紫外辅助清洗对非晶氧化物半导体薄膜晶体管稳定性的影响

器件制造过程包括一系列薄膜沉积和光刻构图步骤。为了最小化污染，在通过等离子体增强化学气相沉积或溅射方法生长薄膜之前和之后，衬底通常使用去离子水的清洁过程。众所周知，在清洁过程中应用紫外紫外光是从表面去除不需要的杂质的有效方法。然而，氧化锌基半导体对紫外光非常敏感，这可能导致与氧空位相关的缺陷浓度升高。这种现象对于器件的长期稳定性可能是有害的，在长时间工作时会导致快速退化。

本文研究了紫外辅助清洗对高性能薄膜晶体管性能和稳定性的影响。比较了在沉积HIZO活性层之前的所有步骤中经历紫外辅助清洗的器件和在HIZO生长之后立即用紫外清洗步骤制造的器件。首先检查初始转移曲线，然后进行NBIS实验。

一种类型的器件器件A在沉积HIZO活性层之前的所有步骤中都要经过紫外线清洗。对于另一种类型的器件B，紧接在HIZO生长之后进行额外的紫外清洗步骤。然后将上述晶体管在空气中于325℃退火1小时。使用Keithley 4200-SCS参数分析仪对通道宽度/长度=9/9 m的器件进行了表征。阈值电压VT、亚阈值摆幅S和饱和场效应迁移率FE的提取符合渐变沟道近似。图1显示了这些器件的原理图以及测量方法。在NBIS实验期间，使用卤素灯从顶部提供亮度为200 lx的可见辐射。对于后者，施加20 V的栅极电压Vg和10 V的漏极电压Vd。总应力时间为12小时，每30分钟收集一次转移曲线。

图1 底部栅极的彩色在线横截面图

图2显示了所研究器件的传递曲线。最初，栅极电压从15伏扫描到+15伏，然后反向扫描。这些器件经过适当钝化，没有表现出明显的迟滞行为。注意器件B中阈下光电流的增加量，在初始传输曲线中，该曲线是在灯打开的情况下记录的。在NBIS时，器件B在传输曲线中表现出较大的平行位移。

图2 设备A和设备b在NBIS上的灯光下记录的彩色在线转移曲线

为了将氧化物基薄膜晶体管集成到最先进的大面积70英寸中。在240 Hz高帧率下工作的AMLCD面板，需要5 cm2/Vs或更高的场效应迁移率，因此设备A和B都符合技术规范。然而，器件A在NBIS测试中更陡的亚阈值摆幅和更高的稳定性表明，在薄膜晶体管背板的制造过程中应进行无紫外光的去离子水清洗，以实现稳定的快速开关元件。

在这项工作中，紫外辅助清洗对薄膜晶体管的性能和稳定性的影响进行了研究。其中HIZO层经受紫外清洗的器件在NBIS表现出大的VT偏移。