CN102005390B - 一种锗的表面钝化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于半导体制造技术领域，具体公开了一种锗的表面钝化方法。采用硫代乙酰胺（CH3CSNH2）溶液钝化锗（Ge）片，可以清除Ge片表面的自然氧化物，并且能够生成均匀致密的GeSx钝化层，防止Ge片表面的再次氧化，消除费米能级钉扎。在钝化后的Ge片上，采用原子层淀积方法淀积一层高质量的Al2O3薄膜来防止Ge片表面的再次氧化，可以获得优良的Al2O3/Ge界面。
Description
技术领域
本发明属于半导体制造技术领域，具体涉及一种半导体器件制备前的衬底表面钝化工艺，尤其涉及一种锗基半导体器件制备前的锗表面的钝化方法。
背景技术
集成电路芯片的发展基本上遵循摩尔定律(Moore Law)，即半导体芯片的集成度以每18个月翻一番的速度增长。近年来，随着微电子技术的不断发展，集成电路芯片变得更小并且速度变得更快，金属-氧化物-半导体（MOS）器件的驱动电流的改善变得更加重要。MOS器件的驱动电流与栅极宽度与栅极长度的比率以及载流子迁移率有关。由于短沟道效应，影响MOS器件驱动电流的栅极宽度与栅极长度的比率难以增加。因此，高电子迁移率材料的使用成为当务之急。
锗（Ge）的电子和空穴迁移率分别是硅（Si）的3 和4倍，而且，Ge的禁带宽度比Si要小很多，因此，Ge作为沟道材料可实现高迁移率电子器件，有望在低功耗高速逻辑器件中获得广泛应用。但是锗不像硅那样拥有非常稳定的二氧化硅薄膜氧化层，Ge材料表面容易氧化生成介电常数较低、热稳定性差且缺陷密度很高的GeOx （x<2）层， 从而导致费米能级钉扎（Fermi-level Pining）。常规的化学清洗并不能完全消除Ge的表面氧化物，而且在高介电常数（高k）介质（如HfO2）的淀积和后续热工艺中，锗表面仍然会不可避免地生成低介电常数（低k）界面层并引入大量的缺陷能级，从而影响电子迁移率，降低了MOS器件的性能，因此我们需要研究锗的表面钝化技术。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提出一种锗的表面钝化方法，采用该钝化方法可以制备高迁移率的锗基半导体器件，提高锗基半导体器件的性能。
为达到本发明的上述目的，本发明提出了一种新型的锗的表面钝化方法，具体步骤包括：
配置浓度为0.5-2mol/L的硫代乙酰胺（CH3CSNH2）溶液；
在25-60℃的温度下将清洗好的Ge片放入所述CH3CSNH2溶液中钝化1-30分钟；
清洗钝化好的Ge片并吹干；
以三甲基铝（TMA）作为Al的前驱体，H2O作为氧（O）的前驱体，在温度为200-350℃、ALD反应腔压强为0.5-15torr的条件下，采用原子层淀积（ALD）方法在Ge片表面淀积一层0.5-3纳米厚Al2O3薄膜。
进一步地，所述Al2O3薄膜的厚度通过调节淀积Al2O3的反应周期数来控制，其中淀积一次Al2O3的反应周期包括：1-5秒的TMA气体脉冲时间；2-10秒的氮气吹洗时间；1-5秒的去离子水蒸汽通入时间；2-10秒的氮气吹洗时间。
采用CH3CSNH2溶液钝化Ge片，可以清除Ge片表面的介电常数较低、热稳定性差且缺陷密度很高的GeOx（x<2）层，并且能够生成均匀致密的GeSx钝化层，防止Ge片表面的再次氧化，消除费米能级钉扎。
采用原子层淀积方法在钝化后的Ge片表面淀积一层高质量的Al2O3薄膜，Al2O3作为一种优良的高k材料，能够阻挡O原子到达Ge片表面，防止Ge片表面的再次氧化，从而可以获得优良的Al2O3/Ge界面。
附图说明
图1为经过清洗后的Ge片结构。
图2为Ge片在CH3CSNH2溶液中钝化后的结构。
图3为在Ge片上淀积Al2O3薄膜后的结构。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明，在图中，为了方便说明，放大或缩小了层和区域的厚度，所示大小并不代表实际尺寸。尽管这些图并不能完全准确的反映出器件的实际尺寸，但是它们还是完整的反映了区域和组成结构之间的相互位置，特别是组成结构之间的上下和相邻关系。
首先，配置浓度为1mol/L的CH3CSNH2溶液，然后将化学清洗后的Ge片放入配置好的CH3CSNH2溶液中，在50℃的温度下，将Ge片钝化10分钟。
化学清洗后的Ge片101表面会附着一层薄的GeOx（x<2）氧化物层102，如图1所示。钝化结束后，Ge片表面附着的GeOx层102会被清除掉，并且在Ge片101的表面生成一层均匀致密的GeSx钝化层103，如图2所示。
钝化结束后，采用去离子水将Ge片漂洗10秒，然后再用干净的N2将Ge片吹干备用。
接下来，将Ge片装入ALD反应腔中，开启原子层淀积设备。当ALD反应腔内温度达到250 ℃，气压降低至10托后，在Ge片表面淀积一层1纳米厚的Al2O3薄膜104，如图3所示。
淀积Al2O3时，采用TMA作为Al的前驱体，采用H2O作为O的前驱体。通过改变淀积Al2O3的反应周期数来控制生长所需要的Al2O3薄膜厚度，其中淀积Al2O3的单个反应周期包括：1.5秒的三甲基铝气体通入时间，3秒的氮气吹洗时间，1秒的去离子水蒸汽通入时间，3秒的氮气吹洗时间。
如上所述，在不偏离本发明精神和范围的情况下，还可以构成许多有很大差别的实施例。应当理解，除了如所附的权利要求所限定的，本发明不限于在说明书中所述的具体实例。
Claims (2)
1. 一种锗的表面钝化方法，其特征在于具体步骤为：
配置浓度为0.5-2mol/L的CH3CSNH2溶液；
将清洗好的Ge片放入所述CH3CSNH2溶液中，在25-60℃的温度下钝化1-30分钟；
清洗钝化好的Ge片并吹干；
以三甲基铝作为铝的前驱体，H2O作为氧的前驱体，在温度为200-350℃、原子层淀积反应腔压强为0.5-15torr的条件下，采用原子层淀积方法在Ge片表面淀积一层0.5-3纳米厚的Al2O3薄膜。
2. 根据权利要求1所述的锗的表面钝化方法，其特征在于，所述Al2O3薄膜的厚度通过调节淀积Al2O3的反应周期数来控制，其中淀积一次Al2O3的反应周期包括：1-5秒的三甲基铝气体通入时间；2-10秒的氮气吹洗时间；1-5秒的去离子水蒸汽通入时间；2-10秒的氮气吹洗时间。
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