PL225166B1 - Sposób wytwarzania przezroczystego tranzystora MESFET - Google Patents
Sposób wytwarzania przezroczystego tranzystora MESFETInfo
- Publication number
- PL225166B1 PL225166B1 PL408718A PL40871814A PL225166B1 PL 225166 B1 PL225166 B1 PL 225166B1 PL 408718 A PL408718 A PL 408718A PL 40871814 A PL40871814 A PL 40871814A PL 225166 B1 PL225166 B1 PL 225166B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- layer
- igzo
- transparent
- gate electrode
- deposited
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 19
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title description 10
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 15
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 9
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 8
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 6
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims description 5
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 claims description 4
- 229910019895 RuSi Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 8
- 229910018557 Si O Inorganic materials 0.000 description 7
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Inorganic materials [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Substances [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 4
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 4
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 4
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 3
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 2
- 229920002799 BoPET Polymers 0.000 description 1
- 230000005355 Hall effect Effects 0.000 description 1
- 229910007541 Zn O Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000000608 laser ablation Methods 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 125000004430 oxygen atom Chemical group O* 0.000 description 1
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 1
- 238000005036 potential barrier Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000005546 reactive sputtering Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Thin Film Transistor (AREA)
- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
Description
Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania przezroczystego tranzystora MESFET, czyli przyrządu z prostującym złączem metal-półprzewodnik (ang. Metal-Semiconductor Field Effect Transistor), przeznaczonego do zastosowania w układach elektronicznych, w sensorach biomedycznych i optoelektronicznych, wytwarzanych zarówno na sztywnych, jak i giętkich podłożach.
Tranzystory typu MESFET są przyrządami przeznaczonymi do stosowania w szybkich układach scalonych o niskim poborze mocy, ponieważ napięcie bramka-źródło wymagane do przełączenia stanu tych tranzystorów jest niższe niż w tranzystorach z warstwą dielektryka bramkowego, a ruchliwość nośników w kanale odpowiada ruchliwości nośników w półprzewodniku. W kręgu zainteresowań badaczy jest zastosowanie do wytwarzania tranzystorów MESFET przezroczystych amorficznych półprzewodników tlenkowych, jak na przykład ln-Ga-Zn-O (IGZO). Zastosowanie tego półprzewodnika w tranzystorach zwiększa wachlarz potencjalnych zastosowań, od przezroczystych czujników biochemicznych, przez inteligentne okna i lustra, aż po wyświetlacze o u ltra-wysokiej rozdzielczości, zintegrowane np. z soczewkami kontaktowymi.
Jednym z głównych problemów związanych z technologią wytwarzania przezroczystych tranzystorów typu MESFET jest wytworzenie niezawodnych kontaktów Schottky'ego, stanowiących elektrodę bramki. Jednocześnie przezroczyste kontakty Schottky'ego do przezroczystych półprzewodników tlenkowych powinny charakteryzować się wysokim przewodnictwem elektrycznym, odpornością na utlenianie oraz wysoką transmisją optyczną. Podczas osadzania metalizacji na powierzchnię IGZO, ze względu na powinowactwo chemiczne do tlenu, często dochodzi do dyfuzji atomów tlenu (O) z półprzewodnika do obszaru przypowierzchniowego. Powoduje to powstanie zlokalizowanych stanów pułapkowych na interfejsie metal-półprzewodnik, co w efekcie prowadzi do zwężenia obszaru zubożonego i zwiększa prawdopodobieństwo tunelowania nośników przez barierę potencjału.
Z publikacji D. H. Lee i in., Electrochem. Solid St. 1 Q8-Q10 (2012) znany jest sposób wytworzenia tranzystora typu MESFET w konfiguracji bottom-gate, w którym złącze prostujące Pt/IGZO wykorzystano w roli elektrody bramki w przyrządzie. W sposobie tym najpierw na podłożu kwarcowym techniką osadzania warstw za pomocą działa elektronowego wytworzono metalizację bramki z platyny (Pt) o grubości 100 nm. Następnie, wykorzystując technikę ablacji laserowej wytworzono warstwę kanału z IGZO o grubości 230 nm oraz kontakty źródła i drenu z tlenku indowo-cynowego (ITO) o grubości 100 nm. W celu przywrócenia stechiometrii obszaru przypowierzchniowego bramka-kanał strukturę poddano procesowi wygrzewania w atmosferze utleniającej w temperaturze 200°C w czasie 60 minut. W wyniku tego sposobu otrzymano tranzystor, na który składają się: przezroczyste podłoże, przezroczysta warstwa kanału oraz elektrody źródła i drenu ale nieprzezroczysta (platyna) elektroda bramki. Ponadto, długotrwałe wygrzewanie w temperaturze 200°C jest przeszkodą w przypadku wytwarzania tranzystora tego typu na podłożu o relatywnie niskiej temperaturze topnienia (np. typu PET).
W publikacji M. Lorenz i in., Appl. Phys. Lett. 97, 243506 (2010) oraz patencie DE nr 102 009 030 045 B3 zademonstrowano alternatywne podejście zakładające wykorzystanie w roli bariery Schottky'ego tlenków metali, których skład atomowy jest skuteczny w zapobieganiu dyfuzji tlenu w obszarze złącza. W publikacjach tych przedstawiono sposób wytwarzania tranzystora typu MESFET w konfiguracji top-gate. W opisanym sposobie, najpierw na szklanym podłożu Corning 1737 techniką reaktywnego rozpylania magnetronowego w modzie RF osadzono warstwę kanału z amorficznego IGZO. Następnie za pomocą rozpylania katodowego w modzie DC i fotolitografii lift-off wykonano ze złota elektrody źródła i drenu. W ostatnim kroku techniką reaktywnego rozpylania katodowego w m odzie DC osadzono warstwę AgxO stanowiącą elektrodę bramki. W sposobie tym, otrzymano na przezroczystym podłożu tranzystor typu MESFET z przezroczystym kanałem i z przezroczystą elektrodą bramki. Przezroczystą elektrodę bramki tranzystora uzyskano wskutek, osadzenia bardzo cienkiej (~ 5 nm) warstwy AgxO. Tak cienka warstwa może jednak niekorzystnie wpływać na trwałość i niezawodności przyrządu. Natomiast metalizacja źródła i drenu jest nieprzezroczysta z uwagi na to, iż wytworzona została ze złota. Technologia wytwarzania tego tranzystora wymaga przeprowadzenia procesu wygrzewania warstwy kanału w temperaturze 150°C, co zmniejsza ilość materiałów, jakie mogą być użyte w charakterze elastycznego podłoża.
Celem wynalazku jest opracowanie sposobu wytwarzania w pełni przezroczystego tranzystora typu MESFET z kanałem z IGZO, bez konieczności wygrzewania warstw.
Sposób wytwarzania tranzystora MESFET według wynalazku polega na tym, że na przezroczystym podłożu osadza się warstwę kanału z IGZO, następnie warstwę przezroczystego przewodnika
PL 225 166 B1 tlenkowego o wysokiej pracy wyjścia stanowiącą elektrodę bramki oraz przezroczystą metalizację kontaktów źródła i drenu. W sposobie tym, najpierw w temperaturze pokojowej na przezroczystym podłożu, korzystnie na podłożu elastycznym, osadza się za pomocą reaktywnego magnetronowego rozpylania katodowego warstwę kanału IGZO o grubości < 30 nm. Osadzanie to prowadzi się w modzie RF, w plazmie Ar/O2 o ciśnieniu < 1 Pa z ceramicznego targetu lnGaZnO4, przy zawartości tlenu w atmosferze roboczej w zakresie od 0% do 1%. Następnie, za pomocą reaktywnego rozpylania katodowego i fotolitografii lift-off bezpośrednio na warstwie IGZO, wytwarza się elektrodę bramki w postaci warstwy Ru-Si-O o grubości nie przekraczającej 100 nm. W trakcie procesu osadzania katoda RuSi zasilana jest prądem stałym o natężeniu 80-100 mA, a zawartość tlenu w plazmie Ar/O2 wynosi < 20%. Po zakończeniu tego procesu, przy pomocy techniki reaktywnego rozpylania katodowego w modzie DC oraz fotolitografii lift-off, na warstwie kanału IGZO po obu stronach elektrody bramki, w odległości nie większej niż 10 pm, wytwarza się kontakty źródła i drenu w postaci warstwy tlenku indowocynowego o grubości do 100 nm.
Sposób według wynalazku umożliwił realizację przezroczystego tranzystora typu MESFET z kanałem z amorficznego IGZO oraz barierą Schottky'ego wytworzoną w oparciu o przezroczysty tlenek przewodzący Ru-Si-O.
Sposób według wynalazku zostanie bliżej objaśniony na przykładzie wykonania tranzystora typu MESFET z kanałem z IGZO w konfiguracji top-gate. W pierwszym kroku cienką warstwę IGZO o grubości 30 nm osadzono techniką reaktywnego magnetronowego rozpylania katodowego w modzie RF w plazmie Ar/O2 o ciśnieniu 0,85 Pa z ceramicznego targetu lnGaZnO4 na podłoże kwarcowe. Podczas osadzania warstwy kanału zawartość tlenu w atmosferze roboczej wynosiła 0,5%, a podłoże nie było intencjonalnie podgrzewane. Koncentracja oraz ruchliwość swobodnych nośników ładunku w warstwie, wyznaczone z pomiaru efektu Halla, wynosiły odpowiednio n = 2 x 1018 cm-3 i μ = 7,3 2 cm /V · s. W następnym kroku, bez dodatkowej obróbki powierzchni IGZO, osadzono warstwę Ru-Si-O o grubości 100 nm stanowiącą elektrodę bramki przyrządu. W tym celu również wykorzystano technikę reaktywnego rozpylania katodowego, przy czym katoda RuSi zasilana była stałoprądowo, a zawartość tlenu w mieszaninie Ar/O2 wynosiła 20%. Wysokość bariery Schottky'ego oraz współczynnik idealności wyznaczone z charakterystyki prądowo-napięciowej złącza wynosiły odpowiednio φΒ = 0,9 eV i n = 1,62.
Transmisja optyczna złącza Ru-Si-O/IGZO przekraczała 70% dla promieniowania w widzialnym zakresie widma elektromagnetycznego. W ostatnim kroku po obu stronach bramki, w odległości 10 pm osadzono warstwę tlenku indowo-cynowego o grubości 100 nm stanowiącą kontakty źródła i drenu tranzystora. Rezystywność oraz transmisja optyczna kontaktów omowych wynosiły odpowiednio p = 9,3 x 10-4 Ω cm-2 oraz > 75%. Pomiary charakterystyk przejściowych i wyjściowych przyrządu wykazały, że przezroczysty tranzystor MESFET wytworzony zgodnie ze sposobem według wynalazku cechuje się stosunkiem prądu włączenia do wyłączenia ION/IOFF > 104 A/A, nachyleniem charakterystyki przejściowej w zakresie podprogowym S = 230 mV/dek oraz ruchliwością nośników w kanale pCH = 7,1 cm2/V · s.
Elektroda bramki Ru-Si-O zapewnia syntezę wysokiego przewodnictwa elektrycznego cienkich warstw (powyżej 250 S/cm) i transmisji optycznej powyżej 70%. Wysoka praca wyjścia tego materiału (5,3 eV) oraz powinowactwo elektronowe IGZO (4,2 eV) umożliwiają wytworzenie złącza prostującego Ru-Si-O/IGZO i zastosowanie go jako elektrody bramki tranzystora MESFET. Szczególnie ważną zaletą tego sposobu jest fakt, że skład atomowy Ru-Si-O jest skuteczny w zapobieganiu migracji atomów tlenu z warstwy półprzewodnika w obszar złącza, co pozwala pominąć dodatkowy krok technologiczny związany ze zredukowaniem ilości energetycznych stanów pułapkowych na interfejsie bramkakanał. Wytworzenie wszystkich elementów tranzystora w temperaturze pokojowej pozwala na wytworzenie przyrządu na podłożu o niskiej temperaturze topnienia, jak np. folia PET. Ponadto, napięcie bramka-źródło potrzebne do przełączenia stanu tranzystora wynosi 1,5 V, co umożliwia zastosowanie przyrządu w urządzeniach o niskim poborze mocy.
Claims (1)
- Sposób wytwarzania przezroczystego tranzystora MESFET w konfiguracji top-gate, w którym na przezroczystym podłożu osadza się warstwę kanału z IGZO, warstwę elektrody bramki oraz warstwy elektrod źródła i drenu, znamienny tym, że w temperaturze pokojowej, najpierw na przezroczystym podłożu, korzystnie elastycznym osadza się za pomocą reaktywnego magnetronowego rozpylania katodowego warstwę kanału IGZO o grubości < 30 nm, przy czym osadzanie to prowadzi się w modzie RF, w plazmie Ar/O2 o ciśnieniu < 0,85 Pa z ceramicznego targetu lnGaZnO4, przy zawartości tlenu w atmosferze roboczej w zakresie od 0% do 0,5%, następnie, za pomocą reaktywnego rozpylania katodowego bezpośrednio na warstwie IGZO, osadza się elektrodę bramki w postaci warstwy RuSi-O o grubości nie większej niż 100 nm, przy czym podczas tego osadzania katodę RuSi zasila się prądem stałym o natężeniu w zakresie 80-100 mA, a zawartość tlenu w plazmie Ar/O2 wynosi < 20%, a po zakończeniu tego procesu, na warstwę kanału IGZO po obu stronach elektrody bramki w odległości nie większej niż 10 pm wytwarza się kontakty źródła i drenu w postaci warstwy tlenku indowocynowego o grubości < 100 nm.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL408718A PL225166B1 (pl) | 2014-06-30 | 2014-06-30 | Sposób wytwarzania przezroczystego tranzystora MESFET |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL408718A PL225166B1 (pl) | 2014-06-30 | 2014-06-30 | Sposób wytwarzania przezroczystego tranzystora MESFET |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL408718A1 PL408718A1 (pl) | 2016-01-04 |
| PL225166B1 true PL225166B1 (pl) | 2017-02-28 |
Family
ID=54978729
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL408718A PL225166B1 (pl) | 2014-06-30 | 2014-06-30 | Sposób wytwarzania przezroczystego tranzystora MESFET |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL225166B1 (pl) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109468604A (zh) * | 2019-01-11 | 2019-03-15 | 郑州大学 | 高透射率igzo薄膜的制备方法 |
-
2014
- 2014-06-30 PL PL408718A patent/PL225166B1/pl unknown
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109468604A (zh) * | 2019-01-11 | 2019-03-15 | 郑州大学 | 高透射率igzo薄膜的制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL408718A1 (pl) | 2016-01-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103000530B (zh) | 顶栅氧化物薄膜晶体管的制造方法 | |
| Luo et al. | Influence of source and drain contacts on the properties of indium–gallium–zinc-oxide thin-film transistors based on amorphous carbon nanofilm as barrier layer | |
| Son et al. | In situ chemical modification of Schottky barrier in solution-processed zinc tin oxide diode | |
| KR102402547B1 (ko) | 그래핀 아일랜드들을 포함하는 채널층을 구비한 그래핀 전자소자 및 그 제조방법 | |
| Lee et al. | Enhancement of the electrical performance and bias stability of RF-sputtered indium tin zinc oxide thin-film transistors with vertical stoichiometric oxygen control | |
| Yoon et al. | Vertically graded oxygen deficiency for improving electrical characteristics and stability of indium gallium zinc oxide thin-film transistors | |
| Nguyen et al. | Source/drain metallization effects on the specific contact resistance of indium tin zinc oxide thin film transistors | |
| Chung et al. | Bulk-limited current conduction in amorphous InGaZnO thin films | |
| KR20080114357A (ko) | 박막 트랜지스터 | |
| TW202040803A (zh) | 裝置和方法 | |
| Kim et al. | Modulation of the Al/Cu2O Schottky barrier height for p-type oxide TFTs using a polyethylenimine interlayer | |
| CN107293493A (zh) | 铟镓锌氧化物薄膜晶体管的制作方法 | |
| Maeng et al. | Investigation of electrical performance and operation stability of RF-sputtered InSnZnO thin film transistors by oxygen-ambient rapid thermal annealing | |
| Ye et al. | Zinc-oxide thin-film transistor with self-aligned source/drain regions doped with implanted boron for enhanced thermal stability | |
| Ryu et al. | Self-aligned coplanar top gate In–Ga–ZnO thin-film transistors exposed to various DUV irradiation energies | |
| Jeon et al. | Contact properties of a low-resistance aluminum-based electrode with metal capping layers in vertical oxide thin-film transistors | |
| Li et al. | Impact of the source/drain electrode process on the mobility-threshold trade-off for InSnZnO thin-film transistors | |
| Li et al. | Effect of oxygen partial pressure on the performance of homojunction amorphous In-Ga-Zn-O thin-film transistors | |
| CN103050412A (zh) | 氧化物薄膜晶体管的制造方法 | |
| Li et al. | Noble-metal-free, polarity-switchable IGZO Schottky barrier diodes | |
| Billah et al. | Millisecond positive bias recovery of negative bias illumination stressed amorphous InGaZnO thin-film transistors | |
| Lee et al. | Highly stable, self-aligned coplanar a-InGaZnO TFTs with oxide and hydrogenated amorphous Si contacts | |
| Aktas et al. | Effect of SiO2 gate insulator on electrical performance of solution processed SnO2-Based thin film phototransistor | |
| Ahmad et al. | Achieving ultralow contact resistance and reducing residual hydrogen by surface doping | |
| Ji et al. | P‐2: Novel High Mobility Oxide TFT with Self‐Aligned S/D Regions Formed by Wet‐etch process |