[发明专利]一种基于超临界二氧化碳流体处理MOS管的方法

说明书

本发明提供了一种基于超临界二氧化碳流体处理MOS管的方法，包括以下步骤：将MOS管置于超临界流体反应腔体内，向反应腔体内加入水；向反应腔体内通入超临界二氧化碳流体，控制反应腔体内的压力为2800～3200psi、温度为100～140℃，反应1～2h。本发明的方法，超临界二氧化碳流体能够顺利进入MOS管纳米级孔隙或空间而不造成损伤，通过超临界流体携带有效的反应性物质水进入MOS管内部，从而有效的钝化界面缺陷，改善其介电常数；本发明能显著地降低MOS管的漏电流和提升漏极饱和电流，解决了MOS管尺寸减小引发的漏电流升高和漏极饱和电流降低的难题，达到了提升MOS管器件性能的目的。

技术领域

本发明涉及MOS管处理技术领域，尤其涉及一种基于超临界二氧化碳流体处理MOS管的方法。

背景技术

随着集成电路技术的飞速发展，各种各样的光电器件大大推动了社会文明的进步和发展。其中以金属氧化物半导体场效应晶体管最为常见，金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)是CMOS集成电路的基本单元，简称MOS管，一般由源区(source)、漏区(drain)、栅极(gate)、衬底(substrate)和栅氧化层组成，且源区、漏区及两者之间的沟道区(channel)组成MOSFET的有效工作区，通常被称为有源区(active area)，且所述有源区(active area)一般通过氧化层隔离区(STI)与相邻的元件区域隔开，栅极(gate)设置在所述栅氧化层上方，源区(source)、漏区(drain)分居所述栅极(gate)的两侧。

近年来，随着超大规模集成电路技术的迅速发展，MOSFET的尺寸在不断减小。由于MOSFET晶体管尺寸的急剧减小，栅氧化层的厚度减小至2nm甚至更薄。随着MOS管器件越来越薄，器件处于关态时，由带带隧穿引发的栅致漏极泄漏(Gate induced drain leakage,GIDL)电流越来越大，它已经成为严重限制MOSFET以及FLASH存储器的问题之一。栅致漏极泄漏电流本身便引入了热电子注入，它使得电子陷落在栅氧化层中从而导致器件的不稳定性以及能导致栅氧化层击穿。其次，随着器件尺寸的减小，源极/漏极的串联电阻也需要被控制在可接受的范围内。由于电流密度的增加，小尺寸还要有更大阻值的需求，这将引起巨大的挑战。据估计在目前的技术中，串联电阻变大会使漏极饱和电流比理想情况降低1/3，随着器件尺寸的不断缩减，漏极饱和电流下降的比例会越来越大。解决这两个问题是研究和发展MOS管的关键。

为了克服由MOS管尺寸逐渐减小导致的漏电流增加和漏极饱和的问题，有以下现有方法；

1、采用完全耗尽的SOI结构和多栅结构。由于这种结构的器件的沟道通常只有轻微的掺杂，所以阈值电压将不会受到沟道掺杂的控制。其中最关键的是可以通过控制这些结构的厚度和可变性，可建立一种经济高效的方法来可靠地设定阈值电压。但是金属栅极/高K栅介质堆栈结构的阈值电压的调节和控制已被证明非常具有挑战性，所以在SOI结构和多栅结构中，调节和控制阈值电压是非常困难的。并且由于缺乏沟道掺杂这个变量，功函数在设定阈值电压方面显得尤其关键，如何有效地调节功函数在带隙中的位置也是目前研究的一个难题。

2、采用介电常数大于30的高k材料作为栅介质来维持等效氧化层厚度(Equivalent Oxide Thickness，EOT)的不断降低。金属栅极/高k栅极叠层已经被采用以保证氧化层厚度的降低，随着MOS管的逐渐发展，使用高k材料来满足EOT的持续降低变得越来越困难并且收益也在递减，同时高K材料会导致较高的界面态密度以及迁移率和可靠性的降低，这也是需要解决的一个难题。