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随着硅集成电路特征尺寸接近其物理极限,具有高迁移,且与硅工艺兼容性好的Ge成为下一代高性能集成电路的候选材料之一。然而由于Ge表面本征氧化层稳定性差,采用高介电常数(高k)介质栅往往会在界面引入高的界面态密度,成为影响器件性能的重要因素之一。研究表明超薄氧化锗可以有效降低高k介质与Ge界面处的界面态密度和界面散射,提高沟道载流子迁移率和器件性能。因此,制备超薄氧化锗并研究其在器件中的界面钝化效果对实现高性能Ge-MOSFET器件具有重要意义。 本文研究了氧化锗对高k介质Ge MOS结构界面钝化机理,采用快速热氧化法制备了超薄氧化锗且分析了其生长规律、退火机理,制备了4nm氧化锗/HfO2双层栅介质的MOS电容,获得了1011cm-2e V-1量级的界面态密度。本文的主要内容包括以下三个方面: 1、采用快速热氧化锗衬底的方法研究了氧化锗初始生长阶段的规律,发现在氧化锗厚度较小时,其生长速率呈现两段的线性关系。第一阶段生长速率较Deal-Grove模型预言的结果高出一个数量级;而第二阶段的生长速率与Deal-Grove模型预言的线性生长速率基本一致。氧化最初阶段由于氧扩散在界面附近形成反应区,导致高的生长速率。X射线光电子能谱(XPS)结果表明氧化过程中氧化锗中存在四种价态的Ge氧化物,且随氧化时间的增加,GeO2含量在逐渐提高。 2、研究了干湿法退火过程对HfO2/GeO2/Ge MOS结构性质的影响,结果表明干法退火过程中金属能促使单层氧化锗膜中的GeO低温挥发,并定性解释其作用机理;湿法退火过程使HfO2/GeO2/Ge MOS结构中氧化锗的厚度减薄、氧化程度提高,提高了MOS结构的电学和界面特性;通过氧气和臭氧氧化的对比说明在氧化锗膜厚度相同的情况下臭氧氧化过程可提高氧化锗膜的氧化程度,从而有效降低MOS结构界面态密度。 3、探索了利用前栅工艺制备HfO2/GeO2/Ge结构的肖特基源漏结GeMOSFET器件的工艺过程,通过器件电学特性说明了工艺过程的可行性及存在的问题。