[发明专利]一种界面优化的锗基半导体器件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明通常涉及一种半导体器件及其制造方法，具体来说，涉及一种界面优化的锗基半导体器件及其制造方法。

背景技术

随着半导体技术的飞速发展，22纳米及以下MOS工艺集成电路关键核心技术的应用是集成电路发展的必然趋势，然而，随着半导体工艺的进一步发展，由于受限于Si(硅)基半导体材料固有的一些物理特性，如电子和空穴载流子迁移率限制等，现有Si基MOS器件的性能已很难有大的改善空间。为了进一步提高器件性能，寻找具有更高载流子迁移率的半导体材料成为下一代集成电路发展的必然趋势。

和Si材料相比，Ge(锗)具有更高的电子和空穴载流子迁移率，被认为是最有可能替代Si沟道的下一代高迁移率沟道材料。然而，高性能Ge基CMOS晶体管技术还面临着许多挑战，其中界面工程就是一个急需解决的问题。和Si衬底上固有的SiO₂界面层类似，在Ge衬底表面通常制备很薄的GeO₂界面层，以降低高k栅介质材料对沟道的可能退化影响。然而，和SiO₂界面层的高热稳定性相比，GeO₂界面层的热稳定性要差很多，在一定温度下(450℃以上)，GeO₂会和Ge衬底发生反应形成易挥发的GeO，从而降低了界面质量，如高的界面粗糙度和界面态等。因而如何提高Ge基MOS器件的界面特性成为下一代高迁移率沟道材料应用的关键问题之一。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供了一种界面优化的锗基半导体器件的制造方法，所述方法包括：提供锗基衬底；在所述锗基衬底上形成优化界面层；在所述优化界面层上形成半导体器件。其中所述方法提高了器件界面层的热稳定性，并降低界面电荷和界面态。

可选地，可以通过，清洗所述衬底，并用酸液去除所述衬底的表面氧化层；对所述衬底进行氮化处理，以形成包括GeN_X的优化界面层。

可选地，可以通过，对所述衬底进行氧化处理，以形成氧化物层；对所述器件在高真空环境下进行热处理，以使氧化物层去除；对所述衬底进行氮化处理，以形成包括GeN_X的优化界面层。

可选地，可以通过，在所述衬底上形成氧化物层；氮化所述氧化物层以形成包括GeON_X的优化界面层。

可选地，可以通过，在所述衬底上形成氧化物层；在所述氧化物层上形成金属层；对所述器件进行热处理，以使氧化物层与金属层反应形成包括三元氧化物的优化界面层。

可选地，可以通过，对所述衬底进行氧化处理，以形成氧化物层；对所述器件在高真空环境下进行热处理，以使氧化物层去除；在所述衬底上形成金属层；对所述器件进行热处理，以使金属层与衬底反应形成包括二元锗化物的优化界面层。

此外，本发明还提供了根据上述方法形成的界面优化的锗基半导体器件，所述器件包括：锗基衬底；形成于所述锗基衬底上的优化界面层；形成于优化界面层上的半导体器件。其中所述优化界面层具有更好的热稳定性，并降低界面电荷和界面态。所述优化界面层包括：GeN_X、GeSr_X、GeON_X、HfGeO_X或SrGeO_X，或其组合。

通过采用本发明所述的方法，在所述锗基衬底上形成优化界面层，例如GeN_X、GeSr_X、GeON_X、HfGeO_X或SrGeO_X，其具有更高的热稳定性，且与高k栅介质具有好的兼容性，从而提高了器件界面热稳定性，此外还降低了界面电荷和界面态。

附图说明

图1示出了根据本发明实施例的界面优化的锗基半导体器件制造方法的流程图；

图2-13示出了根据本发明的实施例的界面优化的锗基半导体器件各个制造阶段的示意图。

具体实施方式