[发明专利]基于Ge衬底的铪基铝酸盐高K金属栅结构及制备方法

权利要求书

1.一种基于Ge衬底的铪基铝酸盐高K金属栅结构，自下而上包括：Ge衬底(1)、铪基铝酸盐高k栅介质薄膜(2)和重金属Pt栅电极(5)，其特征在于：铪基铝酸盐高k栅介质薄膜(2)与重金属Pt栅电极(5)之间增设有TiN阻挡层(2)和Ti氧元素吸附层(4)；该TiN阻挡层(3)的厚度为2-4nm，位于铪基铝酸盐高k栅介质薄膜(2)之上，用以阻挡金属Ti及重金属Pt向铪基铝酸盐高k栅介质薄膜扩散；该Ti氧元素吸附层(4)的厚度为3-6nm，位于TiN阻挡层(3)之上，用以在热退火工艺过程中吸附铪基铝酸盐高k栅介质薄膜与Ge衬底界面处的氧元素。

2.根据权利要求书1所述的基于Ge衬底的铪基铝酸盐高K金属栅结构，其特征在于：铪基铝酸盐高k栅介质薄膜，采用Al₂O₃/HfO₂叠层结构或HfO₂/Al₂O₃叠层结构或HfAlO_x材料，其厚度为6-10nm。

3.一种基于Ge衬底的铪基铝酸盐高K金属栅结构的制备方法，包括如下步骤：

1)对Ge衬底进行清洗；

2)采用原子层淀积方法在Ge衬底上淀积厚度为6-10nm的HfAlO₃或HfO₂/Al₂O₃叠层或Al₂O₃/HfO₂叠层结构的Hf基高k栅介质薄膜；

3)将淀积铪基高k栅介质材料的基片在500-600℃真空氛围下进行60-90s快速热退火；

4)热退火后，采用电子束蒸镀法在铪基高k栅介质薄膜上淀积2-4nm厚的TiN薄膜；

5)采用磁控溅射方法在TiN薄膜上淀积3-6nm厚的金属Ti薄膜；

6)采用磁控溅射方法在金属Ti薄膜上淀积100-200nm厚的金属Pt薄膜；

7)使用光刻工艺处理带有金属Pt薄膜的样品，使样品上淀积的金属Pt薄膜形成栅电极；

8)将形成栅电极的样品在400-500℃的97％N₂/3％H₂混合气体氛围中退火15-30分钟，完成铪基铝酸盐高k栅介质材料的高k金属栅结构的制备。

4.根据权利要求3所述的方法，其中步骤1)中对Ge晶圆进行清洗，按如下步骤进行：

(1.1)用比例为1:50的HF和H₂O配备HF溶液；

(1.2)将Ge片放在乙醇中浸泡5分钟，之后将Ge片放入丙酮溶液中，超声清洗5分钟，之后将Ge片放入三氯乙烯溶液中，超声清洗5分钟，然后用乙醇洗净，以除去Ge片表面上的有机污染物或附着的颗粒；

(1.3)将进行过(1.2)步骤的Ge片在去离子水中冲洗5次，以除去残留的有机溶液；

(1.4)将Ge片在HF溶液中二次清洗30秒，并用去离子水中冲洗30秒，以除去Ge衬底表面的自然氧化层SiO₂；

(1.5)重复步骤(1.3)-步骤(1.4)共5次，再用去离子水冲洗5分钟，并用99.999％高纯氮气吹干。