论文部分内容阅读
从摩尔定律提出后近50年，半导体集成电路规模不断扩大，器件特征尺寸不断减小，这对传统硅基MOS器件性能持续提升和半导体器件制备工艺技术提出了越来越高的要求和挑战。锗作为一种高迁移率材料而被广泛关注。与硅材料相比，锗具有更高、更对称的低场载流子迁移率，从而能够满足不断提高MOS器件性能和工作速度的要求。但是目前锗基器件制备工艺技术还不够成熟，锗衬底与栅介质之间的界面特性不够理想等都成为锗基器件性能提升过程中面临的巨大挑战。因此，本文从锗基器件新工艺开发和锗基衬底界面处理等方面入手，进行了详细的实验研究。 光刻技术和刻蚀技术被认为是微电子技术进一步发展的主要瓶颈。因此，本文首先对锗基刻蚀工艺技术进行了详细地研究，得到了适于锗的优化刻蚀条件，为锗基MOS器件制备及工艺集成奠定了基础。通过选择合适的刻蚀气体及适当调整SF6/CHF3/He混合气体的比例，最终获得陡直度接近90°的图形，刻蚀速率稳定在可控的60nm/min范围。同时，在实验研究的基础上建立了一个线性RIE刻蚀模型，并得到了实验验证，为今后进一步优化锗刻蚀工艺条件提供了理论指导。 鉴于电子束曝光技术具有高精度和高分辨率的优点，本文还进一步研究了锗基衬底上的电子束曝光技术，为锗基纳米尺度细线条制备提供了合适的工艺窗口。通过合理选择电子束光刻胶类型、适当调节电子束曝光剂量及显影定影条件，再采用优化后的锗刻蚀条件进行刻蚀，制备出约60nm宽、100nm高的锗细线条阵列。然后采用70℃的HCl/H2O2/H2O溶液浸泡，实现对表面粗糙度的改善，以满足多栅器件结构对于沟道表面粗糙度的要求，有利于减小表面散射，提高锗基器件性能。 本文还针对锗基衬底与栅介质之间界面不稳定这一关键问题，提出了一种简单有效的锗基界面处理方法，并进行了实验对比研究，为高性能锗基MOS器件的制备提供了参考和保障。根据锗材料的特殊性，先采用36％浓盐酸溶液预清洗，去除表面自然氧化层，特别是GeO等锗亚氧化物，得到了更加平整均匀的界面及较低的表面均方根粗糙度（最低～0.193nm）。然后采用10％ NH4F溶液对表面进行钝化处理，能有效地抑制自然氧化层的再生成和栅介质与锗基衬底间的互扩散。实验表明，10％NH4F溶液钝化处理后的锗基衬底表面GeOx含量较低，表现出较好的界面稳定性和电学特性。