Lin 2024 · IGZO의 PBTI
The Role of Oxygen Vacancy and Hydrogen on the PBTI Reliability of ALD IGZO Transistors and Process Optimization
평면 ALD IGZO에서 조성·유전체·후처리를 대조한다. 수소·산소공공 관련 성분 모델과 PBTI 측정을 연결하는 재료·공정 기반 연구다.
Zhiyu Lin; Lu Kang; Jinxiu Zhao; Yue Yin; Ziheng Wang; Jun Yu; Yuan Li; Guangzheng Yi; Arokia Nathan; Xiuyan Li; Ying Wu; Jeffrey Xu; Mengwei Si
IEEE Transactions on Electron Devices · 2024
원문에서 읽은 핵심
근거와 조건8인치 p+ Si/SiO₂ 위 bottom-gate 평면 IGZO FET를 제작했다. TiN gate, 7 nm ALD HfOₓ/HfAlOₓ/AlOₓ, 10 nm ALD IGZO, SiO₂ passivation, W S/D를 사용한다. ALD In cycle 비율과 N₂/O₂ anneal 또는 F 처리로 A–F 대조군을 구성하며 기본 제조 열예산은 350 °C 미만이다. 근거 유형: 제작 공정·재료.
A/B/C는 HfOₓ·N₂에서 In-poor/medium/rich이고, D는 HfAlOₓ·In-medium·N₂, E는 HfOₓ·In-medium·O₂, F는 AlOₓ·In-poor·F 처리다. 8인치의 선택된 19개 E 소자에서 평균 SS = 61.7 mV/dec, 이동도 16.9 cm²/(V·s), Vth = 0.68 V를 보고한다. Fig. 2 균일성 E의 anneal은 PBTI 측정용 E와 별도 조건이다. 근거 유형: 공정 대조·선택 소자 통계.
장채널 A는 W/L = 8/8 µm, B–F는 20/20 µm이며 eMSM으로 stress와 relaxation을 분리했다. Vstress = 2–3.5 V, −175–120 °C 범위에서 양/음의 Vth 성분이 중첩되고 높은 온도·전압·In 비율은 음의 성분을 강화한다. Vrelax = 0 V와 약 0.1 s relaxation 시점이 비교 조건이다. 전기 측정 환경은 10⁻⁵ torr 미만 진공이다. 근거 유형: PBTI 측정.
HfAlOₓ 및 O₂ anneal은 높은 온도/전압에서 음의 성분을 줄인다. 저자는 결정 IGZO를 근사로 한 DFT의 H_O/H_i donor와 H 이동→V_O 반응을 연결하고, Re/P+/R_H/P− 네 성분으로 eMSM을 적합한다. 120 °C·3.5 V의 모델 시간지수는 0.16/0.12/0.18/0.86으로 P−가 가장 크다. 근거 유형: 실측 비교·DFT·성분 모델.
최적 F는 In-poor·AlOₓ·F 처리를 조합한다. ID-spot 측정에서 95 °C, Vstress = 3 V, tstress = 2 ks의 |ΔVth|는 11 mV이며 tox = 7 nm, EOT = 3.2 nm, EOX = 3.7 MV/cm를 보고한다. Fig. 9는 1–3 V와−100–95 °C 조건 및 전후 I–V를 제시한다. 근거 유형: 최적 소자의 PBTI 실측.
In-poor/7 nm AlOₓ의 H₂O 대 O₃ 성장과 300/350/400 °C FGA를 비교한다. FGA 가스는 4% H₂/96% N₂이고 PBTI stress는 150 °C·4 V다. O₃ 성장 소자에 FGA 후 음의 장시간 성분이 증가하는 경향을 수소 기여의 대조 증거로 해석한다. 이 FGA 비교군은 기본 350 °C 미만 제조 흐름과 구분된다. 근거 유형: 반응물·FGA 대조 실험.