《Advanced Functional Materials》：通過電極自分層和快速光子燒結的自對準柵極金屬氧化物晶體管的接觸工程（IF=19.059）

背景：

金屬氧化物薄膜晶體管(TFT)為wei新xin興xing的de透tou明ming和he柔rou性xing微wei電dian子zi應ying用yong提ti供gong了le絕jue佳jia的de機ji會hui。不bu幸xing的de是shi，它ta們men的de性xing能neng受shou到dao與yu寄ji生sheng效xiao應ying相xiang關guan的de限xian製zhi的de阻zu礙ai，例li如ru寄ji生sheng電dian極ji重zhong疊die電dian容rong和he高gao接jie觸chu電dian阻zu
，這zhe會hui嚴yan重zhong限xian製zhi它ta們men的de動dong態tai行xing為wei。本ben文wen報bao道dao了le一yi種zhong製zhi造zao共gong麵mian自zi對dui準zhun柵zha極ji(SAG)氧化銦镓鋅(IGZO)晶體管的創新方法
，該晶體管具有工程源/漏極觸點。製造過程從柵極電極/電介質堆棧的沉積和圖案化開始
，並使用有機自組裝單層(SAM)作為表麵能改性劑對其進行功能化。隨後在柵極電極堆棧上沉積第二個金(Au)電極。在溫和的超聲處理下，通過自分層去除兩個電極之間的重疊區域
，形成完美對齊的共麵Au-Gate-Au電極。通過旋塗IGZO前體，然後進行快速光子燒結，完成器件製造。用Au/In和Au/ITO等雙金屬電極代替金源/漏極接觸，可以降低接觸電阻，並在不增加製造複雜性的情況下顯著提高晶體管性能。該方法具有高度可擴展性、穩定性，並適用於其他半導體材料。

文獻介紹：

金屬氧化物具有一係列有利的物理特性，包括高載流子遷移率、可調能帶結構、出色的光學透明度和機械柔韌性
，因此在學術研究和工業界引起了極大關注。這些非凡的特性使金屬氧化物和化合物成為開發下一代（光）電子設備的主要候選材料。值得注意的是，氧化銦(In₂O₃)、氧化銦錫(ITO)
、氧化銦鋅(IZO)和氧化銦镓鋅(IGZO)已成為TFT中有前途的半導體或導電材料，得益於各種可擴展沉積技術的優勢以及與現有互補金屬氧化物半導體(CMOS)技術的良好兼容性。在這些金屬氧化物中
，尤其是IGZO，已成為平板顯示器TFT中領先的半導體通道材料。然而
，隨著未來電子需求向高數據速率射頻（RF）轉發器和智能傳感器網絡發展
，對具有增強性能的金屬氧化物TFT的需求日益增長，特別是在工作頻率（f_T）方麵。

實現高f_T值需要解決幾個關鍵挑戰，主要與寄生效應有關，包括柵極(G)和S/D電極之間的重疊電容和訪問電阻。這些寄生效應已被確定為實現高速TFT的限製因素。已經探索了各種策略來減輕這些影響。例如，已經利用自對準U形或T形頂柵結構來最小化G和S/D電(dian)極(ji)之(zhi)間(jian)的(de)重(zhong)疊(die)區(qu)域(yu)
，從(cong)而(er)減(jian)少(shao)寄(ji)生(sheng)電(dian)容(rong)。然(ran)而(er)，這(zhe)些(xie)結(jie)構(gou)通(tong)常(chang)會(hui)在(zai)側(ce)壁(bi)下(xia)方(fang)留(liu)下(xia)一(yi)個(ge)非(fei)柵(zha)極(ji)訪(fang)問(wen)長(chang)度(du)，該(gai)長(chang)度(du)等(deng)於(yu)側(ce)壁(bi)間(jian)隔(ge)層(ceng)的(de)厚(hou)度(du)並(bing)充(chong)當(dang)訪(fang)問(wen)電(dian)阻(zu)，從(cong)而(er)顯(xian)著(zhu)降(jiang)低(di)設(she)備(bei)的(de)性(xing)能(neng)。此(ci)外(wai)，在(zai)這(zhe)方(fang)麵(mian)還(hai)提(ti)出(chu)了(le)自(zi)對(dui)準(zhun)底(di)柵(zha)TFT結構
，其中大多數是使用背麵曝光技術在透明基板上製造的。然而
，這種方法引發了與現有工業TFT製造工藝的兼容性問題
，並在精確控製電極分離方麵帶來了挑戰。因此，隨後的自對準底部柵極TFT結jie構gou表biao現xian出chu可ke重zhong複fu性xing問wen題ti和he一yi定ding程cheng度du的de寄ji生sheng電dian容rong和he訪fang問wen電dian阻zu，限xian製zhi了le它ta們men在zai高gao級ji電dian子zi應ying用yong中zhong的de功gong能neng。因yin此ci，理li想xiang的de器qi件jian幾ji何he形xing狀zhuang是shi消xiao除chu寄ji生sheng電dian容rong的de幾ji何he形xing狀zhuang
，這zhe是shi通tong過guo消xiao除chuG和S/D電極之間的所有重疊來實現的，同時通過將S/D電極拉近到G電極來降低訪問電阻。

接觸電阻(R_C)是金屬氧化物TFTs的另一個關鍵問題。例如，在存在肖特基勢壘的情況下
，大多數載流子注入/提取可能被嚴重抑製，並且對於通道長度(Lch)低於100nm的導狀態
，R_C可能主導總電阻(Rtotal)。因此
，選擇金屬的S/D觸點強烈影響金屬氧化物TFT性能。采用與金屬氧化物半導體導帶具有良好費米能級對準的電極對於實現更有效的電子注入半導體和降低R_C至關重要。為此

，在S/D金屬電極和通道材料之間插入超薄層如ITO、氧化鋅(ZnO)和摻鋁氧化鋅(AZO)作為中間層，以降低有效勢壘高度和降低R_C。然而，盡管具有很好的特性，但這種層間策略主要應用於具有傳統結構的金屬氧化物TFTs中，而它們在基於納米間隙的SAG TFTs中的作用仍未被探索。開發具有超低接觸電阻的納米間隙SAG金屬氧化物TFTs對於實現快速開關速度和低工作電壓的下一代金屬氧化物集成電路具有重要意義。

在此，我們開發了一種簡單的方法來製造具有雙層S/D電極的大規模納米間隙SAG IGZO晶體管。通過用非有機SAM修飾柵極/介電層，隨後沉積的S/D層可以在柵極/介電層上自對齊，在G和S/D之間形成≈17nm的納米隙。這種自對準過程消除了寄生電極重疊，並確保了超短距離，即G和S/D電極之間的納米間隙


，從而使寄生電容和接入電阻最小化。我們在SAG結構中引入雙層S/D電極，包括Au/In和Au/ITO，以進一步增強電子注入並降低接觸電阻。這些結構與溶液處理的IGZO相結合，作為通道半導體，其沉積通過氙閃光燈的快速光子燒結處理。所得到的Au/ITO S/D電極SAG IGZO TFTs具有高電子遷移率(3.56cm²V⁻¹s⁻¹)、小亞閾值擺幅(80mVDec^-1))、高通斷電流比(≈106)、低接觸電阻12Ωcm、低工作電壓(<2V)和可忽略的工作滯後。這項工作展示了TFT技術的進步，並有望用於各種電子應用，包括高頻電路等。

引用：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202406044

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