[发明专利]一种提高ITO薄膜晶体管电学性能的方法

说明书

本发明公开了一种提高ITO薄膜晶体管电学性能的方法，该方法首先在室温、高度真空环境下，磁控溅射仪以射频磁控溅射的方式溅射N型薄膜晶圆来形成ITO薄膜，然后金属银加热蒸发后形成ITO薄膜晶体管的源漏电极，最终金属铝加热蒸发后形成ITO薄膜晶体管的氧化铝钝化层。ITO薄膜晶体管经过两步退火工艺以及氧化铝钝化工艺处理，两步退火工艺包括对ITO薄膜采用的预退火工艺和对ITO薄膜晶体管采用的后退火工艺。与现有技术相比，氧化铝钝化工艺可以大幅度提高ITO薄膜晶体管的迁移率，并且兼顾高电流开关比，工艺简单易操作，并进一步提升ITO晶体管的性能和稳定性。

 

技术领域

本发明涉及一种提高电学性能的方法，特别是一种提高ITO薄膜晶体管电学性能的方法。

背景技术

近些年，随着研究的深入，氧化物薄膜晶体管在神经形态器件、柔性晶体管和BEOL兼容器件领域展现出巨大的优势。面向后摩尔时代微电子产业高集成度、多功能性等需求，氧化物半导体可以克服短沟道效应并实现高性能晶体管。氧化铟锡(ITO)因其较高的载流子迁移率、大的饱和电流，所以在用作薄膜晶体管和高性能电子晶体管沟道材料方面具有巨大潜力，典型ITO的电子密度通常在10²⁰-10²¹/cm³左右，导致不能令人满意的开关特性。大量研究表明，纳米级的ITO薄膜可以实现满意的开关特性，并且具有较强的抗短沟道效应能力，可以实现高性能的场效应晶体管，为开发下一代半导体和单片三维(3D)集成应用提供了思路。

2018年，Shengman Li等人制备了沟道厚度为4nm 的超薄ITO薄膜场效应晶体管，实现了SS低至66 mV/dec, 开关比可达5.5×10⁹的优异电学性能，展现出ITO作了薄膜场效应晶体管沟道材料的巨大潜力，引起了科研人员的广泛关注。2019年Wei Dou等人，利用NaCl溶液处理ITO器件，有效的提高了

器件的稳定性及场效应迁移率，其迁移率达到了42.8 cm²/Vs；2021年Kun Liang等人采用喷墨打印法制备了沟道厚度为10nm的ITO TFT，迁移率达到了34.9 cm²/Vs并且保持着良好的稳定性。除上述研究之外，科研人员还利用优化ITO晶体管的器件结构、低温溶液处理ITO TFT、参杂其他元素的方法优化ITO薄膜制备工艺提升ITO场效应晶体管性能，虽然这些工作展示了超薄ITO在未来电子器件应用中的潜力，但是现有的一些关于提高ITO作为沟道材料性能的方法过于复杂，仍无法在超薄ITO薄膜上实现高迁移率的同时兼顾良好的开关比。如何进一步加强超薄ITO晶体管的电学性能仍然是一个值得研究的问题。

专利号为“2020112047201”的发明专利公开了一种基于高电子迁移率晶体管的钝化方法，包括将高电子迁移率晶体管置于钝化装置内；通过钝化装置向高电子迁移率晶体管的待钝化区域施加预设大小的附加能量，以在待钝化区域生成自由迁移至漏电通道的自由原子；所述待钝化区域具有多种漏电通道，附加能量大于待钝化区域的晶格中原子被碰撞离开晶格的迁移能量，自由原子的剂量小于待钝化区域改变为非晶态的剂量。通过施加较大能量可以将高电子迁移率晶体管表面晶格的原子激发为自由原子，该自由原子会在自由迁移下优先占据形成能较低的漏电通道。在自由原子占据漏电通道之后会改变漏电通道的能带结构，从而使得部分漏电通道中电子跃迁需要能量增加，最终达到漏电流减小，漏电通道得到钝化的效果，但是这种钝化方法侧重等离子体退火工艺，只适用于GaAs、GaN、InP等高电子迁移率材料制作而成的HEMT器件，不适用于TFT器件。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种工艺简单、适用于TFT器件的提高ITO薄膜晶体管电学性能的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：