[發明專利]半導體器件及其制造方法

有效

• 申請號: 200580042901.6
• 申請日: 2005-12-08
• 公開（公告）號: CN101080815A
• 公開（公告）日: 2007-11-28
• 發明（設計）人: 古川忍;今林良太
• 申請（專利權）人: 株式會社半導體能源研究所
• 主分類號: H01L21/8247
• 分類號: H01L21/8247;H01L27/115;H01L27/28;H01L29/786;H01L29/788;H01L29/792;H01L51/05
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 陳季壯

技術領域

本發明涉及具有記憶功能的半導體器件及其制造方法。

背景技術

具有浮動柵(floating?gate)的非揮發性半導體存儲器甚至當關閉電源時可保留一些信息。在這種非揮發性半導體存儲器中，重要的是控制覆蓋浮動柵的絕緣膜的厚度。例如，具有通過形成電容器絕緣膜和按序形成傳導膜，從而形成非揮發性半導體存儲器的方法(參考文獻1：日本專利特開No.2004-140413)。

作為存儲器元件，開發了具有有機半導體的元件(參考文獻2：日本專利特開No.2004-47791)。參考文獻2公開了一種開關存儲器元件，它包括顯示出磁滯特性的有機半導體存儲器層和半導體二極管層。

發明內容

然而，在參考文獻1中，操作存儲器的外加電壓高。這是因為待儲存的電荷(載流子)需要通過絕緣膜借助隧道效應注入到浮動柵內。另外，存在因進行這種載流子注入劣化絕緣膜的擔心。

在參考文獻2中，沒有考慮外加電壓的高度。

本發明的目的是提供一種半導體器件，其中通過與參考文獻1和2中的那些不同的結構來降低外加電壓，一種具有該半導體器件的存儲器或類似物，及其制造方法。

鑒于上述目的，本發明的一個特征是使用其中混合具有電荷傳輸復合體(complex)的無機化合物和有機化合物的層(也稱為混合層)作為充當存儲器的浮動柵的層。具體實例是使用其中混合具有電荷傳輸復合體的無機化合物和有機化合物且夾在絕緣層之間的層作為浮動柵的半導體器件。

下文說明本發明更具體的結構。盡管在本發明中，金屬氧化物、金屬氮化物或金屬氮氧化物可用于具有電荷傳輸復合體的無機化合物上，但將描述使用金屬氧化物的發明。

本發明的半導體器件的一個特征是包括柵電極，在柵電極上形成的柵絕緣膜，在柵絕緣膜上形成的半導體膜，和在柵電極和半導體層之間的、當施加電壓到柵電極上時發生電荷分離的層。

本發明的半導體器件的另一特征是包括柵電極，在柵電極上以柵絕緣膜形式形成的第一絕緣層，在第一絕緣層上形成的半導體膜，和其中金屬氧化物與有機化合物混合的層，和其中在第一絕緣層上按序形成的第二絕緣層，其中金屬氧化物是氧化釩、氧化鉬、氧化鈮、氧化錸、氧化鎢、氧化釕、氧化鈦、氧化鉻、氧化鋯、氧化鉿和氧化鉭中的任何一種。

本發明的半導體器件的另一特征是包括柵電極，在柵電極上以柵絕緣膜形式形成的第一絕緣層，在第一絕緣層上形成的半導體膜，和第一有機化合物層，其中金屬氧化物與第二有機化合物混合層，和在第一絕緣層上按序層壓的第二絕緣層，其中金屬氧化物是氧化釩、氧化鉬、氧化鈮、氧化錸、氧化鎢、氧化釕、氧化鈦、氧化鉻、氧化鋯、氧化鉿和氧化鉭中的任何一種。

在本發明中，半導體膜可以是有機半導體膜或者無機半導體膜。

本發明提供制造半導體器件的方法，它的一個特征是包括下述步驟：形成柵電極，形成在柵電極上形成的柵絕緣膜，在柵絕緣膜上形成的半導體膜，和在柵電極和半導體層之間形成的、當施加電壓到柵電極上時發生電荷分離的層。

其中發生電荷分離的層是具有電荷-傳輸復合體的層，和電荷-傳輸復合體是指充當電子接收材料的電荷-傳輸復合體。作為其具體實例，可使用屬于周期表第4-12族的任何一種過渡金屬的氧化物。在它們當中，屬于周期表第4-8族的過渡金屬的許多氧化物具有較高的電子接收性能。特別優選氧化釩、氧化鉬、氧化鈮、氧化錸、氧化鎢、氧化釕、氧化鈦、氧化鉻、氧化鋯、氧化鉿或氧化鉭。

注意優選通過共蒸發方法形成其中電荷-傳輸復合體與有機化合物混合的層。因此，其中具有電荷-傳輸復合體的無機化合物與有機化合物混合的層可以是它們的混合層或其層壓體。

注意半導體器件包括薄膜晶體管或者使用該薄膜晶體管的電子器件。另外，使用有機半導體的半導體器件被稱為有機半導體器件，且有機半導體器件包括有機薄膜晶體管或使用該有機薄膜晶體管的電子器件。

根據本發明，在其中具有電荷-傳輸復合體的無機化合物與有機化合物混合的層內容易發生電荷分離。因此，混合層、絕緣體和導體可構成電容器，且因電荷將儲存在電容器內導致出現磁滯現象。可形成這一特征應用到其上的新的存儲器元件。

另外，可通過使用其中容易發生電荷分離的這種層作為浮動柵來降低外加電壓。因此，當本發明的有機半導體器件用作存儲器或者類似物時，可降低用該存儲器安裝的電子器件的功耗。

此外，由于載流子沒有注入到本發明的絕緣膜內，因此可防止絕緣膜的劣化。

附圖簡述

圖1A-1D是顯示本發明的有機半導體器件的制造工藝的截面視圖。