技术领域

本发明属于超大规模集成电路 （ULSI ) 工艺制造技术领域， 具体涉及一种锗基器件表面 处理方法。

背景技术 集成电路技术遵循着摩尔定律已发展了 40 多年， 带来集成电路集成度及功能的迅速提 升， 金属-氧化物-半导体场效应晶体管 (M0SFET)几何尺寸的减小是提高器件速度并降低� ��产 成本的主要手段。然而器件特征尺寸的进一步 缩小使晶体管逐渐达到物理和技术的双重极限 ， 传统体 Si器件性能难以按照以往速度进一步提升。高� ��移率沟道材料的引入可以进一步提升 器件性能， 因此锗基器件成为当前研究的热点。 相比硅材料， 锗材料在低电场下空穴迁移率 是硅材料的 4倍， 电子迁移率是硅材料的 2倍， 因此， 锗基材料作为一种新的沟道材料以其 更高、 更加对称的载流子迁移率成为高速 M0SFET器件很有希望的发展方向之一。 但是， 目前锗基器件制备技术还不成熟， 器件性能还不太理想， 仍有许多问题未得到妥 善解决。 首先， 锗基器件界面存在较高密度的界面态， 散射加剧， 造成锗基器件迁移率始终 不高。 其次， 在较低的温度下 （330度）， 锗基衬底材料就会发生外扩散现象， 即锗以一氧化 锗气体的形式向衬底外挥发， 造成锗基衬底表面和其上淀积的薄膜的形貌都 明显变差， 导致 漏电增大。 第三， 金属锗化物薄膜的热稳定性比较差， 金属锗化物薄膜会由于成核凝聚反应 使得金属锗化物凝聚并形成很多空洞， 薄膜质量变差。 以上这些问题严重影响锗基器件特性 并给锗基器件工艺制备带来困难。

发明内容 为了解决上述问题， 本发明提出一种锗基器件表面钝化剂及采用该 钝化剂对锗基器件进 行表面预处理的方法， 该方法利于提高所制备器件的性能， 而且工艺简单， 成本较低， 效果 显著。 通过该钝化剂对锗基器件进行表面预处理， 可以减小界面态并且能够有效抑制自然氧 化层的再次生成和锗基衬底材料的外扩散现象 ， 还可以显著提高金属锗化物的热稳定性。 一种锗基表面钝化剂， 其特征在于， 为氟化铵水溶液， 其质量百分比浓度为 20-55%。 一种用氟化铵溶液作为钝化剂对锗基器件进行 表面预处理的方法， 其包括以下步骤：

1)以半导体锗基衬底为基片；

2)对基片进行清洗；

3)去除表面氧化层；

4)氟化铵水溶液对基片进行表面处理，处理的� ��间为 5-35min，处理在大气环境下进行。 所述 1)步骤中， 锗基衬底是体锗衬底、 外延锗衬底或锗覆绝缘（G0I )衬底。 衬底可以是 N型掺杂也可以是 P型。

所述步骤 2)中的清洗步骤可以为有机清洗、 盐酸清洗、 HF清洗等， 但不局限于上述清洗 方法， 目的是对基片的有机和无机污染物、 金属颗粒等进行去除。

所述 3)步骤中， 去除表面氧化层的方法采用在 HC1、 HF或者 HBr溶液中浸泡的方法。

所述 4)步骤之后， 可以进一步淀积金属薄膜， 如镍、 铂或钴等等， 并反应退火生成金属 锗化物。 反应退火工艺温度介于 300至 600度， 退火时间介于 10秒至 70秒。 也可以淀积二氧化 硅或其他一些高 K介质层， 比如 A1 ₂ 0 ₃ 、 Zr0 ₂ 、 Y ₂ 0 ₃ 等等。

与现有技术相比， 本发明的有益效果是：

首先， 使用氟化铵水溶液对锗基器件进行表面预处理 ， 可以在锗基器件表面引入电负性 高的氟， 易于形成稳定的 Ge-F键， 因此， 氟化铵表面预处理可以钝化锗表面， 减少界面态的 影响； 第二， 在薄膜淀积和反应退火过程中， 经过氟化铵预处理的锗基器件表面可以抑制一 氧化锗气体的形成和挥发， 减弱锗的外扩散， 进而获得平整均匀的表面。 第三， 由于自然氧 化层的存在会加剧锗的外扩散现象， 进而破坏锗基器件表面， 所以在淀积薄膜前需要去除自 然氧化层。 但是只要接触大气， 自然氧化层又会重新生成。 通过氟化铵预处理过程， 可以有 效抑制自然氧化层的再次生成， 进一步提升表面质量。 第四， 氟化铵预处理还能够有效抑制 金属锗化物在较高退火温度下发生凝聚并形成 空洞， 显著提高金属锗化物的热稳定性。第五， 此方法简单有效地改善了锗基器件的界面特性 ， 提升了锗基晶体管的性能， 在不增加工艺复 杂性的情况下对锗基器件进行表面钝化预处理 ， 非常有利于工艺集成。

附图说明

图 1 为采用本发明所提到的钝化剂对锗基器件进行 表面预处理的一具体实施例的流程 图。

图 2为采用三种表面预处理方法制备的金属锗化� �薄膜的表面 SEM照片。

图 3为采用氟化铵进行表面预处理后， 金属锗化物薄膜在不同反应退火温度下的 SEM照 片。

具体实施方式

下面结合附图和一个具体实施例对氟化铵溶液 作为钝化剂对锗基器件进行表面预处理的 良好效果作进一步阐述：

图 1为采用氟化铵为钝化剂对锗基器件进行表面� �处理的一具体实施例的方法流程图。本 实施例包括如下步骤：

步骤 1 : 提供一块锗基衬底。 如图 1 ( a)所示， 一半导体锗衬底 1， 其中半导体锗衬底 1 可是体锗衬底、 外延锗衬底或锗覆绝缘 （G0I ) 衬底等。 衬底掺杂可以是 P型也可以是 N型。 半导体锗衬底 1表面会有一薄层自然氧化层 2， 其厚度约为 lnm左右。

步骤 2: 对基片进行清洗。 首先对基片进行有机清洗， 采用丙酮和乙醇交替清洗 2次， 然 后用 DI水反复冲洗干净， 去除基片上的油污和有机污染物。 然后进行盐酸清洗， 在稀盐酸中 加热煮沸， 随后用 DI水反复冲洗干净， 去除无机污染物、 金属颗粒等。 清洗的目的是对基片 的有机和无机污染物、 金属颗粒等进行去除， 并不局限于上述清洗方法。

步骤 3: 去除表面氧化层。 可以采用在 HC1溶液中浸泡或在稀释的 HF溶液中浸泡方法， 随后用 DI水反复冲洗干净。 去除氧化层后基片的示意图如图 1 (b) 所示。

步骤 4 : 氟化铵溶液表面预处理。 在大气的环境中， 使基片在氟化铵水溶液中浸泡 5-35min, 其中氟化铵水溶液的浓度为 40%。 然后基片用 DI水反复冲洗干净， 完成对锗基器 件表面的预处理。

步骤 5: 淀积金属薄膜并反应退火生成金属锗化物， 本实施例为淀积金属镍膜， 用具体 实施例来证明氟化铵作为钝化剂对锗基器件表 面进行预处理的有益效果。 利用物理气相淀积 方式， 例如蒸发、 溅射或电子束蒸发等方式， 在半导体衬底上淀积一层金属镍， 其中镍层可 为一镍金属层或一镍合金层。 淀积的金属膜厚大约在 lOnm至 50nm。 淀积镍膜后， 本发明的 方法亦可选择性的在镍层上再形成一层盖帽层 。 随后进行反应退火处理， 快速热退火使上述 金属薄膜层与位于其下方的锗层反应形成金属 锗化物 3，如图 1 ( c)所示。 另外， 本次快速热 退火工艺温度介于 350至 600度， 退火时间为 30秒至 80秒， 根据淀积的镍金属层的厚度而 定。

图 2给出了采用三种表面预处理方法制备的金属� �化物薄膜的 SEM照片。 金属锗化物薄 膜的制备流程如图 1所示。 图 2 (a) 仅采用 HC1去除表面氧化层， 没有使用氟化铵钝化剂进 行表面处理。从图中可以看到，所生成的 NiGe薄膜发生了明显的凝聚， 同时产生很多的空洞， 薄膜粗糙， 质量很差。 所以仅用盐酸去除自然氧化层不能得到良好的 薄膜。 图 2 (b) 仅采用 HF去除表面氧化层， 没有使用氟化铵钝化剂进行表面处理。 可以看到， 虽然薄膜质量有所提 高， 但是依然有凝聚现象， 而且生成的镍锗化物薄膜并不平整。 图 2 ( c) 为本发明实施例先 采用 HC1去除表面氧化层， 随后使用氟化铵钝化剂进行表面处理。 采用氟化铵钝化剂后， 薄 膜表面形貌有明显提高， 平整而均匀。 这主要是由于采用了氟化铵钝化剂后， 可以有效抑制 自然氧化层的再次生长， 同时在反应退火过程中， 氟化铵可以抑制一氧化锗气体的挥发， 减 弱了锗的外扩散， 同时还可以阻碍金属锗化物发生凝聚现象， 因而可以获得非常平整的表面。 通过比较， 可以清楚地看到氟化铵作为钝化剂对锗基器件 进行表面预处理的有益效果。

图 3为本发明实施例采用氟化铵进行表面预处理� �， 镍锗薄膜在不同反应退火温度下的 SEM照片。金属锗化物薄膜的制备流程如图 1所示。其中（a)到（d)的反应退火温度分别为 350 度、 400度、 450度和 500度， 退火时间都是 40s。 从图中可以看到， 当采用氟化铵钝化剂对 锗基器件进行表面预处理后，镍锗薄膜在 350度到 500度温度范围内都有非常好的薄膜质量。 因而， 氟化铵钝化剂可以使镍锗薄膜的热稳定性显著 提升。

本发明实施例提供了锗基表面钝化剂为 40%浓度的氟化铵水溶液， 除此之外， 氟化铵水 溶液的质量百分比浓度范围为 20-55%。 利用本发明提出的钝化剂及采用该钝化剂对锗 基器件 进行表面预处理的方法， 可以减少界面态， 抑制锗表面自然氧化层的形成， 减少一氧化锗的 挥发， 而且还可改善所形成的金属锗化物的热稳定性 ， 有利于提升锗基晶体管的性能。 因此 相对于现有工艺技术， 本发明可以简单有效地提升锗基器件的电性能 与可靠性。 以上通过优选实施例详细阐述并证明了本发明 所提出的一种钝化剂及采用该钝化剂对锗 基器件进行表面预处理的方法， 本领域的技术人员应当理解， 以上所述仅为本发明的一个优 选实施例， 在不脱离本发明实质的范围内， 其制备方法和应用不仅限于实施例中所公开的 内 容， 凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰， 皆应属本发明的涵盖范围。