【器件论文】在动态随机存取存储器相关 600 °C 氮气退火条件下，氧化铟镓薄膜晶体管的钝化依赖型器件级热鲁棒性

        由韩国汉阳大学的研究团队在学术期刊 ACS Applied Materials & Interfaces 发布了一篇名为 Passivation-Dependent Device-Level Thermal Robustness of Indium Gallium Oxide Thin-Film Transistors under Dynamic Random-Access Memory Relevant 600 °C Nitrogen Annealing（在动态随机存取存储器相关 600 °C 氮气退火条件下，氧化铟镓薄膜晶体管的钝化依赖型器件级热鲁棒性）的文章。

摘要

        随着传统的硅基动态随机存取存储器（DRAM）接近其物理和电气缩放极限，氧化物半导体因其低截止态电流和工艺兼容性，已成为下一代存储器件的有前景的沟道材料。其中，氧化铟镓（IGO）薄膜晶体管（TFT）在 DRAM 相关应用中引起了广泛关注；然而，其实现仍具有挑战性，因为器件堆叠必须承受高热预算的后端线处理，包括在氮气（N₂）环境中 600 °C 的退火，这可能会促进氧化物层中氧缺乏条件的形成。本文通过比较 600 °C N₂ 退火前后经 Al₂O₃、HfO₂ 和 SiO₂ 钝化的器件，系统研究了钝化层选择对 IGO TFT 电性能和热可靠性的影响。在所研究的钝化层中，Al₂O₃ 在高温处理后独特地保持了稳定的晶体管运行，而 HfO₂ 和 SiO₂ 钝化的器件在 10 分钟退火后表现出开关行为的严重退化，并变得无法电提取。相比之下，经 Al₂O₃ 钝化的 TFT 在 10 分钟退火后仍保持优异的电特性，包括 94.08 cm²·V⁻¹·s⁻¹ 的场效应迁移率和 84 mV·dec⁻¹ 的亚阈值摆幅。此外，正偏置温度应力稳定性显著提高，在延长退火后，100 °C 下的阈值电压偏移从 63 mV 减小到 20 mV。Al₂O₃ 层的优异可靠性可能归因于其强大的 Al–O 键合和高膜密度，这些特性在高温 N₂ 退火过程中提供了增强的化学和结构稳定性。这些发现表明，Al₂O₃ 钝化是一种有效策略，能够实现热稳定且电可靠的 IGO TFT，以用于先进的 DRAM 应用。

原文链接：

https://doi.org/10.1021/acsami.6c10253