低铟 IGZO：在形成气体退火和 PBTI 中对氢的优越耐受性
量子物理
2025-04-10 v3
摘要
将氧化铟镓锌 (IGZO) 沟道晶体管集成到硅基生态系统中，要求沟道材料能够耐受氢处理。标准 IGZO（含 40% In，金属比例）在形成气体退火 (FGA) 和氢 (H) 驱动的正偏压温度不稳定性 (PBTI) 下会发生退化。我们展示了具有低铟 (In ≤ 17%) IGZO 沟道的顶栅原子层沉积 (ALD) 晶体管，其对氢的耐受性优于富铟 (In=40%) 对应器件。这些器件采用 300 mm FAB 工艺制造，尺寸低至 W_CH × L_TG = 80 × 40 nm²，在 2 小时 420°C 形成气体退火中表现出优异的稳定性 (0.06 ≤ |ΔV_TH| ≤ 0.33 V)，并在 125°C 的 PBTI 中表现出改善的氢耐受性（低至检测不到 H 诱导的 VTH 偏移），与富铟器件相比。我们证明了 FGA 中 H 引起的器件退化与 PBTI 中 H 诱导的 VTH 不稳定性是不同的，即 H 的除氧作用与 H 从栅介质释放到沟道中，且对一种工艺的氢耐受性不会自动转化为对另一种工艺的氢耐受性。这种 IGZO 对氢耐受性的显著提升使得制造过程中所需的 FGA 处理成为可能，以实现硅技术兼容性，以及进一步缩放和三维集成，使基于 IGZO 的技术更接近大规模生产。
引用
@article{arxiv.2412.07363,
title = {Development of a bipolar 50 V output digital-to-analog converter system for ion-shuttling operations},
author = {T. Oshio and R. Nishimoto and T. Higuchi and K. Hayasaka and K. Koike and S. Morisaka and T. Miyoshi and R. Ohira and U. Tanaka},
journal= {arXiv preprint arXiv:2412.07363},
year = {2025}
}
备注
8 pages, 9 figures