IEEE TED 2020年4月刊发表我实验室顶栅自对准a-IGZO TFT研究成果

国际微电子领域权威期刊IEEE Transactions on Electron Devices今年4月刊登了我实验室在顶栅自对准TFT方面的研究成果“Top-Gate Amorphous Indium-Gallium-Zinc-Oxide Thin-Film Transistors With Magnesium Metallized Source/Drain Regions”。

（文章链接：https://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=9025758）

近年来，非晶铟镓锌氧(a-IGZO)由于其优异的电学特性、大面积均匀性和低温制备工艺，被认为是下一代大面积电子器件应用中最具前景的有源器件。其中，自对准顶栅（SATG）a-IGZO TFT具有良好的可微缩性和较小的寄生电容，有望应用于高端显示器乃至于集成电路。SATG a-IGZO TFT制造工艺中主要的技术挑战是低阻源漏区域的形成。迄今为止，已有一些源漏低阻化方法被提出，例如淀积氮化硅掺氢法、等离子体处理法、离子注入法、深紫外照射法等。近年来提出的金属化法可以得到高导而稳定的源漏，具有一定优势。其中，金属镁由于反应活性高且易于去除，是一种理想的反应金属。因此，本文围绕镁金属化源漏的SATG a-IGZO TFT展开研究。

在镁金属化中，仅需在300℃下向a-IGZO上溅射金属镁36 s，即可实现4×10^-3 Ω·cm的电阻率。通过XPS、TEM、EDS等表征手段，发现镁金属化后a-IGZO中的氧空位含量显著上升，氧空位作为施主能级提供电子，使得a-IGZO实现了低阻化。大量氧空位来源于镁与a-IGZO之间的氧化还原反应。在接下来的研究中，将镁金属化法导入至SATG a-IGZO TFT的制备工艺中，制备了电学性能良好的器件，其场效应迁移率达到19.5 cm²V^-1s^-1，亚阈值摆幅仅为0.19 V/dec，开关比高达10⁹；并且，其源漏串联电阻值仅为2.1 Ω·cm。此外，器件在7200 s的±20 V的栅极电应力下维持了良好的稳定性，阈值电压的漂移小于0.1 V。

该论文的第一作者为硕士生彭昊，论文共同作者还有常宝柱、付海时、杨欢、张羽晴、周晓梁，通讯作者为陆磊老师和张盛东老师。此项研究是在深圳TFT与先进显示重点实验室完成，受NSFC（61574003、61774010、61904006）、深圳科技计划（GGFW20170728163447038 和JCYJ20180504165449640）和广东省自然科学基金（2019A1515011951）等项目的支持。

Fig. 1.  XPS spectra of O 1s of (a) without and (b) with Mg-treated a-IGZO films.

Fig. 2.  (a) Transfer characteristics of the SATG a-IGZO TFTs with Mg-treated S/D (blue solid) and un-treated S/D (red open). (b) Output characteristics of the proposed SATG a-IGZO TFTs.

Fig. 3.  Transfer characteristics of the Mg-treated SATG a-IGZO TFTs with different gate lengths L.

Fig. 4.  W-normalized total resistance versus L at various V_gs.

Fig. 5.  Evolutions of transfer characteristics of Mg-reacted a-IGZO TFTs under (a) negative gate voltage bias (NBS) of −20 V and (b) positive gate voltage bias (PBS) of 20 V.

（供稿人：彭昊）