[發明專利]一種提高ITO薄膜晶體管電學性能的方法

在審

• 申請號: 202310274790.1
• 申請日: 2023-03-21
• 公開（公告）號: CN116313816A
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發明（設計）人: 高慶國;曹天凡;黎家兵;劉黎明;劉萍;于淼;潘新建
• 申請（專利權）人: 電子科技大學中山學院
• 主分類號: H01L21/34
• 分類號: H01L21/34;H01L29/786;C23C14/35;C23C14/24;C23C14/08;C23C14/18;C23C14/58
• 代理公司: 廣東雅商律師事務所 44652
• 代理人: 杜海江

本發明公開了一種提高ITO薄膜晶體管電學性能的方法，該方法首先在室溫、高度真空環境下，磁控濺射儀以射頻磁控濺射的方式濺射N型薄膜晶圓來形成ITO薄膜，然后金屬銀加熱蒸發后形成ITO薄膜晶體管的源漏電極，最終金屬鋁加熱蒸發后形成ITO薄膜晶體管的氧化鋁鈍化層。ITO薄膜晶體管經過兩步退火工藝以及氧化鋁鈍化工藝處理，兩步退火工藝包括對ITO薄膜采用的預退火工藝和對ITO薄膜晶體管采用的后退火工藝。與現有技術相比，氧化鋁鈍化工藝可以大幅度提高ITO薄膜晶體管的遷移率，并且兼顧高電流開關比，工藝簡單易操作，并進一步提升ITO晶體管的性能和穩定性。

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技術領域

本發明涉及一種提高電學性能的方法，特別是一種提高ITO薄膜晶體管電學性能的方法。

背景技術

近些年，隨著研究的深入，氧化物薄膜晶體管在神經形態器件、柔性晶體管和BEOL兼容器件領域展現出巨大的優勢。面向后摩爾時代微電子產業高集成度、多功能性等需求，氧化物半導體可以克服短溝道效應并實現高性能晶體管。氧化銦錫(ITO)因其較高的載流子遷移率、大的飽和電流，所以在用作薄膜晶體管和高性能電子晶體管溝道材料方面具有巨大潛力，典型ITO的電子密度通常在10²⁰-10²¹/cm³左右，導致不能令人滿意的開關特性。大量研究表明，納米級的ITO薄膜可以實現滿意的開關特性，并且具有較強的抗短溝道效應能力，可以實現高性能的場效應晶體管，為開發下一代半導體和單片三維(3D)集成應用提供了思路。

2018年，Shengman?Li等人制備了溝道厚度為4nm?的超薄ITO薄膜場效應晶體管，實現了SS低至66?mV/dec,?開關比可達5.5×10⁹的優異電學性能，展現出ITO作了薄膜場效應晶體管溝道材料的巨大潛力，引起了科研人員的廣泛關注。2019年Wei?Dou等人，利用NaCl溶液處理ITO器件，有效的提高了

器件的穩定性及場效應遷移率，其遷移率達到了42.8?cm²/Vs；2021年Kun?Liang等人采用噴墨打印法制備了溝道厚度為10nm的ITO?TFT，遷移率達到了34.9?cm²/Vs并且保持著良好的穩定性。除上述研究之外，科研人員還利用優化ITO晶體管的器件結構、低溫溶液處理ITO?TFT、參雜其他元素的方法優化ITO薄膜制備工藝提升ITO場效應晶體管性能，雖然這些工作展示了超薄ITO在未來電子器件應用中的潛力，但是現有的一些關于提高ITO作為溝道材料性能的方法過于復雜，仍無法在超薄ITO薄膜上實現高遷移率的同時兼顧良好的開關比。如何進一步加強超薄ITO晶體管的電學性能仍然是一個值得研究的問題。

專利號為“2020112047201”的發明專利公開了一種基于高電子遷移率晶體管的鈍化方法，包括將高電子遷移率晶體管置于鈍化裝置內；通過鈍化裝置向高電子遷移率晶體管的待鈍化區域施加預設大小的附加能量，以在待鈍化區域生成自由遷移至漏電通道的自由原子；所述待鈍化區域具有多種漏電通道，附加能量大于待鈍化區域的晶格中原子被碰撞離開晶格的遷移能量，自由原子的劑量小于待鈍化區域改變為非晶態的劑量。通過施加較大能量可以將高電子遷移率晶體管表面晶格的原子激發為自由原子，該自由原子會在自由遷移下優先占據形成能較低的漏電通道。在自由原子占據漏電通道之后會改變漏電通道的能帶結構，從而使得部分漏電通道中電子躍遷需要能量增加，最終達到漏電流減小，漏電通道得到鈍化的效果，但是這種鈍化方法側重等離子體退火工藝，只適用于GaAs、GaN、InP等高電子遷移率材料制作而成的HEMT器件，不適用于TFT器件。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明提供一種工藝簡單、適用于TFT器件的提高ITO薄膜晶體管電學性能的方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：