通过原子层沉积过程的温度控制,优化ZrO₂氧化薄膜晶体管中ZrO₂门绝缘体的晶度

科学领域:

• 材料科学 材料科学 材料科学
• 半导体物理 半导体物理
• 纳米技术 纳米技术

背景情况:

• 氧化 (IGZO) 薄膜晶体管 (TFT) 对动态随机存储器 (DRAM) 细胞至关重要.
• IGZO TFT 的性能受到其门绝缘体 (GI) 材料的特性显著的影响.
• 氧化 (ZrO2) 由于其高介电常数和热稳定性,是GI应用的有希望的候选物.

研究的目的:

• 为IGZO TFTs优化氧化 (ZrO2) 门绝缘体的结晶性.
• 研究ZrO2薄膜结晶度对DRAM电池晶体管的电特性和稳定性的影响.
• 使用原子层沉积 (ALD) 确定最佳沉积温度,以达到所需的ZrO2晶度.

主要方法:

• 使用原子层沉积 (ALD) 在150°C至300°C的温度下沉积ZrO2薄膜.
• 沉积的ZrO2膜的结晶性在整个温度范围内进行了表征.
• 对于采用ZrO2 GI的IGZO TFT,评估了电气性能指标,包括开启和关闭电流和开启/关闭比率.

主要成果:

• 在200°C下沉积的中晶ZrO2薄膜显示了在ON和OFF电流特征之间的最佳平衡.
• 由于结晶引起的缺陷,较高的沉积温度 (250°C和300°C) 导致OFF电流增加和ON/OFF比率降低.
• 较低的沉积温度 (150°C) 导致可靠性问题,包括氧气空缺和碳杂质.

结论:

• 在ALD期间精确的温度控制对于在ZrO2膜中实现所需的中晶结构至关重要.
• 优化的ZrO2晶度显著提高了IGZO TFT用于DRAM应用的开/关比和设备稳定性.
• 在200°C下沉积的中晶ZrO2为高性能和可靠的DRAM电池晶体管提供了优越的权衡.