōu)良的Al2O3/Ge界面。
文檔編號H01L21/465GK102005390SQ20101051147
公開日2011年4月6日 申請日期2010年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月19日
發(fā)明者孫清清, 張衛(wèi), 王鵬飛, 譚葛明 申請人:復(fù)旦大學(xué)