采用Al2O3保护层抑制N2O等离子体处理过程中IGZO TFT的界面损伤研究

《Applied Nursing Research》：Suppression of interface damage in IGZO TFTs using Al 2O 3 protective layer during N 2O plasma treatment

本文系统研究了N2O等离子体处理对非晶铟镓锌氧化物（a-IGZO）薄膜晶体管（TFT）可靠性的影响，创新性地引入Al2O3保护层有效抑制等离子体诱导的界面损伤。研究发现该保护层可通过钝化氧空位（VO）显著改善负偏压应力（NBS）和正偏压应力（PBS）稳定性，为高性能氧化物半导体器件的界面工程提供重要参考。

　　

Highlight

IGZO TFT的制备与N₂O等离子体处理及保护层应用

IGZO TFT在热生长SiO₂/p⁺⁺ Si衬底上制备。衬底依次采用丙酮、异丙醇和去离子水进行超声清洗，每步15分钟。通过射频溅射使用陶瓷InGaZnO₄靶材沉积10纳米厚IGZO薄膜，在Ar/O₂气体流速比60:1 sccm、350 W射频功率和5 mTorr工作压力下进行沉积。

等离子体处理与偏压应力不稳定性

图1(a)示意展示了在顶栅TFT结构中对IGZO沟道施加N₂O等离子体处理的过程。在源/漏（S/D）图案化之后，沉积栅极绝缘层（Al₂O₃）和顶栅电极之前，暴露的IGZO前沟道区域接受了N₂O等离子体处理。由于等离子体处理仅局限于前沟道区域，它选择性地改变了沟道特性而不影响接触区域。

图1(b)展示了...

结论

我们探讨了N₂O等离子体处理对IGZO TFT可靠性和化学稳定性的影响，特别关注了保护性Al₂O₃层的使用以及等离子体功率的影响。没有保护层的等离子体处理导致在负偏压应力（NBS）下出现异常的正阈值电压（V_TH）漂移，并在正偏压应力（PBS）下出现严重退化，这主要归因于等离子体诱导的界面陷阱形成和表面损伤，这一点通过增大的滞后窗口、升高的界面陷阱密度和...得到证实。