专利名称：实现锗基mos器件有源区之间隔离的方法
技术领域：
本发明属于超大規模集成电路(ULSI)エ艺制造技术领域，具体涉及ー种锗基MOS器件隔离结构的制备方法。
背景技术：
在传统硅基MOS器件面临了诸多挑战和限制的大背景下，为了能够进ー步提高集成电路的工作速度，急需寻找一种新的材料和/或新的器件结构来改变现状。其中针对迁移率退化这ー问题，已开始采用ー些高迁移率的沟道材料。锗材料因其电子和空穴迁移率比硅材料高，而且锗沟道器件的制备エ艺与传统CMOSエ艺兼容而被广泛关注。但是目前，不仅锗基MOS器件的制备技术还不成熟，器件性能不够稳定，而且对于今后锗基MOS器件的大規模集成，器件间的隔离也成为ー个获得优良器件性能的关键问题。目前还没有合适的材料运用于锗基器件的隔离中，而且锗材料的刻蚀技术也很不稳定。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出ー种实现锗基MOS器件隔离的方法，以形成质量更好、更稳定的隔离结构，从而提高锗器件的性能。本发明提出的实现锗基MOS器件有源区之间隔离的方法，依次进行下述步骤I)对半导体锗基衬底进行清洗并去除表面自然氧化层；2)对衬底表面进行钝化；3)在钝化后的衬底表面淀积ー层多晶硅或多晶锗硅作为牺牲层；4)在牺牲层上淀积ー层氮化硅；5)在氮化硅层上涂光刻胶，光刻定义有源区，在有源区上方形成光刻胶掩膜；6)以光刻胶为掩膜刻蚀去除隔离区上方的氮化硅，再去除光刻胶掩膜；7)通过氧化形成表面覆盖ニ氧化硅或氧化锗硅表层的ニ氧化锗隔离结构；8)刻蚀去除有源区上方的氮化硅和牺牲层。上述步骤I)所述锗基衬底可以是体锗衬底或者锗覆绝缘(GOI)衬底，锗基衬底可以是N型掺杂衬底也可以是P型掺杂衬底。上述步骤I)中对锗基衬底进行清洗的目的在于去除衬底表面的有机和无机污染物、金属颗粒等，通常是先采用有机溶剂进行清洗，再用盐酸清洗。上述步骤I)中去除表面氧化层的方法一般是先在10% 36% (质量百分浓度，下同)盐酸溶液或2% 5% HF溶液中浸泡，然后用去离子水反复冲洗干净。在本发明的ー个具体实例中，所用盐酸溶液是市售浓盐酸与H2O按I : 2的体积比混合得到的溶液；所 用稀释HF溶液是市售氢氟酸与H2O按I : 20的体积比混合得到的溶液。上述步骤2)将衬底在5% 10% HCl溶液或20% 40%的NH4F溶液中浸泡一段时间，然后用去离子水反复冲洗干净，完成对锗基器件表面悬挂键的钝化处理。上述步骤3)优选采用低于600°C的淀积方法，例如原子层淀积的方法，淀积多晶娃或多晶锗娃牺牲层，厚度约lnm-5nm。上述步骤4)可以采用等离子增强化学气相沉积(PECVD)、低压化学气相沉积(LPCVD)或派射的方法形成氮化娃层,优选通过PECVD淀积约80nm-150nm厚的氮化娃层。上述步骤6)以光刻胶为掩膜，采用反应离子刻蚀(RIE)或感应耦合等离子体(ICP)刻蚀等干法刻蚀方式刻蚀氮化硅。上述步骤7)的氧化是先高压氧化，再低温氧气氛围退火。所述高压氧化的温度为300 550°C，压强为15-25atm，时间根据需要氧化的锗层的厚度决定；所述低温氧气氛围退火，温度为200 350°C，压强为l_3atm，时间与前面高压氧化的时间相关，通常低温氧退火时间是高压氧化时间的2 5倍。上述步骤8)通过反应离子刻蚀技术刻蚀有源区上方的氮化硅和多晶硅(或多晶锗硅)牺牲层。本发明通过在锗基衬底表面上覆盖ー层薄薄的多晶硅(或多晶锗硅)层，然后再两步氧化的方法生成ニ氧化锗，这种以多晶硅(或多晶锗硅)作为牺牲层的两步氧化工艺将有利于提高所制备的ニ氧化锗隔离的质量，减小局部场氧氧化产生的鸟嘴效应，从而可以显著提高锗器件的性能，而且エ艺步骤相对比较简单。共同氧化过程中会先在表面生成一层致密的ニ氧化娃或氧化锗娃层，然后再一步通过PPO (plasma post oxidation,等离子体后氧处理)的形式氧化底下的锗衬底，不仅能够有效地阻隔水分子等其他污染物进入到氧化锗层，而且有效地提高了氧化锗的质量和稳定性。与现有技术相比，本发明的有益效果是首先，使用先淀积ー层多晶硅在锗基衬底表面，可以在氧化过程中先氧化生成一层氧化硅，对锗基衬底表面起保护作用；第二，在作为锗基器件中的隔离，由于表层有ニ氧化硅做保护，可以阻隔其他污染物和水分子进入到氧化锗层中，杜绝了氧化锗溶于水等不稳定问题而导致隔离效果差等问题。第三，锗基器件中的隔离采用氧化锗，相比于其他隔离介质，与锗衬底之间有更好的契合度和界面特性。第四，采用两步氧化的エ艺，生成的氧化锗质量更优良，性能更稳定，而且这种先高压氧化再加低温氧退火的エ艺，还可以在一定程度上减小在局部场氧氧化过程中会产生的“鸟嘴”效应问题。
图I为实施例采用的实现锗基MOS器件隔离方法的流程图；图2(a) 图2(g)为实施例形成锗基MOS器件隔离结构的过程结构示意图；图中1-错衬底；2_多晶娃；3_氮化娃；4_光刻I父；5_ ニ氧化娃；6_ ニ氧化错。
具体实施例方式下面结合附图，通过具体实施例对本发明的方法流程作进ー步阐述步骤I :提供ー块锗基衬底。如图2(a)所示，其中半导体锗衬底I可是体锗衬底或锗覆绝缘(GOI)衬底等。衬底掺杂可以是P型也可以是N型。步骤2 :对衬底I进行清洗。首先对衬底I进行有机清洗，采用丙酮和こ醇交替清 洗2次，然后用去离子水反复冲洗干净，去除衬底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，随后用去离子水反复冲洗干净，去除无机污染物、金属颗粒等。清洗的目的是对衬底上的有机和无机污染物、金属颗粒等进行去除，但并不局限于上述清洗方法。步骤3 :去除表面氧化层。具体过程中可用浓盐酸溶液(市售浓盐酸(质量百分浓度37. 5% )与H2O按I : 2的体积比混合)浸泡10 20秒，再用去离子水循环冲洗10次；也可采用在稀释的HF溶液(市售氢氟酸(质量百分浓度40% )与H2O按I : 20的体积比混合)中浸泡20秒的方法，然后再用去离子水反复冲洗干净。步骤4:表面钝化。主要采用5% 10% HCl溶液或20% 40% NH4F溶液中浸泡IOmin 20min，然后将衬底用去离子水反复冲洗干净，完成对锗基器件表面悬挂键的钝化处理。步骤5 :通过原子层淀积的方法，也可采用其他物理气相淀积方式，在锗基衬底I 上淀积ー层约Inm的多晶硅，为了保证锗与硅之间的界面形态良好，应该采用低于600°C的温度。而其他淀积多晶硅的方法，例如LPCVD、固相晶化等，温度一般都在600°C以上，所以具体实例中可采用ALD原子层淀积，温度为450°C，淀积完多晶硅层2后的示意图如图2 (b)所示。步骤6:淀积ー层氮化硅层3，淀积氮化硅的方法有等离子增强化学气相沉积(PECVD)、低压化学气相沉积(LPCVD)和溅射等，本实施例优选为PECVD。在250 500°C下，用PECVD的方法在多晶硅层2上淀积50 150nm的氮化硅层3，本实施例优选为IOOnmjB图2(c)所示。步骤7 :通过光刻定义出有源区，采用标准光刻エ艺，光刻后示意图如图2(d)所示，光刻胶4覆盖在有源区之上。步骤8 以光刻胶4为掩膜，RIE反应离子刻蚀IOOnm的氮化硅，也可采用ICP等干法刻蚀方式。步骤9 :先进行干法去胶约IOmin,再丙酮超声IOOw IOmin,确保光刻胶4去干净，示意图如图2(e)所示。步骤10 :两步氧化的过程，先高压氧化，温度为300 550°C，压强为15_25atm，时间根据需要氧化锗层的厚度而决定；再低温氧气氛围退火，温度为200 350°C，压强为l-3atm，时间也与前面高压氧化的时间相关。具体实例中，高压氧化为400°C 15min，低温氧退火为250°C 30min。高压氧化加低温氧退火的エ艺还可以在一定程度上减小在局部氧化中产生的“鸟嘴”效应问题。氧化后在隔离区形成ニ氧化硅层5和ニ氧化锗层6，如图2(f)所示。步骤10 :通过反应离子刻蚀技术刻蚀有源区的氮化硅和多晶硅，形成有源区，在有源区中制作器件。如图2(g)所示。本发明实施例提供了性能稳定的氧化锗作为锗基器件中的隔离层。以上通过优选实施例详细描述了本发明所提出的制备方法，本领域的技术人员应当理解，以上所述仅为本发明的优选实施例，在不脱离本发明实质的范围内，可以对本发明的エ艺做一定的变形或修改，例如采用多晶锗硅作为牺牲层、采用臭氧氧化等。
权利要求
1.ー种实现锗基MOS器件有源区之间隔离的方法，依次进行下述步骤 1)对半导体锗基衬底进行清洗并去除表面自然氧化层； 2)对衬底表面进行钝化； 3)在衬底表面淀积ー层多晶硅或多晶锗硅作为牺牲层； 4)在牺牲层上淀积ー层氮化硅； 5)在氮化硅层上涂光刻胶，光刻定义有源区，在有源区上方形成光刻胶掩膜； 6)以光刻胶为掩膜刻蚀去除隔离区上方的氮化硅，再去除光刻胶掩膜； 7)氧化形成表面覆盖ニ氧化硅层或氧化锗硅层的ニ氧化锗隔离结构； 8)刻蚀去除有源区上方的氮化硅和牺牲层。
2.如权利要求I所述的方法，其特征在于，步骤I)所述锗基衬底是体锗衬底或者锗覆绝缘衬底。
3.权利要求I所述的方法，其特征在于，步骤I)中去除衬底表面氧化层的方法是将衬底用10% 36%盐酸溶液或2% 5% HF溶液浸泡，然后用去离子水反复冲洗干净。
4.权利要求I所述的方法，其特征在于，步骤2)将衬底在5% 10%HCl溶液或20% 40%的NH4F溶液中浸泡,然后用去离子水反复冲洗干净。
5.权利要求I所述的方法，其特征在于，步骤3)采用原子层淀积的方法低于600°C淀积多晶娃或多晶错娃。
6.权利要求I所述的方法，其特征在于，步骤3)所述牺牲层的厚度为lnm-5nm。
7.权利要求I所述的方法，其特征在于，步骤4)采用等离子增强化学气相沉积、低压化学气相沉积或溅射的方法淀积氮化硅。
8.权利要求I所述的方法，其特征在于，步骤4)所淀积的氮化硅的厚度为80nm_150nmo
9.权利要求I所述的方法，其特征在于，步骤7)先在温度300 550°C，压强15_25atm条件下进行高压氧化，再在温度200 350°C，压强l_3atm条件下进行低温氧气氛围退火。
10.如权利要求I所述的方法，其特征在于，步骤8)采用反应离子刻蚀技术刻蚀有源区上方的氮化硅和牺牲层。
全文摘要
本发明公开了一种实现锗基MOS器件有源区之间隔离的方法，在锗基衬底表面上覆盖一薄层多晶硅或多晶锗硅，然后在有源区被保护的情况下，通过两步氧化形成表面覆盖二氧化硅层或氧化锗硅层的二氧化锗隔离结构，这种以多晶硅多晶锗硅作为牺牲层的两步氧化工艺有利于提高所制备的二氧化锗隔离的质量，减小局部场氧氧化产生的鸟嘴效应，从而显著提高锗器件的性能。
文档编号H01L21/762GK102655112SQ20121011545
公开日2012年9月5日 申请日期2012年4月18日 优先权日2012年4月18日
发明者安霞, 张兴, 李敏, 黄如, 黎明 申请人:北京大学