基于耐性PEALD Al₂O₃的高流动性氧化物TFT的可靠性改进,与N₂O等离子体一起生长的门绝缘体

科学领域:

• 材料科学 材料科学 材料科学
• 半导体设备物理 半导体设备物理
• 薄膜技术 薄膜技术

背景情况:

• 高性能氧化物薄膜晶体管 (TFT) 需要高质量的门介电层.
• 增强等离子体原子层沉积 (PEALD) 可以精确控制介电膜的特性.
• 氧化 (Al2O3) 是氧化TFT的一个有前途的门绝缘材料.

研究的目的:

• 为了制造高质量的Al2O3介电薄膜,使用控制合的PEALD.
• 为了研究N2O等离子体功率对Al2O3膜特性和设备性能的影响.
• 为了评估Al2O3门绝缘体在富含的--氧化物 (IGZO) TFT中的稳定性和抗性.

主要方法:

• 通过PEALD使用N2O等离子体制造Al2O3介电薄膜.
• 通过改变N2O等离子体功率 (100-250W) 来调整含量.
• 对Al2O3薄膜进行硬分解和陷密度的表征.
• 使用PEALD-Al2O3门绝缘体的IGZO TFT的制造和电气特性.
• 偏差温度应力 (PBTS) 和回火试验,以评估设备的稳定性和抗性.

主要成果:

• 优化N2O等离子体功率 (200W) 在100W相比,在Al2O3膜中改善了硬度分解 (3%) 和降低了陷密度 (90%).
• 由于等离子体辐射损伤,N2O等离子体功率增加至200W以上降解了薄膜特性.
• 使用Al2O3 (200WN2O功率) 的IGZO TFT实现了高流动性 (53.45cm^2/(Vs)) 和低值电压 (-0.03V).
• 设备在PBTS下显示了最小的门电压变化 (<0.18V),表明了良好的电阻.
• 后化导致移动性 (0.28 cm^2/(V s)) 和Vth (0.04 V) 的轻微变化,证实了扩散的抑制.

结论:

• 具有优化N2O等离子功率的Al2O3的PEALD是制造高质量的门介电材料的有效方法.
• 在IGZO TFT中,优化的Al2O3膜表现出优良的电性能和增强的稳定性.
• 提高Al2O3介电器的电阻对于实现可靠和稳定的氧化物TFT至关重要.