[发明专利]一种利用ALD制备锗基MOS电容的方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种利用ALD制作锗基MOS电容的方法。

背景技术

自20世纪60年代以来，硅一直是现代电子工业中最重要的半导体材料，主要是由于它形成非常高质量的天然氧化物用于表面钝化。经过40多年的持续小型化，经典体硅MOSFET的缩小正接近其许多基本极限，这就需要新材料和新的器件结构的创新。

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,其在硅基集成电路领域的研究已取得了不少的进展，Intel公司已将高k栅介质材料和金属栅应用到了其45 nm节点的CPU制造技术当中，取得了优异的性能。但是其也面临着一些问题，如氧化物与界面的质量比SiO₂差很多，由于库伦散射、声子散射等原因，导致沟道迁移率的下降等。

由于半导体锗(Ge)的迁移率比硅大的多（电子迁移率约为两倍，空穴迁移率约为4倍），可以缓和MOSFET漏极电流饱和问题，而且与传统的硅基集成电路技术相兼容，所以锗被认为是很有前景的沟道替换材料。 

最近，许多高k栅介质被应用到Ge基MOS上，例如氧化铝、氧化铪、氧化锆等。他们在减小等效氧化层厚度(EOT)，减小栅泄漏电流，增加空穴迁移率等方面很有潜力。但是，空穴的迁移率并没有比硅材料增加四倍，电子的迁移率也没有显著的提升，可能主要是因为栅介质和Ge半导体表面形成的界面不够完美或者界面态密度太高造成的。

另外，发展与现代CMOS工艺相兼容的薄膜制备技术也是微电子研究的热点。其中原子层淀积技术(Atomic Layer Deposition，ALD)是一种可对薄膜厚度进行单原子层级别或者说埃(?)级别控制的化学气相淀积技术。ALD技术从上世纪70年代发展至今已取得很大进展，其已写进了国际半导体技术路线图(ITRS)，作为与微电子工艺兼容的候选技术在微电子领域显示出广阔的应用前景。

ALD技术之所以受到业界青睐，跟其所特有的生长原理和技术特点有关的。ALD淀积虽然是一种化学气相淀积(CVD)技术，但与传统的CVD技术相比，还是有很大差别的，ALD技术是基于顺次进行的表面饱和化学自限制的生长过程，它将反应气体交替脉冲式的通入到反应腔中。一个ALD反应循环包含4个步骤：(1)第一种反应前体以脉冲的方式进入反应腔并化学吸附在衬底表面；(2)待表面吸附饱和后，用惰性气体将多余的反应前体吹洗出反应腔；(3)接着第二种反应前体以脉冲的方式进入反应腔，并与上一次化学吸附在表面上的前体发生反应；(4)待反应完全后再用惰性气体将多余的反应前体及其副产物吹洗出反应腔。整个ALD生长过程由一个周期的多次循环重复实现。所有的ALD的本质特征就是表面反应达到饱和，使得生长自动停止，因此薄膜的厚度直接正比于表面反应已完成的次数，既反应循环数，这样可以通过控制淀积的反应循环数，就可以实现对薄膜厚度的精确控制。另外由于其自限制的表面反应特性，可对高宽比很大的表面形成均匀的覆盖。此外通过控制不同源脉冲循环的次数比例也可以控制薄膜中不同物质的含量。

发明内容

本发明的目的是提供一种能改善Ge基MOS电容电学性能的Ge基MOS电容及其制备方法。

本发明提出的Ge基MOS电容，由Ge基衬底(101)、快速热氧化形成的GeO₂(103）、HfO₂栅介质层(104)和电极(105)构成。

本发明的Ge基MOS电容制备方法包括以下步骤：

1）对Ge基衬底进行清洗；

2）对清洗好的衬底进行快速热氧化(RTO)，形成GeO₂ ；

3）将经过快速热氧化的衬底放入ALD腔，反应腔温度为150-300^oC，顺次通入Hf[N(C₂H₅)(CH₃)]₄和去离子水以完成一个ALD循环，生成HfO₂栅介质层；ALD循环次数由HfO₂栅介质层的厚度要求确定；

4）在HfO₂栅介质层上制作电极。

上述步骤1）的清洗过程为：先将Ge基衬底在乙醇中浸泡5-10 min，然后再在丙酮中超声清洗5-10 min，然后再用乙醇超声清洗5-10 min用以去除表面油污等杂质，用去离子水冲洗几次后用1：50体积的氢氟酸和去离子水循环几次超声震荡和漂洗以去除表面天然GeO_x，每步15-20 s，最后用高纯氮吹干待用。