[其他]具有混合氧化物絕緣體的二極管

無效

• 申請號: 87107422
• 申請日: 1987-12-08
• 公開（公告）號: CN87107422A
• 公開（公告）日: 1988-07-20
• 發明（設計）人: 戴維·阿瑟·弗斯特;利昂·約瑟夫·維蘭
• 申請（專利權）人: 美國無線電公司
• 主分類號: H01L49/00
• 分類號: H01L49/00
• 代理公司: 中國專利代理有限公司
• 代理人: 何耀煌,肖掬昌

本發明涉及一種金屬-絕緣體-金屬（MIM）二極管、更具體地涉及作為象素〔它是高分辨率液晶顯示（LCD）的要素〕開關元件的MIM二極管。

在所謂“顯示矩陣”LCD中、諸如各MIM二極管的各開關二極管是與各象素串聯連接的、以便改善各種多路顯示的反差比。當激勵電壓使開關元件接通（導通）時，電流流過該開關元件、從而電荷貯存在象素中。當該開關元件截止（不導通）時，該電荷必須保持存貯在該象素中的狀態。

在多路顯示的高電平期間，開關元件僅導通很短一段時間。因為所需存貯的電荷是一定的，所以開關元件導通時必須流通相對地大的電流;因此，開關元件必須具有低的導通電阻。相反，當開關元件截止時，其漏電流必須是低的、以便象素保存所存貯的電荷。因此，截止電阻必須是高的。因此，電流隨著電壓非線性增加的速率是衡量開關元件質量的一種量度。另外，該開關元件必須工作在由象素的各種特性和外部驅動電路所設定的各種電壓極限值之間。即，必須在任何確定的電壓下確定電流幅度的比例、以便與該象素相配。

先有技術的MIM二極管通過采用一種薄的絕緣體（例如40至60毫微米）的方法來滿足高的截止電阻對導通電阻比值（開關比值）的要求。通過制作非常小面積的開關元件，就可部分地補償現有的低截止電阻。盡管如此，這些元件的工作電壓范圍仍然低于最佳顯示質量所需要的值;例如，反差比隨著溫度的升高和各二極管的制作易變性而快速地降低。另一方面，通過采用厚的絕緣體來增加截止電阻會降低各開關元件的開關質量（非線性）。

因此，需要一種在各種低電壓下具有較高電阻、并且有足夠的非線性的MIM二極管，從而提供一種大的工作電壓范圍以及較大的公差范圍、以克服由于各種溫度變化和制作的易變性而引起LCD圖象質量的降低。

根據本發明的二極管包括第一和第二對置電極以及設置在這些電極之間的絕緣體，該絕緣體包括由氧化鉭和另一種氧化物構成的混合物，該絕緣體的最大厚度是大約80毫微米。

在各附圖中：

圖1表示根據本發明的一種MIM二極管。

圖2至圖4表示圖1的二極管的各順序的制作步驟，以及

圖5和圖6對于由不同的絕緣體混合物制成的各MIM二極管示出在一定的電流下的電壓值。

圖1中示出一種在基片11上的MIM二極管10。敷在基片11上的是大約200至500毫微米厚度的第一電極12，它在垂直于圖平面的方向上延伸而與LCD的地址線（未示出）接觸。敷在第一電極12上的是厚度在大約35至80毫微米之間的絕緣體14。如果此厚度小于大約35毫微米，那么會出現一些使二極管短路的針孔;對于大于大約80毫微米的厚度，則不存在充分非線性的MIM二極管導電性。第二電極16是與電極12對置的，其厚度在大約100至200毫微米之間，它被敷在絕緣體14上、并且在圖平面內延伸、以便接觸象素電極（未示出）。

基片11可以包括一種例如玻璃的絕緣材料。第一電極12可以包括一種導體、例如由鉭和大約10至50原子百分數的硅或者大約40至70原子百分數的鋁組成的混合物。絕緣體14包括由Ta₂O₅的另一種氧化物（其平均摩爾百分數一般在大約10至70之間）組成的混合物。所述另一種氧化物可以包括大約40至70平均摩爾百分數的Al₂O₃或者大約10至50平均摩爾百分數的SiO₂所組成。與純Ta₂O₅相比，這些范圍說明了出現電阻率的一些有益的變化的范圍。所謂“平均摩爾百分數”指的是整個絕緣體14的摩爾百分數，雖然在某些位置、例如電極12和16附近所述摩爾百分數可以不同。

在圖2中，薄層12a是在一個具體的實施例中通過鉭和硅或者鉭和鋁的射頻互濺射而形成的。使用大約2.3瓦/平方厘米的功率密度和大約15毫乇的氬氣壓力。然后，借助使用諸如CF₄和O₂的等離子體的活性離子蝕刻的方法、對薄層12a劃界線、把它變成第一電極12，如圖3中所示。此后，用陽極方法（使用按重量計的0.01%的檸檬酸溶液、用第一電極12作為陽極（在其上加正電壓）〕形成絕緣體14。然后，用諸如蒸發或者噴射的真空沉積法形成第二電極16，從而形成圖1的二極管10。此后，將二極管10在約250℃溫度下進行約20分鐘的熱處理、以便使它具有穩定而可重復的各種特性。

一個精密接近MIM二極管電流（i）-電壓（v）特性的方程是：