本發(fā)明屬于信息材料與器件，具體涉及一種高穩(wěn)定性氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管的制備方法。

背景技術(shù)：

1、氧化物半導(dǎo)體材料具有高電子遷移率(10～100cm2/v·s)、寬禁帶(～3.0ev)、低工藝溫度(<300℃)等優(yōu)點。近年來，隨著材料及制備工藝的不斷優(yōu)化，氧化物半導(dǎo)體晶體管的性能顯著提升，逐漸在顯示、邏輯、及存儲等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。然而，由于氧化物半導(dǎo)體獨特的滲透導(dǎo)電機制以及其對制備工藝過程和環(huán)境中引入的氫、氧的敏感性，導(dǎo)致氧化物半導(dǎo)體晶體管的穩(wěn)定性成為限制其產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的關(guān)鍵因素。

2、通過調(diào)節(jié)氧化物半導(dǎo)體薄膜中金屬元素的組分以及引入摻雜，從而形成更穩(wěn)定的金屬-氧鍵，是提高氧化物半導(dǎo)體晶體管穩(wěn)定性的常用方法之一。然而，這種方法同時也會降低氧化物半導(dǎo)體材料的載流子濃度，使遷移率降低且接觸電阻增加，導(dǎo)致晶體管的開態(tài)電流退化。此外，高溫退火也是提升氧化物半導(dǎo)體穩(wěn)定的有效方法，高溫退火過程可以鈍化氧化物半導(dǎo)體溝道及介質(zhì)中的陷阱態(tài)，同時降低氫含量。然而，這種方法同時也會導(dǎo)致氧化物半導(dǎo)體材料中氧空位的增加，使閾值電壓負(fù)移。因此，本發(fā)明提出一種用于氧化物半導(dǎo)體晶體管退火過程的阻擋層材料，即在阻擋層的覆蓋下進行高溫退火，由于氫和氧在阻擋層中擴散系數(shù)的明顯差異，在退火過程中使氫向外擴散的同時阻擋氧的擴散，從而提升器件的穩(wěn)定性。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了提升氧化物半導(dǎo)體晶體管器件，本發(fā)明提出了一種新型的高穩(wěn)定性氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管的制備方法。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

3、一種高穩(wěn)定性氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管的制備方法，其步驟包括：

4、1)制備氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管器件，所述晶體管器件的氧化物半導(dǎo)體晶體管溝道層上、下分別設(shè)置的介質(zhì)層、絕緣層或鈍化層均為阻擋材料，或所述晶體管器件的氧化物半導(dǎo)體晶體管溝道層上、下分別設(shè)置阻擋材料層，所述阻擋材料為sio2、sinx、hfo2、hfsio或hflao；

5、2)將步驟1)制備的晶體管器件放置于退火爐中進行高溫退火，其中，退火溫度為300～500攝氏度，退火時間為1～2小時。

6、進一步，所述晶體管器件的結(jié)構(gòu)包括但不限于平面的背柵、頂柵、雙柵結(jié)構(gòu)或三維的鰭型柵、圍柵、環(huán)溝道、堆疊納米片結(jié)構(gòu)以及垂直溝道結(jié)構(gòu)。

7、進一步，所述氧化物半導(dǎo)體晶體管溝道材料包括但不限于in2o3、sno2、ga2o3、zno、ito、igo、izo、igzo、iazo、itzo、iwo、itwo等以及各種摻雜組分和比例的所有氧化物半導(dǎo)體薄膜及多層氧化物薄膜堆疊的復(fù)合薄膜，可采用磁控濺射、化學(xué)氣相沉積、分子束外延或原子層沉積等工藝制備，厚度范圍為1～20納米。

8、進一步，所述源、漏接觸電極層應(yīng)當(dāng)選擇可以與氧化物溝道層形成良好接觸，并且可以耐受后續(xù)退火溫度的金屬或合金材料，包括但不限于ito、zno等氧化物材料或pt、pd、au、mo、w、tin、tan等金屬及其合金材料，厚度范圍為10～60納米。

9、進一步，所述柵介質(zhì)材料包括但不限于hfo2、hflaox、hfsiox、zro2、al2o3、sinx、sio2等材料，可采用化學(xué)氣相沉積、分子束外延或原子層沉積等工藝制備，厚度參考范圍為3～50納米。

10、進一步，所述阻擋材料層采用磁控濺射、電子束蒸發(fā)、等離子體增強型化學(xué)氣相沉積、離子束沉積、激光脈沖沉積或原子層沉積等工藝方法制備，厚度參考范圍為5～50納米。

11、進一步，所述退火氣體氛圍為氮氣、氬氣，退火時保持在10～50torr的低壓環(huán)境中，氣體以100～500ml/min的流速均勻流過退火爐。

12、本發(fā)明的有益效果如下：

13、本發(fā)明通過對在阻擋層材料覆蓋下的氧化物半導(dǎo)體晶體管器件進行高溫退火，利用阻擋層材料對于氫和氧擴散系數(shù)的差異，使溝道中的氫得以有效釋放的同時維持氧的比例，從而控制氧空位的濃度，提升氧化物半導(dǎo)體晶體管的穩(wěn)定性。相較于其他傳統(tǒng)工藝制備的氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，本發(fā)明制備的氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管具有更好的電學(xué)穩(wěn)定性和高溫穩(wěn)定性，同時閾值電壓和開態(tài)電流得到保持。

技術(shù)特征：

1.一種高穩(wěn)定性氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管的制備方法，其步驟包括：

2.如權(quán)利要求1所述的高穩(wěn)定性氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管的制備方法，其特征在于，所述晶體管器件的結(jié)構(gòu)為平面的背柵、頂柵、雙柵結(jié)構(gòu)或三維的鰭型柵、圍柵、環(huán)溝道、堆疊納米片結(jié)構(gòu)以及垂直溝道結(jié)構(gòu)。

3.如權(quán)利要求1所述的高穩(wěn)定性氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管的制備方法，其特征在于，所述氧化物半導(dǎo)體晶體管溝道材料為in2o3、sno2、ga2o3、zno、ito、igo、izo、igzo、iazo、itzo、iwo、itwo以及各種摻雜組分和比例的所有氧化物半導(dǎo)體薄膜及多層氧化物薄膜堆疊的復(fù)合薄膜。

4.如權(quán)利要求3所述的高穩(wěn)定性氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管的制備方法，其特征在于，所述氧化物半導(dǎo)體晶體管溝道材料采用磁控濺射、化學(xué)氣相沉積、分子束外延或原子層沉積工藝制備，厚度范圍為1～20納米。

5.如權(quán)利要求1所述的高穩(wěn)定性氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管的制備方法，其特征在于，所述氧化物半導(dǎo)體晶體管源、漏接觸電極層為ito、zno氧化物材料或pt、pd、au、mo、w、tin、tan金屬及其合金材料，厚度范圍為10～60納米。

6.如權(quán)利要求1所述的高穩(wěn)定性氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管的制備方法，其特征在于，所述氧化物半導(dǎo)體晶體管柵介質(zhì)材料為hfo2、hflaox、hfsiox、zro2、al2o3、sinx、sio2材料，采用化學(xué)氣相沉積、分子束外延或原子層沉積工藝制備，厚度范圍為3～50納米。

7.如權(quán)利要求1所述的高穩(wěn)定性氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管的制備方法，其特征在于，所述阻擋層采用磁控濺射、電子束蒸發(fā)、等離子體增強型化學(xué)氣相沉積、離子束沉積、激光脈沖沉積或原子層沉積工藝方法制備，厚度范圍為5～50納米。

8.如權(quán)利要求1所述的高穩(wěn)定性氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管的制備方法，其特征在于，所述退火氣體氛圍為氮氣、氬氣，退火時保持在10～50torr的低壓環(huán)境中，氣體以100～500ml/min的流速均勻流過退火爐。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開一種高穩(wěn)定性氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管的制備方法，屬于信息材料與器件技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明通過對在阻擋層材料覆蓋下的氧化物半導(dǎo)體晶體管器件進行高溫退火，利用阻擋層材料對于氫和氧擴散系數(shù)的差異，使溝道中的氫得以有效釋放的同時維持氧的比例，從而控制氧空位的濃度，提升氧化物半導(dǎo)體晶體管的穩(wěn)定性。相較于其他傳統(tǒng)工藝制備的氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，本發(fā)明制備的氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管具有更好的電學(xué)穩(wěn)定性和高溫穩(wěn)定性，同時閾值電壓和開態(tài)電流得到保持。

技術(shù)研發(fā)人員：吳燕慶,胡倩瀾,王之昱
受保護的技術(shù)使用者：北京大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15