超临界二氧化碳孕育出性能出众的MOSFET
超临界二氧化碳孕育出性能出众的MOSFET
以下文章来源于化合物半导体联盟
，作者化合物半导体杂志
化合物半导体联盟
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超临界二氧化碳低温处理改善了碳化硅和二氧化硅的界面
碳化硅和二氧化硅之间的界面质量会对碳化硅场效应晶体管（SiC MOSFET）的性能产生限制。但是，西安交通大学和西安电子科技大学的研究人员声称，这种不足可以通过超临界二氧化碳处理来解决，超临界二氧化碳处理可以降低界面态密度。
团队的发言人，西安交通大学的Weihua Liu，告诉《化合物半导体》，在传统的碳化硅场效应晶体管中，界面不能通过高温退火来优化，因为这会产生碳簇和其他缺陷。
用较低温度的超临界CO?处理可消除这些缺陷的形成，该处理可保证较高的载流子迁移率，较低的泄漏电流以及能提高栅极氧化物的临界击穿电场。
在超临界流体中，液相和气相共存。得益于此，超临界CO?兼具了类似于气体的溶解度和类似于液体的渗透性，从而使得其能够无损伤地扩散到纳米级结构中。
使用超临界CO?改善半导体器件中的界面并不是什么新鲜事。早在2007年，就有报道描述了这种技术可以给非晶硅制成的薄膜晶体管带来好处。
人们认为，在低至150°C的温度下对SiC MOSFET进行超临界CO?处理时，会终止氧化物-半导体界面处的陷阱并且能够抑制界面寄生氧化物。
为了评估超临界CO?工艺的好处，该团队首先制作了MOS结构。他们采用了掺杂浓度为3.5x1015cm-3的n型层外延片，并应用了标准的清洁工艺后，使用干法氧化生成了厚度为55-60 nm的SiO?膜。
在20 MPa的压力下，将一些样品在150°C的超临界CO?中处理60分钟（见下图）。该团队向处理室中添加了0.5 ml的水和0.5 ml的丙醇。后者充当非极性CO?分子和极性水分子之间的表面活性剂，使得水能够均匀地分布在超临界CO?中。
将超临界CO? 处理（a）应用于MOS结构中（b）
为了对结果进行基准测试，对一些样品没有进行任何处理，同时将另一些样品放在150°C的纯水蒸汽中处理60分钟，以形成对照。
利用直径为300μm的铝电极制作的MOS结构，使得该研究小组能够评估近界面氧化物陷阱的密度。通过电容-电压测量，他们发现未经处理的样品中近界面氧化物陷阱密度为1.62×1011cm-2，而在水蒸气和超临界CO?中处理的样品的近界面氧化物陷阱密度分别为6.63×101? cm-2和1.84×101? cm-2。据称，该最低值的产生是由于Si-O-Si特征键的形成而终止了SiO?中的陷阱。
超临界CO?处理的其他好处是可以减少漏电流和提高击穿电场。
界面态密度的测量也揭示了超临界CO?处理的益处。
Liu说，该团队的下一个任务是优化实验条件，以进一步降低界面态密度。另一个目标是通过对4H-SiC MOSFET器件进行这样的工艺处理，来验证超临界流体工艺可以为4H-SiC MOSFET器件的性能带来好处。
参考文献
M. Wang et al. Appl. Phys. Express 13 111002 (2020)
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