[发明专利]稳定性提高的金属氧化物TFT

说明书

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<100nm，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（SiO₂）、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。

附图说明

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。

具体实施方式