专利名称：稳定性提高的金属氧化物tft的制作方法
技术领域：
一般地，本发明涉及金属氧化物薄膜器件，更具体地，本发明涉及金属氧化物半导体膜的稳定性。
背景技术：
由于金属氧化物半导体的高载流子迁移率、透光性和低沉积温度，金属氧化物半导体引起了强烈的关注。高载流子迁移率将应用扩展到需要较高频率或较高电流的更高的性能领域。透光性消除了在显示器和传感器有源矩阵中对遮光罩的需要。低沉积温度使得能够应用于塑性钝化层上的柔性电子设备。金属氧化物半导体的独特特点是:(1)载流子迁移率对膜粒度的依赖性较低，换言之，可实现高迁移率无定形金属氧化物；(2)表面状态的密度低，并且能够容易地为TFT产生场效应，这与其中表面状态 必须通过氢进行钝化的共价半导体(例如Si或a-Si)相反；以及(3)迁移率强烈依赖于载流子的体积密度。对于高性能应用，为了获得高迁移率，金属氧化物通道的载流子体积密度应该高，并且金属氧化物膜的厚度应该小(例如〈lOOnm，并且优选 <50nm)。在薄膜器件中，栅极介电层位于金属氧化物半导体层的形成器件通道的部分的上方。金属氧化物半导体层可以包括例如氧化锌(ZnO)、氧化铟锌(InZnO)、氧化铟锌镓(InZnGaO)等(参见下文列出的另外的实例)。栅极介电层一般是诸如二氧化硅(Si02)、SiN等的材料。一般来说，由于沉积温度等，所述金属氧化物是无定形的，并优选在加工后保持无定形。由于所使用的特定材料，在金属氧化物半导体层与栅极介电层之间的界面处形成陷阱或陷阱态。如果界面陷阱态深入在带隙中，则载流子在界面深阱中的捕获和释放可显现为稳定性问题，即阈值电压偏移。在这种情况下，根据TFT的阈值电压来定义“稳定性”。因此，补救现有技术中的上述缺陷和其它缺陷将是非常有利的。
发明内容
简单来说，为了根据本发明的优选实施方式实现本发明所希望的目的，提供了包括金属氧化物有源层、栅极介电层和低陷阱密度材料层的金属氧化物半导体器件。所述低陷阱密度材料层夹在所述金属氧化物有源层与所述栅极介电层之间。所述低陷阱密度材料层具有与所述金属氧化物有源层的主表面平行并接触的主表面，以与所述金属氧化物有源层形成低陷阱密度界面。第二低陷阱密度材料层可任选地被放置成与所述金属氧化物有源层的相对主表面相接触，从而与所述金属氧化物有源层的两个表面形成低陷阱密度界面。根据本发明的如下的特定实施方式，进一步实现本发明所希望的目的，在所述特定实施方式中，金属氧化物半导体器件包括金属氧化物有源层、栅极介电层和置于所述金属氧化物有源层与所述栅极介电层之间的低陷阱密度材料层。所述低陷阱密度材料层具有与所述金属氧化物有源层平行并接触的第一主表面，以与所述金属氧化物有源层形成低陷阱密度界面。所述低陷阱密度材料层具有与所述栅极介电层的主表面平行并接触的第二主表面，以与所述栅极介电层形成界面。所述低陷阱密度材料层具有与所述金属氧化物有源层的带隙接近的带隙，并且与所述金属氧化物有源层相比，具有低的迁移率。所述金属氧化物有源层、所述栅极介电层和所述低陷阱密度材料层一般都包括在下列器件中的一种中:顶部栅极、底部源极/漏极型器件，顶部栅极、顶部源极/漏极型器件，底部栅极、底部源极/漏极型器件以及底部栅极、顶部源极/漏极型器件，或其它薄膜器件。
对于本领域普通技术人员，从下文结合附图对本发明优选实施方式的详细描述中，本发明的上述的和其它的以及更具体的目的和优点将容易变得显而易见，在所述附图中:图1是具有上方栅极和下垫源极/漏极的TFT的简化的层示意图；图2是具有上方栅极和上方源极/漏极的TFT的简化的层示意图；图3是具有下方栅极和下方源极/漏极的TFT的简化的层示意图；图4是具有下方栅极和上方源极/漏极的TFT的简化的层示意图；图5是TFT中典型的正阈值电压偏移的图示；图6是具有上方或相邻 栅极介电层的金属氧化物半导体的带隙图，其示出了在界面处形成的典型的深带隙陷阱；以及图7是本发明的TFT的一部分的带隙图。
具体实施例方式在整个本讨论部分中，应该理解，薄膜晶体管(通称为TFT)被用作实例，但其它薄膜器件也可以包括在TFT的定义中。TFT的质量指标由μν/L2定义，其中μ是迁移率，V是电压，L是栅极长度。主要问题通过金属氧化物半导体材料的最新进展而得以部分补救，在所述最新进展中证实了高达80cm2/V-秒的迁移率。金属氧化物半导体的一个独特特点在于，载流子迁移率对膜粒度的依赖性较低，换言之，可实现高迁移率无定形金属氧化。由于所使用的材料和器件的尺寸(例如层厚度、栅极长度等)，金属氧化物与下方和上方材料的界面相互作用不再可以忽略。正如在2010年10月12日授权并通过参考引入本文的题为“Metal Oxide TFT with Improved Carrier Mobility”(具有改进的载流子迁移率的金属氧化物TFT)的专利号为7，812，346的美国专利中所详细描述的，界面相互作用的控制能够以如下两种方式中的任一种或两者来进行:(1)与下方结构的相互作用；和
(2)与上方结构的相互作用。通常，相互作用被设计成与金属氧化物中的氧反应，以有利地改变氧含量，并由此改变载流子密度。通常，选择用于形成各种上界面和下界面或用于提供与金属氧化物有源层的界面相互作用的控制的材料类型，是决定最终器件的特性的一种方式。可以使用的金属氧化物的实例包括 In2O3 (Eg (间接)=2.9eV ；Eg (直接)=3.7eV)、Zn0 (Eg=3.3eV)、Sn0 (Eg=3.4eV)、CuO (Eg=2.2eV)、CdO ( (Eg=2.3eV)、InZnO、InSiO、InTiO, InTaO, InAlO、ZnAlO、ZnSiO、ZnTiO, ZnTaO, InGaZnO, InAlZnO、InSiZnO、InTiZnO, InTaZnO 和包含上述材料或金属-氧键的混合氧化物。栅极介电材料的实例是A1203、SiO2, SiN和类似材料或其组合。TFT的对运行来说重要的至少两个特征包括栅极泄漏电流和开启电压或阈值电压。栅极泄漏电流可通过增加栅极介电层的厚度而降低。然而，增加栅极介电层的厚度增大了栅极电压，这是不合乎需要的。因此，在不增大开启电压的情况下降低栅极泄漏电流的优选方式是提供金属氧化物半导体或有源层与栅极介电层之间的大的带隙差，其在图6中被标记为“d”。还希望TFT的阈值电压保持恒定，即阈值电压不应随着时间和/或多次运行而变化。现在转到图1，图1示出了 TFT 10的一种实施方式的简化的层示意图。TFT 10包括基底或钝化层12，其可以是柔性材料，例如塑料或任何其它合适的材料。如果需要，则基底或钝化层12可以任选包括缓冲层(如果存在，则被当作基底22的一部分)。源极13和漏极14通过使用任何公知的方法而以隔开的取向形成在基底或钝化层12的上表面中或上表面上(在后文中统称为“在其上”)。金属氧化物膜16被形成为与源极13和漏极14两者及其间的间隔成部分覆盖的关系。应该理解，金属氧化物膜16是在源极/漏极部件之间传导载流子的有源层。通常，金属氧化物层16的厚度小于lOOnm，并优选小于50nm。薄的栅极介电层17被形成为与金属氧化物膜16成覆盖关系，并将栅极叠层18置于栅极介电层17上，与源极13和漏极14之间的间隔成覆盖关系。因此，TFTlO是顶部栅极、底部源极/漏极型的器件。现在转到图2，图2示出了 TFT20的另一种实施方式的简化的层示意图。TFT20包括基底或钝化层22，其可以是柔性材料，例如塑料或任何其它合适的材料。如果需要，则基底或钝化层22可以任选包括缓冲层(如果存在，则被当作基底或钝化层22的一部分)。将金属氧化物膜26沉积在基底或钝化层22上，并将源极23和漏极24部分地形成为在金属氧化物膜26的上表面上成覆盖关系，以便在所述上表面上形成隔开的取向。薄的栅极介电层27被形成为与源极23和漏极24之间的间隔中的金属氧化物膜26成覆盖关系，并且与源极23和漏极24的与所述间隔相邻的部分成覆盖关系。将栅极叠层28置于栅极介电层27上，与源极23和漏极24之间的间隔成覆盖关系。因此，TFT20是顶部栅极、顶部源极/漏极型的器件。 现在转向图3，图3示出了 TFT30的另一种实施方式的简化的层示意图。TFT30包括基底或钝化层32，其可以是柔性材料，例如塑料或任何其它合适的材料。通过任何方便的和已确定的方法，将栅极叠层38形成在基底或钝化层32中。将薄的栅极介电层37形成为与栅极叠层38和基底或钝化层32的周围区域成覆盖关系。源极33和漏极34通过使用任何公知的方法而以隔开的取向形成在栅极介电层37的上表面中或上表面上(在后文中统称为“在其上”)。金属氧化物膜36被形成为与源极33和漏极34两者及其间的间隔成部分覆盖的关系。根据本发明，将上部或第二钝化层39形成在金属氧化物膜36上。因此，TFT30是底部栅极、底部源极/漏极型的器件。现在转到图4，图4示出了 TFT40的另一种实施方式的简化的层示意图。TFT40包括基底或钝化层42，其可以是柔性材料，例如塑料或任何其它合适的材料。通过任何方便和已确定的方法，将栅极叠层48形成在基底或钝化层42中。将薄的栅极介电层47形成为与栅极叠层48和基底或钝化层42的周围区域成覆盖关系。将金属氧化物膜46形成在栅极介电层47上，与栅极叠层48和周围区域成覆盖关系。将源极43和漏极44部分地形成为在金属氧化物膜46的上表面成覆盖关系，以便将其间的间隔限定在覆盖栅极叠层48的上表面上。根据本发明，将上部或第二钝化层49形成在金属氧化物膜46的暴露部分和源极43与漏极44的周围部分上方。因此，TFT40是底部栅极、顶部源极/漏极型的器件。在图1-4中示出的TFT的四种实施方式是可选择的不同构造的实施例。在每种实施方式中，半导体器件具有通常小于IOOnm厚的金属氧化物有源层，其具有上主表面和下主表面，并且所述上主表面和所述下主表面具有毗连接合以形成下方界面和上方界面的材料。在任何TFT的优选实施方式中，所述金属氧化物有源层是无定形材料，并在整个加工期间保持无定形。在每种实施方式或构造中，可在制造期间使用多种选择和步骤来控制金属氧化物有源层中的界面相互作用。通常，所述制造方法包括通过为金属氧化物有源层选择金属氧化物和为栅极介电层材料选择特定电介质来控制特征和界面相互作用。具体参考图5，图5示出了 TFT中典型的正阈值电压偏移的图示。用于TFT的第一或初始开启或运行的阈值电压由标记为50的单线表示。在后续运行中，在正偏压下运行相对长的时间段后，阈值电压向右偏移(正偏压偏移)，正如由通称为52的一系列线所标出的。正如可看到的，初始偏移比较大，随后的偏移倾向于变得比较小，但是在多次运行中可能仍然存在。阈值电压的这种偏移或变化，一般被称为TFT的不稳定性，并且是非常不希望的。另外参考图6，图6示出了具有覆盖或毗连带隙栅极介电层56的金属氧化物半导体54的带隙图。线58表示金属氧化物半导体54与栅极介电层56之间的界面。包括了被标记为60的小的线或不规则物以表示由于材料中的不规则性而在界面58处形成的陷阱。通常，在界面处形成的深带隙陷阱是最令人烦恼的，并且最可能显现为稳定性问题。一般来说，当TFT被开动(启动)时，载流子具有最初积累在陷阱中并在TFT的整个运行中保持“被捕获”且甚至在TFT关闭后仍保留在陷阱中的趋势。载流子的这种“捕获”引起阈值电压逐渐偏移(在初始比较大的步长后)，如图5的曲线图中所示。也正如该曲线图所示出的，陷阱最终填充有载流子，并且如果出现移动则也仅出现非常小的移动。偏移量与深陷阱密度密切相关。在大多数情况下，一旦载流子被捕获，则它们在可能TFT整个寿命的整个运行(包括关闭时间)中保持被捕获。参考图7，图7示出了本发明的TFT70的一部分的带隙图。应该理解，TFT70可表示在图1-4中所示的任一实施方式或任何其它TFT实施方式或器件。TFT70包括无定形半导体金属氧化物72的有源层，该金属氧`化物例如是氧化锌(ZnO)、氧化铟锌(InZnO)、氧化铟锌镓(InZnGaO)和来自于上文列表的任何金属氧化物。TFT70还包括薄层的栅极介电材料74，例如A1203、SiO2, SiN和包含sp3构型的碳-碳键的有机材料。应该指出，根据良好的TFT制造技术，栅极介电材料74的带隙远大于半导体金属氧化物72的带隙，以将栅极泄漏电流降至最低。栅极金属/栅极叠层76被置于栅极介电材料74上，从而以公知的方式形成栅极接触。相似地，提供钝化层80，其可以起到承载整个结构的底部的作用。常规地，存在半导体金属氧化物通道或有源层的两个界面，一个是与栅极介电层的界面，另一个是与钝化层的界面。尽管栅极介电层与钝化层之间的界面可能具有一些小的影响，但是正偏压下的稳定性与半导体金属氧化物和栅极介电层之间的界面最为相关。在半导体金属氧化物与栅极介电层之间的界面处产生低陷阱密度会困难得多。根据本发明，将非常薄层的低陷阱密度成或低缺陷绝缘体材料82置于半导体金属氧化物72与栅极介电层74之间。任选地，可将第二低陷阱密度或低缺陷绝缘体材料84置于半导体金属氧化物72与钝化层80之间。已发现存在如下的一组金属氧化物，在所述金属氧化物中缺陷不在带隙内深部产生陷阱态。这种类型的优选金属氧化物是氧化钛(TiO2),其具有与半导体金属氧化物72相近但略微大些的带隙(如图7中所示)。低陷阱密度绝缘体的一些其它实例是 TiO2 (3.1eV),Ta2O5 (3.4eV)、NbO (Eg=3.7eV)、V205 (Eg=3.87eV)、ScO2 (Eg=4.0eV)、Y2O3 (5.5eV)、Zr02 (Eg=4.7eV)、HfO2 (Eg=5.8eV)、La2O5 (5.5eV)、Mo0、Cr0、SrTi03、SrNb03、CsTi03、锆钛酸铅(PZT)、钛酸锶钡(BST)以及包含上述材料或金属-氧键的混合氧化物。还存在一组具有与半导体金属氧化物72接近的带隙但具有低陷阱密度和低迁移率的有机/有机金属材料。这组有机材料的一些实例是Alq3:三(8-羟基喹啉根)合铝(III)，BAlq3:双(2-甲基_8_喹啉酸根)_4_(苯基苯酚根)合铝，B印q2:双(10-羟
基苯并[h]喹啉根)合铍，PBD:2_ (4-联苯基)-5-(4-叔丁基苯基)-1，3，4-藝二唑，TAZ:3- (4-联苯基)-4-苯基-5-叔丁基苯基-1，2，4-三唑，Bphen:4，7- 二苯基-1，10-菲咯啉，和有机发光或光伏器件领域中的普通技术人员已知的其它电子传输或空穴阻挡材料，C60、C70、纳米管和其它富勒烯分子，石墨烯分子，PMGI (聚甲基戊二酰亚胺)，BCB (双苯并环丁烯)，SU-8 (常用的基于环氧物质的负型光刻胶)以及PMMA (聚甲基丙烯酸甲酯)。所有低陷阱密度材料(即金属氧化物和有机材料)都具有低迁移率，并且不能用作半导体通道材料。此外，所有低陷阱密度材料(即金属氧化物和有机材料)都具有与半导体金属氧化物72接近的带隙，并且因此不能用作栅极介电层。优选地，用于低缺陷层的金属氧化物可通过下列方法中的一种或其组合来加工:PVD (物理气相沉积，例如热、电子束或溅射)、CVD (化学气相沉积)、ALD (原子层沉积)，所述膜可通过从饱和溶液凝结至栅极绝缘体表面上来形成，所述膜可通过流延、旋涂、条缝涂覆、丝网印刷、转移印刷、喷墨印刷、冲压以及本领域普通技术人员已知的其它类型的加工方法处理溶胶-凝胶溶液来形成。所述 薄的低陷阱金属氧化物膜也可通过“水解”从相应的有机金属前体溶液来形成。该前体步骤包括制备相应的有机金属化合物前体溶液，通过将前体溶液流延或印刷在基底的目标区域上，然后通过水解和后烘烤进行转化处理，来形成膜。在光伏电池中在有源层与阴极之间形成TiOx膜的实例，已描述在Advanced Material(先进材料)，第18卷，第572-576页(2006)中。下面是制备TiO2和CsTiO3膜的实例=TiO2膜从TiO2在体积比为I:1的2_乙氧基乙醇和乙醇中的0.25被％ 溶液中以IOOOrpm旋转成型，然后在100-200°C的温度下热退火5-30分钟。CsTiO3膜从通过将0.5和0.2wt%的TiO2和Cs2CO3溶液以合适体积比进行掺混而制备的溶液中旋涂，然后在100-200°C范围内的高温下热退火5-50分钟。致密的无定形金属氧化物膜也可通过相应的有机金属化合物前体溶液经由流延或印刷，然后通过水解和后烘烤进行转化处理来形成。使用这样的方法形成TiOx膜的实例，已描述在AdvancedMaterial (先进材料)，第 18 卷，第 572-576 页(2006)中。低缺陷层可借助于薄的无定形金属氧化物膜的PMOD (光化学金属有机沉积)来加工，这样的方法允许制造有图案的膜而不需附加的光刻胶和相应的蚀刻过程。通过PMOD加工金属氧化物和金属膜的实例可从下列参考文献中找到:1.“Solid State Photochemistry of Cu2(0H2)2(02C(CH2)4CH3)4 in Films:ThePhotochemical Formation of High Quality Films of Copper and Copper(I)Oxide.Demonstration of a Novel Lithographic Technique for the Patterning of Copper，，(薄膜中Cu2(0H2)2(02C(CH2)4CH3)4的固相光化学:铜和铜(I)氧化物的高质量膜的光化学形成。用于铜图案化的新型平版印刷技术的演示)，A.A.Avey和R.H.Hill J.Am.Chem.Soc.1181996237。2.“An Inorganic Approach to Photolithography:The photolithographicDeposition of Dielectric Matel Oxide Films”(无机光刻方法:介电金属氧化物膜的光刻沉积)，R.H.Hill 和 S.L.Blair ACS Symposium Series706。基于碳的富勒烯、纳米管和石墨烯膜，基于有机金属化合物的膜和基于有机分子的膜,可通过PVD或通过本领域普通技术人员已知的溶液方法中的一种来形成，本领域普通技术人员已知的溶液方法包括(但不限于)流延、旋涂、条缝涂覆、丝网印刷、转移印刷、喷墨印刷、冲压。应该理解，通过将低陷阱密度绝缘体材料82夹在半导体金属氧化物72与栅极介电层74之间，在器件70中的导电载流子被限制至半导体金属氧化物72。在半导体金属氧化物72与低陷阱密度绝缘体材料82之间的界面处几乎不存在陷阱密度。即使在栅极介电层74与低陷阱密度绝缘体材料82之间的界面处可能存在深部陷阱，但导电载流子不能到达该界面以引起不稳定性。置于半导体金属氧化物72与栅极介电层74之间的低陷阱密度或低缺陷绝缘体材料82的非常薄的层，可薄至几纳米(例如5nm至50nm)。同样地，任选的第二低陷阱密度或低缺陷绝缘体材料84可以是与材料82相同的材料或上面提到的实例的任何其它材料，并且取决于所使用的制造方法，可具有相同或不同的厚度。TFT70的各种材料也能够以与待沉积材料相关的任何公知方式来沉积。沉积技术的一些实例提供在上面描述的专利申请中。此外，按照本发明构造的最终器件是新颖的，这是由于所制造的结构控制半导体金属氧化物有源层的界面中的陷阱密度，并因此控制最终器件的特性和稳定性。因此，公开了一种新型的改进的金属氧化物半导体器件，其中金属氧化物通道的界面中的陷阱密度非常低，并因此提高了 TFT器件的稳定性。此外，还公开了制造具有低陷阱密度的金属氧化物半导体器件的新型的改进的方法。对于本领域普通技术人员，对出于示例目的而选的本文的实施方式可容易地进行各种改变和修改。在这样的修改和变化不背离本发明的主旨的范围内，旨在将它们包括在本发明的范围内，所述本发明的范围只能通过本申请权利要求书的合理解释来确定。
已经用如此清楚并简要的术语对本发明进行充分描述以使本领域普通技术人员能够理解并实施本发明,本发明的权利要求见本申请的权利要求书。
权利要求
1.金属氧化物半导体器件，其包含: 具有主表面的金属氧化物有源层； 具有主表面的栅极介电层；以及 置于所述金属氧化物有源层与所述栅极介电层之间的低陷阱密度材料层，所述低陷阱密度材料层具有与所述金属氧化物有源层平行并接触的第一主表面，以与所述金属氧化物有源层形成低陷阱密度界面。
2.权利要求1中所限定的金属氧化物半导体器件，其中所述金属氧化物有源层具有带隙，所述栅极介电层具有比所述金属氧化物有源层的带隙大得多的带隙，并且所述低陷阱密度材料层具有与所述金属氧化物有源层的带隙接近的带隙。
3.权利要求1中所限定的金属氧化物半导体器件，其中，与所述金属氧化物有源层相比，所述低陷阱密度材料层具有低迁移率。
4.权利要求1中所限定的金属氧化物半导体器件，其中所述低陷阱密度材料层包括TiO, Ta2O5、NbO、V2O5、ScO2、Y2O3、ZrO2、HfO2、La2O5、MoO、CrO、SrTiO3、SrNbO3、锆钛酸铅(PZT)、钛酸锶钡(BST)和混合氧化物中的一种，所述混合氧化物包含多于一种的上述材料或金属_氧键。
5.权利要求1中所限定的金属氧化物半导体器件，其中所述低陷阱密度材料层包括如下有机材料中的一种，所述有机材料包括Alq3:三(8-羟基喹啉根)合铝(III)，BAlq3:双(2-甲基-8-喹啉酸根)-4-(苯基苯酹根)合招，Bepq2:双(10_轻基苯并[h]喹啉根)合铍，PBD:2_(4-联苯基)-5-(4-叔丁基苯基)-1，3，4_囉二唑，TAZ:3_(4-联苯基)-4-苯基-5-叔丁基苯基-1，2，4-三唑，Bphen:4，7- 二苯基-1，10-菲咯啉，C60、C70、纳米管和其它富勒烯分子，石墨烯分子，PMGI (聚甲基戊二酰亚胺)，BCB (双苯并环丁烯)，SU-8和PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)。
6.权利要求1中所限定的金属氧化物半导体器件，其中所述低陷阱密度材料层具有与所述栅极介电层的主表面平行并接触的第二主表面，以与所述栅极介电层形成界面。
7.权利要求1中所限定的金属氧化物半导体器件，其中所述金属氧化物有源层具有相对的主表面，并且所述器件还包括第二低陷阱密度材料层，所述第二低陷阱密度材料层具有与所述金属氧化物有源层的所述相对主表面平行并接触的主表面，以与所述金属氧化物有源层的相对主表面形成低陷阱密度界面。
8.权利要求1中所限定的金属氧化物半导体器件，其中所述金属氧化物有源层、所述栅极介电层和所述低陷阱密度材料层都被包括在下列器件之一中:顶部栅极、底部源极/漏极型器件，顶部栅极、顶部源极/漏极型器件，底部栅极、底部源极/漏极型器件，以及底部栅极、顶部源极/漏极型器件。
9.权利要求1中所限定的金属氧化物半导体器件，其中所述低陷阱密度材料层的厚度是 5nm 至 5 Onm ο
10.金属氧化物半导体器件，其包含: 具有主表面的金属氧化物有源层，所述金属氧化物有源层具有带隙； 具有主表面的栅极介电层，所述栅极介电层具有比所述金属氧化物有源层的带隙大得多的带隙； 置于所述金属氧化物有源层与所述栅极介电层之间的低陷阱密度材料层，所述低陷阱密度材料层具有与所述金属氧化物有源层平行并接触的第一主表面，以与所述金属氧化物有源层形成低陷阱密度界面，所述低陷阱密度材料层具有与所述栅极介电层的主表面平行并接触的第二主表面，以与所述栅极介电层形成界面，并且所述低陷阱密度材料层具有与所述金属氧化物有源层的带隙接近的带隙。
11.权利要求10中所限定的金属氧化物半导体器件，其中，与所述金属氧化物有源层相比，所述低陷阱密度材料层具有低迁移率。
12.权利要求10中所限定的金属氧化物半导体器件，其中所述低陷阱密度材料层包括TiO, Ta2O5、NbO、V2O5、ScO2、Y2O3、ZrO2、HfO2、La2O5、MoO、CrO、SrTiO3、SrNbO3、锆钛酸铅(PZT)、钛酸锶钡(BST)和混合氧化物中的一种，所述混合氧化物包含多于一种的上述材料或金属_氧键。
13.权利要求10中所限定的金属氧化物半导体器件，其中所述低陷阱密度材料层包括如下有机材料中的一种，所述有机材料包括Alq3:三(8-羟基喹啉根)合铝(III)，BAlq3:双(2-甲基-8-喹啉酸根)-4-(苯基苯酚根)合铝，Bepq2:双(10_羟基苯并[h]喹啉根)合铍，PBD:2_ (4- 联苯基)-5- (4-叔丁基苯基)-1，3，4-曝二唑，TAZ:3_ (4-联苯基)~4~苯基-5-叔丁基苯基-1，2，4-三唑，Bphen:4，7- 二苯基-1，10-菲咯啉，C60、C70、纳米管和其它富勒烯分子，石墨烯分子，PMGI (聚甲基戊二酰亚胺)，BCB (双苯并环丁烯)，SU-8和PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)。
14.权利要求10中所限定的金属氧化物半导体器件，其中所述低陷阱密度材料层的厚度是5nm至50nm。
15.权利要求10中所限定的金属氧化物半导体器件，其中所述金属氧化物有源层具有相对的主表面，并且所述器件还包括第二低陷阱密度材料层，所述第二低陷阱密度材料层具有与所述金属氧化物有源层的所述相对主表面平行并接触的主表面，以与所述金属氧化物有源层的相对主表面形成低陷阱密度界面。
16.权利要求10中所限定的金属氧化物半导体器件，其中所述金属氧化物有源层、所述栅极介电层和所述低陷阱密度材料层都被包括在下列器件之一中:顶部栅极、底部源极/漏极型器件，顶部栅极、顶部源极/漏极型器件，底部栅极、底部源极/漏极型器件，以及底部栅极、顶部源极/漏极型器件。
17.金属氧化物半导体器件，其包含: 具有主表面的金属氧化物有源层，所述金属氧化物有源层具有带隙； 具有主表面的栅极介电层，所述栅极介电层具有比所述金属氧化物有源层的带隙大得多的带隙； 置于所述金属氧化物有源层与所述栅极介电层之间的低陷阱密度材料层，所述低陷阱密度材料层具有与所述金属氧化物有源层平行并接触的第一主表面，以与所述金属氧化物有源层形成低陷阱密度界面，所述低陷阱密度材料层具有与所述栅极介电层的主表面平行并接触的第二主表面，以与所述栅极介电层形成界面，所述低陷阱密度材料层具有与所述金属氧化物有源层的带隙接近的带隙，并且与所述金属氧化物有源层相比，所述低陷阱密度材料层具有低迁移率；并且 所述金属氧化物有源层、所述栅极介电层和所述低陷阱密度材料层都被包括在下列器件之一中:顶部栅极、底部源极/漏极型器件，顶部栅极、顶部源极/漏极型器件，底部栅极、底部源极/漏极型器件，以及底部栅极、顶部源极/漏极型器件。
18.权利要求17中所限定的金属氧化物半导体器件，其中所述低陷阱密度材料层包括TiO、Ta205、Nb0、V205、ScO2、Y203、ZrO2、HfO2、La2O5、MoO、Cr0、SrTi03、SrNbO3、锆钛酸铅(PZT)、钛酸锶钡(BST)和混合氧化物中的一种，所述混合氧化物包含多于一种的上述材料或金属_氧键。
19.权利要求17中所限定的金属氧化物半导体器件，其中所述低陷阱密度材料层包括如下有机材料中的一种，所述有机材料包括Alq3:三(8-羟基喹啉根)合铝(III)，BAlq3:双(2-甲基-8-喹啉酸根)-4-(苯基苯酚根)合铝，Bepq2:双(10_羟基苯并[h]喹啉根)合铍，PBD:2_ (4-联苯基)-5- (4-叔丁基苯基)-1, 3，4-嚅二唑，TAZ:3_ (4-联苯基)_4_苯基-5-叔丁基苯基-1，2，4-三唑，Bphen:4，7- 二苯基-1，10-菲咯啉，C60、C70、纳米管和其它富勒烯分子，石墨烯分子，PMGI (聚甲基戊二酰亚胺)，BCB (双苯并环丁烯)，SU-8和PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)。
20.制造金属氧化物半导体器件的方法，所述方法包括下列步骤: 沉积具有主表面的金属 氧化物有源层； 在所述金属氧化物有源层的主表面上沉积低陷阱密度材料层，所述低陷阱密度材料层具有与所述金属氧化物有源层平行并接触的第一主表面，以与所述金属氧化物有源层形成低陷阱密度界面，以及 在所述低陷阱密度材料 层上沉积栅极介电层；并且 所述沉积步骤的顺序和层定位，将所述金属氧化物有源层、所述栅极介电层和所述低陷阱密度材料层形成在下列器件中的一种中:顶部栅极、底部源极/漏极型器件，顶部栅极、顶部源极/漏极型器件，底部栅极、底部源极/漏极型器件，以及底部栅极、顶部源极/漏极型器件。
21.权利要求20中所限定的方法，其中所述的沉积低陷阱密度材料层的步骤包括沉积TiO、Ta205、Nb0、V205、ScO2、Y203、ZrO2、HfO2、La2O5、Mo0、Cr0、SrTi03、SrNbO3、锆钛酸铅(PZT)、钛酸锶钡(BST)和混合氧化物中的一种，所述混合氧化物包含多于一种的上述材料或金属_氧键。
22.权利要求20中所限定的方法，其中所述的沉积低陷阱密度材料层的步骤包括沉积如下有机材料中的一种，所述有机材料包括Alq3:三(8-羟基喹啉根)合铝(III)，BAlq3:双(2-甲基-8-喹啉酸根)-4-(苯基苯酚根)合铝，Bepq2:双(10_羟基苯并[h]喹啉根)合铍，PBD:2_ (4-联苯基)-5- (4-叔丁基苯基)-1，3，4-躔二唑，TAZ:3_ (4-联苯基)_4_苯基-5-叔丁基苯基-1，2，4-三唑，Bphen:4，7- 二苯基-1，10-菲咯啉，C60、C70、纳米管和其它富勒烯分子，石墨烯分子，PMGI (聚甲基戊二酰亚胺)，BCB (双苯并环丁烯)，SU-8和PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)。
23.权利要求20中所限定的方法，其中所述的沉积低陷阱密度材料层的步骤包括沉积厚度在5nm至50nm范围内的层。
24.权利要求20中所限定的方法，其中所述的沉积低陷阱密度材料层的步骤包括使用下列方法中的一种:PVD (物理气相沉积)，CVD (化学气相沉积)，ALD (原子层沉积)，通过从饱和溶液凝结而形成膜，或通过用流延、旋涂、条缝涂覆、丝网印刷、转移印刷、喷墨印刷和冲压中的一种处理溶胶-凝胶溶液或相应的有机金 属前体溶液并随后退火或水解来形成膜。
全文摘要
一种金属氧化物半导体器件，其包括金属氧化物有源层、栅极介电层和低陷阱密度材料层。所述低陷阱密度材料层夹在所述金属氧化物有源层与所述栅极介电层之间。所述低陷阱密度材料层具有与所述金属氧化物有源层的主表面平行并接触的主表面，以与所述金属氧化物有源层形成低陷阱密度界面。第二低陷阱密度材料层可以任选放置成与所述金属氧化物有源层的相对主表面相接触，以便与所述金属氧化物有源层的两个表面形成低陷阱密度界面。
文档编号H01L29/788GK103229305SQ201180052840
公开日2013年7月31日 申请日期2011年8月15日 优先权日2010年10月29日
发明者谢泉隆, 法特·弗恩格, 俞钢 申请人:希百特股份有限公司