[发明专利]二极管元件及其制作方法

说明书

技术领域

本发明关于一种二极管元件及其制作技术，特别是关于一种以氧化物薄膜为基础的二极管元件结构及其制法。

背景技术

传统PN形式的二极管因为高温掺杂工艺的必要性，难以适用于需要低工艺温度的立体堆栈式集成电路及软性电子等应用。另外，现有的氧化物薄膜二极管虽具有低温工艺的优势，但其电性特征如：顺向电流密度及导通电压等，则受限于材料选择的限制，也尚无法满足产业所需。例如，对于金属/N型氧化物/P型氧化物/金属的MIIM(Metal/Insultor/Insultor/Metal)结构，其中两层氧化物薄膜的组合有相当的特定性；对于金属/氧化物/金属的MIM(Metal/Insultor/Metal)结构，其中金属与氧化物的组合也要求相当特定的材料，方足以提供合理的整流特性。因此，现阶段的氧化物二极管仍未臻成熟，其工艺复杂且元件特性尚待提升等技术课题乃亟待发展，以期实现高性能的低温工艺的氧化物薄膜二极管。

发明内容

本发明的目的是提出一种二极管元件及其制作方法，以解决现有技术薄膜二极管电性特征受材料限制的缺陷。

在本发明的一方面，第一实施例提供一种二极管元件，其包括：一二极管薄膜，其具有一第一表面及一第二表面，且包括：一第一导电区域，提供电流密度均匀的电流传导，且该第一导电区域的成份包含一第一氧化物；及一第二导电区域，其包含多个电流通道，提供电流密度不均匀的电流传导，且该电流通道的成份包含一第二氧化物；其中，该第一氧化物不同于该第二氧化物；当一电流传导于该第一表面与该第二表面之间时，该第二导电区域所流过的直流电流密度大于该第一导电区域的10倍以上；一第一电极，其系形成于该第一表面上；及一第二电极，其形成于该第二表面上。

其中，该第一及第二氧化物具有相同的化学组成元素，但不同的氧含量原子百分比。

其中，更包括一氧化物薄膜，其形成于该第二表面与该第二电极之间。

其中，该二极管薄膜的厚度介于1nm至1μm之间。

其中，该第一及第二氧化物至少包含下列氧化物的其中一种：氧化钛、氧化钽、氧化物、氧化铌、氧化钨、氧化锌、氧化镉、氧化铪、氧化锆、氧化镍、氧化铜、氧化锌铟及其类似物；其中x及y代表原子百分比。

其中，该第一及第二电极的成份至少包含下列导体材料的其中一种：铂、金、银、铅、钌、铱、氧化钌、氧化铱、钇、镍、铜、钛、钽、锌、锆、铪、钨、铬、氧化铟锡、氧化铟锌、氧化铝锡、及氧化铝锌。

在本发明的另一方面，第二实施例提供一种二极管元件的制作方法，其包含下列步骤：提供一二极管结构，其包括：一二极管薄膜，其由一第一氧化物所组成且具有一第一表面及一第二表面；一第一电极形成于该第一表面上；及一第二电极形成于该第二表面上；及通过该第一与第二电极，施加一电气应力于该二极管薄膜，以形成多个电流通道于该二极管薄膜中；其中，该电流通道的成份包含一第二氧化物，且该第二氧化物不同于该第一氧化物。

其中，该第一及第二氧化物具有相同的化学组成元素，但不同的氧含量原子百分比。

其中，该施加电气应力的方式选自直流定偏电压、直流电压扫描、直流定偏电流、直流电流扫描、及交流电压脉冲。

其中，该直流定偏电压介于0.5V至50V之间，且施加的时间小于10秒。

其中，受该电气应力的该二极管薄膜的顺向及逆向电流大于其未受该电气应力前的顺向及逆向电流。

其中，该二极管薄膜厚度介于1nm至1μm之间。

其中，该第一及第二氧化物至少包含下列氧化物的其中一种：氧化钛、氧化钽、氧化物、氧化铌、氧化钨、氧化锌、氧化镉、氧化铪、氧化锆、氧化镍、氧化铜、氧化锌铟、及其类似物；其中x及y代表原子百分比。

其中，该第一及第二电极的成份至少包含下列导体材料的其中一种：铂、金、银、铅、钌、铱、氧化钌、氧化铱、钇、镍、铜、钛、钽、锌、锆、铪、钨、铬、氧化铟锡、氧化铟锌、氧化铝锡、及氧化铝锌。

在本发明的又另一方面，第三实施例提供一种二极管元件的制作方法，其包含下列步骤：提供一二极管薄膜，其为一第一氧化物形成于一第一电极上；施加一热退火工艺于该二极管薄膜，以形成多个电流通道于该二极管薄膜中；及形成一第二电极于该二极管薄膜上；其中，该电流通道的成份包含一第二氧化物，且该第二氧化物不同于该第一氧化物。

其中，该第一及第二氧化物具有相同的化学组成元素，但不同的氧含量原子百分比。

其中，该热退火工艺的温度低于800℃。