一种制作金属与n型半导体锗源漏接触的方法

文档序号:7015786
一种制作金属与n型半导体锗源漏接触的方法
【专利摘要】本发明公开了一种制作金属与n型半导体锗源漏接触的方法,该方法包括:清洗n型半导体单晶锗片;利用含硫的钝化液对该n型半导体单晶锗片的表面进行钝化;以及在该钝化后的n型半导体单晶锗片表面沉积金属作为源漏接触。本发明提供的制作金属与半导体锗源漏接触的方法,是在金属与n型锗接触之间引入钝化层,使得在n型锗上能实现较低电阻率的接触,能解决采用锗作为沟道材料的器件的源漏问题,从而进一步提高半导体锗MOS器件的性能。
【专利说明】一种制作金属与η型半导体锗源漏接触的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体集成电路【技术领域】,具体涉及一种利用硫钝化制作金属与η型半导体锗源漏接触的方法,通过该方法能改善接触的性能,能应用在利用Ge作为沟道材料的各种结构器件的源漏。
【背景技术】
[0002]随着微电子工业的发展,通过等比例缩小等方法来达到器件更好的性能,更低的功耗,同时器件的集成度也得到了很大的提高,但同时随着器件的尺寸不断缩小,寄生的电阻等对器件的影响将加大,为了减小寄生的电阻,加大开态电流,得到更好的性能,增强沟道的迁移率将显得很重要,半导体Ge由于其优于Si的载流子迁移率而被关注研究。Ge主要的优势主要体现在相比于Si两倍左右的电子迁移率以及4倍左右的空穴迁移率,同时与现有Si半导体工艺具有很好的兼容性,但同时也有许多的问题需要解决,比如Ge表面的态密度大、较低的掺杂离子激活溶度和金属与Ge的费米能级钉扎效应等。
[0003]对于n-Ge与金属的接触,由于费米能级的钉扎效应,金属与n_Ge之间的肖特基势垒高度很大,这将产生较大的接触电阻,改善利用Ge作为沟道材料的n-Ge与金属的接触是目前一个重要的研究课题。目前改善n-Ge与金属的接触的方法主要集中在两个方面,一是在金属与n-Ge之间插入薄的介电层,这种方法在一定程度上降低了肖特基势垒的高度但同时也引入了介质电阻。二是利用锗化物的合金电极,同时在Ge界面处采取高掺杂或不同离子的共同掺杂,但高掺杂时离子的激活溶度较低且扩散速度过快,这将阻碍金属与n-Ge之间得到低电阻率的接触,所以寻求能更好的改善金属与n-Ge接触的方法将是一个重要的研究点。

【发明内容】

[0004](一 )要解决的技术问题
[0005]有鉴于此,本发明的主要目的在于提供一种制作金属与η型半导体锗源漏接触的方法,以改善n-Ge与金属的接触,从而获得高性能的Ge CMOS器件。
[0006]( 二 )技术方案
[0007]为达到上述目的,本发明提供了一种制作金属与η型半导体锗源漏接触的方法,该方法包括:
[0008]清洗η型半导体单晶锗片;
[0009]利用含硫的钝化液对该η型半导体单晶锗片的表面进行钝化;以及
[0010]在该钝化后的η型半导体单晶锗片表面沉积金属作为源漏接触。
[0011]上述方案中,所述η型半导体单晶锗片是通过原位掺杂、扩散或离子注入方式形成的η型半导体单晶锗片。所述原位掺杂、扩散或离子注入方式中采用的离子为P、As、Sb、S 或 Se。
[0012]上述方案中,所述η型半导体单晶锗片为体锗材料、锗覆绝缘衬底材料、硅基锗材料或II1-V族化合物基锗材料。
[0013]上述方案中,所述η型半导体单晶锗片为晶面为(100)、(110)或(111)的η型半
导体单晶锗片。
[0014]上述方案中,所述清洗η型半导体单晶锗片,包括:采用MOS级纯度的丙酮和乙醇先后清洗5 —10分钟,分别加以功率为15W的水浴超声,经去离子水清洗I分钟后用氮气吹干,然后用体积比为1:20的HF溶液浸泡I一3分钟,再用去离子水清洗I分钟,HF溶液浸泡和去离子水清洗重复3— 5次,并用氮气吹干。
[0015]上述方案中,所述含硫的钝化液,其采用的硫源为(NH4) 2S、(NH4) 2SX、Na2S或H2S中一种或多种。
[0016]上述方案中,所述在钝化后的η型半导体单晶锗片表面沉积金属,采用的沉积方法为电子束蒸发或溅射,沉积的金属为低功函数金属。所述低功函数金属为Al。
[0017]上述方案中,所述源漏接触,在金属与半导体材料之间具有一钝化层,能够应用于各种平面型、FinFET或无结结构器件的源漏接触。
[0018](三)有益效果
[0019]本发明提供的这种利用硫钝化制作金属与η型半导体锗源漏接触的方法,是在η型半导体单晶Ge材料上,清洗Ge晶片表面后使用硫化铵或其他硫钝化液体在Ge表面形成钝化层,在钝化层上沉积金属电极形成金属与半导体Ge的源漏接触结构。采用硫钝化Ge的表面来达到改善金属与η型Ge的源漏接触目的,获取低电阻率的源漏接触,进而解决了以Ge作为沟道材料的MOSFET器件的源漏问题,从而获得高性能的Ge CMOS器件。
【专利附图】

【附图说明】
[0020]图1是本发明提供的制作金属与η型半导体锗源漏接触的方法流程图;
[0021]图2Α至图2C是依照本发明实施例的制作金属与η型半导体锗源漏接触的工艺流程图;
[0022]图3Α至图3Ε是依照本发明实施例的将此种源漏接触结构集成在MOSFET器件制作MOSFET器件的工艺流程图;
[0023]图4是采用依照本发明采用体积分数为20%的(NH4)2S在常温下钝化Ge晶片表面不同时间形成钝化层后沉积金属电极形成源漏接触结构的ι-v曲线图。
【具体实施方式】
[0024]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,以下结合具体实施例,并参照附图,对本发明进一步详细说明。为了方便说明,放大或缩小了层与区域的厚度,所示大小并不代表实际的尺寸,只是反映了区域与组成结构之间的相互位置,特别是结构之间的上下关系。
[0025]本发明提供的制作金属与η型半导体锗源漏接触的方法,是在金属与η型锗接触之间引入钝化层,使得在η型锗上能实现较低电阻率的接触,进而解决了采用锗作为沟道材料的器件的源漏问题,从而进一步提高半导体锗MOS器件的性能。
[0026]如图1所示,图1是本发明提供的制作金属与η型半导体锗源漏接触的方法流程图,该方法包括以下步骤:[0027]步骤1:清洗η型半导体单晶锗片;
[0028]步骤2:利用含硫的钝化液对该η型半导体单晶锗片的表面进行钝化;
[0029]步骤3:在该钝化后的η型半导体单晶锗片表面沉积金属作为源漏接触。
[0030]其中,步骤I中所述的η型半导体单晶锗片是通过原位掺杂、扩散或离子注入方式形成的η型半导体单晶锗片。所述原位掺杂、扩散或离子注入方式中采用的离子为P、As、Sb、S或Se。所述η型半导体单晶锗片为体锗材料、锗覆绝缘衬底材料、硅基锗材料或II1-V族化合物基锗材料。所述η型半导体单晶锗片为晶面为(100)、(110)或(111)的η型半导体单晶错片。
[0031]步骤I中所述的清洗η型半导体单晶锗片,包括:采用MOS级纯度的丙酮和乙醇先后清洗5 —10分钟,分别加以功率为15W的水浴超声,经去离子水清洗I分钟后用氮气吹干,然后用体积比为1:20的HF溶液浸泡1一3分钟,再用去离子水清洗I分钟,HF溶液浸泡和去离子水清洗重复3— 5次,并用氮气吹干。
[0032]步骤2中所述的含硫的钝化液,其采用的硫源为(NH4)2S、(NH4)2SX、Na2S或H2S中一种或多种。
[0033]步骤3中所述的在钝化后的η型半导体单晶锗片表面沉积金属,采用的沉积方法为电子束蒸发或溅射,沉积的金属为低功函数金属。所述低功函数金属为Al。所述源漏接触,在金属与半导体材料之间具有一钝化层,能够应用于各种平面型、FinFET或无结结构器件的源漏接触。
[0034]基于图1所示的制作金属与η型半导体锗源漏接触的方法,图2Α至图2C是依照本发明实施例的制作金属与η型半导体锗源漏接触的工艺流程图,具体包括:
[0035]如图2Α所示,选用η型半导体单晶Ge材料100,所述η型半导体单晶Ge材料100包括原位掺杂,扩散,离子注入等方式形成的η型半导体单晶Ge材料,其原位掺杂,扩散,离子注入的离子包括P、As,Sb,S或Se。单晶Ge材料包括体锗材料、锗覆绝缘衬底材料、硅基锗材料、IH-V化合物基锗材料等异质外延锗材料,锗材料的晶向包括〈111〉,〈110〉,〈100〉晶向。
[0036]清洗Ge晶片中,是采用MOS级纯度的丙酮和乙醇先后清洗5 —10分钟,分别加以功率为15W的水浴超声,经去离子水清洗Imin后用高纯氮气吹干后用体积比为1:20的HF溶液浸泡I一3min,再用去离子水清洗Imin, HF溶液浸泡和去离子水清洗重复3— 5次,重复后用高纯氮气吹干。
[0037]如图2B所示,利用硫钝化液体在Ge表面形成钝化层101,所述硫钝化,包括常用的硫源(NH4)2S、(NH4)2Sx, Na2S, H2S中一种或多种组合,达到最佳钝化效果的钝化温度和时间依硫源的种类和溶度等有所变化。
[0038]如图2C所示,利用电子束蒸发,溅射等金属电极的沉积方式,在钝化层101上沉积金属电极层102,所述沉积的金属,其包括Al等其他低功函数的金属。通过这样的方式,形成比直接的金属与半导体接触之间多加了一钝化层,能很好的改善金属与半导体之间的接触,能够应用于各种平面型、FinFET,无结等新结构器件的源漏。
[0039]图3A至图3E是依照本发明实施例的将此种源漏接触结构集成在MOSFET器件制作MOSFET器件的工艺流程图,具体包括:选用一单晶衬底,在衬底上形成高K栅介质材料,沉积栅极金属电极,定义源漏,离子注入,集成源漏结构。[0040]在制作器件时,一般Ge单晶材料表面不是很干净,存在有机污染物、自然氧化物以及其他的金属离子,在使用衬底200之前需进行表面清洗的工作,以得到单晶Ge洁净的表面,然后在此基础上沉积栅介质层201,再通过光刻,剥离等工艺定义MOSFET器件的栅结构202,去除其他部位的栅介质后,利用光刻的技术定义源漏区域,进行离子注入,再通过图2A至2C所示的方案形成利用硫钝化制作的金属源漏电极与η型Ge接触,利用硫钝化液体在源漏区域的Ge表面进行钝化形成钝化层203,再沉积金属204得到MOSFET完整结构。
[0041]这样的利用硫钝化制作金属与η型Ge的源漏接触的方法不限于上面描述的简单的平面MOSFET器件结构,此种方法也同样可以应用于最新的半导体器件结构FinFET、多栅MOSFET以及无结晶体管上。
[0042]以上所述的具体实施例,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施例而已,并不用于限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种制作金属与η型半导体锗源漏接触的方法,其特征在于,该方法包括: 清洗η型半导体单晶锗片; 利用含硫的钝化液对该η型半导体单晶锗片的表面进行钝化;以及 在该钝化后的η型半导体单晶锗片表面沉积金属作为源漏接触。
2.根据权利要求1所述的制作金属与η型半导体锗源漏接触的方法,其特征在于,所述η型半导体单晶锗片是通过原位掺杂、扩散或离子注入方式形成的η型半导体单晶锗片。
3.根据权利要求2所述的制作金属与η型半导体锗源漏接触的方法,其特征在于,所述原位掺杂、扩散或离子注入方式中采用的离子为P、As、Sb、S或Se。
4.根据权利要求1所述的制作金属与η型半导体锗源漏接触的方法,其特征在于,所述η型半导体单晶锗片为体锗材料、锗覆绝缘衬底材料、硅基锗材料或II1-V族化合物基锗材料。
5.根据权利要求1所述的制作金属与η型半导体锗源漏接触的方法,其特征在于,所述η型半导体单晶锗片为晶面为(100)、(110)或(111)的η型半导体单晶锗片。
6.根据权利要求1所述的制作金属与η型半导体锗源漏接触的方法,其特征在于,所述清洗η型半导体单晶锗片,包括: 采用MOS级纯度的丙酮和乙醇先后清洗5-10分钟,分别加以功率为15W的水浴超声,经去离子水清洗I分钟后用氮气吹干,然后用体积比为1:20的HF溶液浸泡I一3分钟,再用去离子水清洗I分钟,HF溶液浸泡和去离子水清洗重复3— 5次,并用氮气吹干。
7.根据权利要求1所述的制作金属与η型半导体锗源漏接触的方法,其特征在于,所述含硫的钝化液,其采用的硫源为(NH4)2S、(NH4)2Sx、Na2S*H2S中一种或多种。
8.根据权利要求1所述的制作金属与η型半导体锗源漏接触的方法,其特征在于,所述在钝化后的η型半导体单晶锗片表面沉积金属,采用的沉积方法为电子束蒸发或溅射,沉积的金属为低功函数金属。
9.根据权利要求8所述的制作金属与η型半导体锗源漏接触的方法,其特征在于,所述低功函数金属为Al。
10.根据权利要求1所述的制作金属与η型半导体锗源漏接触的方法,其特征在于,所述源漏接触,在金属与半导体材料之间具有一钝化层,能够应用于各种平面型、FinFET或无结结构器件的源漏接触。
【文档编号】H01L21/28GK103700581SQ201310737885
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年12月26日 优先权日:2013年12月26日
【发明者】刘洪刚, 龚著靖, 王盛凯, 韩乐, 杨旭, 常虎东, 孙兵, 赵威, 刘桂明 申请人:中国科学院微电子研究所
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