利用钯解决掩埋氧化物薄膜晶体管的接触问题

东京理工大学的科学家开发了一种新方法，该方法使用钯将氢注入非晶氧化物半导体（AOS）存储设备的深埋氧化物金属电极触点，从而降低接触电阻。这种创新方法为解决AOS的接触问题提供了一种有价值的解决方案，为其在下一代存储设备和显示器中的应用铺平了道路

基于非晶氧化物半导体（AOS）的薄膜晶体管（TFT）在下一代存储设备（如无电容动态随机存取存储器（DRAM）和高密度DRAM技术）中的应用引起了极大的关注。这样的存储设备采用TFT垂直堆叠的复杂架构以实现高存储密度

尽管AOS TFT具有电势，但它们仍存在AOS和电极之间的接触问题，导致接触电阻过高，从而降低电荷载流子迁移率，并增加功耗。此外，垂直堆叠的体系结构进一步加剧了这些问题

已经提出了许多方法来解决这些问题，包括在触点之间沉积高导电性氧化物夹层、在AOS触点表面形成氧空位以及用等离子体进行表面处理。氢在这些方法中起着关键作用，因为当氢离解成原子氢并注入AOS电极接触区域时，会产生电荷载流子，从而降低接触电阻

然而，这些方法是能量密集型的，或者需要多个步骤，虽然它们有效地解决了半导体暴露上表面的高接触电阻问题，但对于存储设备的复杂纳米级结构中的掩埋接触来说，它们是不切实际的

为了解决这个问题，东京理工学院国际研究前沿倡议MDX元素战略研究中心的一组研究人员（助理教授Masatake Tsuji、博士生Yuhao Shi和名誉教授Hideo Hosono）现在开发了一种新的氢注入方法。他们的发现于2024年3月22日在线发表在《ACS Nano》杂志上。

在这种创新方法中，由合适的金属制成的电极可以在低温下催化氢的离解，用于将原子氢传输到AOS电极界面，从而形成高导电性的氧化物层。因此，选择合适的电极材料是实施这一策略的关键

Tsuji博士解释道，“这种方法需要具有高氢扩散率和氢溶解度的金属来缩短后处理时间并降低处理温度。在这项研究中，我们利用钯（Pd）来发挥催化氢离解和传输的双重作用，使其成为低温下，甚至在深内部接触时，在AOS TFT中注入氢的最合适材料。”

为了证明这种方法的有效性，该团队用Pd薄膜电极作为氢传输路径，制造了非晶铟镓氧化物（a-IGZO）TFT。TFT在5%氢气气氛中在150°C的温度下进行热处理；持续10分钟。这导致原子氢通过Pd传输到a-IGZO-Pd界面，触发氧和氢之间的反应，形成高导电界面层

测试表明，由于导电层的存在，TFT的接触电阻降低了两个数量级。此外，电荷载流子迁移率从3.2cm2V&ndash；1s&ndash；1至近20 cm2V&ndash；1s&ndash；1，表示有了实质性的改进

Tsuji博士表示：“我们的方法使氢气能够快速到达氧化物-钯界面，甚至在设备内部，深度可达100μm。这使其非常适合解决基于AOS的存储设备的接触问题。”。此外，这种方法保持了TFT的稳定性，表明没有由于电极中的氢扩散而产生的副作用

Tsuji博士强调了这项研究的潜力，他总结道：“这种方法是专门为复杂的设备架构量身定制的，为AOS在下一代存储设备和显示器中的应用提供了一个有价值的解决方案。”IGZO-TFT现在是驱动平板显示器像素的事实标准。本技术将提出其在存储器中的应用