[发明专利]一种金属氧化物半导体场效应晶体管

说明书

本发明涉及一种金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET），特别涉及到一种栅氧化层-硅界面高度平整，界面电荷很少的金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）。

在大野稔等人公开的金属氧化物半导体场效应晶体管基本专利JP特公昭42-21976中公开了一种硅MOSFET。该器件栅氧化层下的硅表面在栅电场下被反型成沟道，载流子可以从中通过。此种器件的特征之一是栅氧化层界面存在不规则的微观波动，从而使形成沟道的硅表面存在较明显的不平整或凹凸，使载流子通过的沟道曲折;另一特征是栅氧化层中以及氧化层和硅的界面上存在较多的固定电荷、可动电荷、陷阱等荷电中心。此外，器件制造过程中硅材料内的杂质再分布也较严重。

由上特征，沟道的不规则将建立一个阻止载流子在源漏极之间输运的微扰。而且，上述界面上存在的电荷还可使运动中的载流子偏离原来方向，形成对载流子的散射。因此，沟道中的载流子不可能畅快地从源或漏的一端穿向另一端。此外，硅材料内部杂质严重的再分布还会引起晶体管结深的增加，给浅结短沟道器件的制造带来困难。

在本发明中，介绍一种金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET），它不使用具有上述特征的沟道和界面，而是对沟道及其有关的界面进行特殊处理，以获得高速、低噪声和低亚启系数工作特性的金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）。

本发明的目的是改进金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET），提高它的速度，降低噪声以及改善其亚开启性能。

简要地说，本发明针对金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET），其沟道表面不平整，并在沟道附近聚集着许多荷电中心的特征，对其二氧化硅（SiO₂）层，尤其是硅的界面进行加氟化学热催化处理，以消除二氧化硅（SiO₂）层中的应力，使二氧化硅与硅之间形成高度平整的界面。同时，由含氟气体特殊作用，基本消除二氧化硅（SiO₂）层的缺陷和界面电荷。因此，本发明的金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET），不管是N型还是P型，其沟道平直，沟道中的载流子很少受到氧化层或界面电荷的库伦作用。沟道区域的载流子有效迁移率明显提高，比常规MOSFET提高70-100%。此外，为了进行加氟化学热催化处理，处理的温度可予以选择，如高温或800℃或选用更低温度。

依本发明制作的金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET），具有如下优点，栅下硅表面载流子迁移率高，噪声低，器件亚开启系数小。同时，硅材料中的杂质再分布也可减少，砷、硼、磷等杂质，再分布在200以内，因而适合大规模集成电路及高频、低噪声电路工作。

图1是合乎发明主题的器件示意图。

图2是根据发明主题制作的金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）沟道区及电荷状况比较示意图。

图3是根据发明主题制作的耦合金属氧化物半导体场效应晶体管（CMOSFET）。

现在参照图1、图2、图3对本发明加以详细阐述。在图1中，MOSFET有三个半导体区1、2和5分别表征衬底、源区和漏区。衬底为第一导电类型，源、漏为第二导电类型。MOSFET中的3、4分别是栅氧化层和栅。

为了在SiO₂层3和衬底1之间获得一个原子级平整界面以及减少界面电荷，采用了掺氟氧化工艺，该工艺可提供非常精细的高质量SiO₂薄层，并可加速氧化生长，使氧化处理温度低到800℃或更低。在氧化 处理过程中，适当控制氧气中的微量氟，以使氟元素在SiO₂层及界面上完成化学反应，消除氧化层热生长产生的应力以及减少带电中心或离子。这样制成的平整界面，不仅可使载流子在施加栅电场时减少散射，而且沟道电流的波动也很小，加上低温氧化可形成浅结、短沟道，因而可制造成一种超高速，低噪声MOSFET。

图2展示了本发明金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）6沟道区以及界面电荷与原金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）7间的比较。可见，本发明金属氧化物半导体场效应晶体管6二氧化硅层3和硅1之间界面电荷或陷阱等荷电中心8很少，且介面平整。