半导体器件制造技术

公开了一种半导体器件，其包括顺序地设置在衬底上的底电极、电介质层和顶电极。电介质层包括铪氧化物层和氧化籽晶层，铪氧化物层包含具有四方晶体结构的铪氧化物，氧化籽晶层包含氧化籽晶材料。氧化籽晶材料具有一晶格常数，该晶格常数与具有四方晶体结构的铪氧化物的水平晶格常数和垂直晶格常数中的一个拥有6％或更小的晶格失配。

semiconductor device

A semiconductor device is disclosed, which comprises a bottom electrode, a dielectric layer and a top electrode arranged sequentially on a substrate. The dielectric layer includes hafnium oxide layer and oxidized seed layer. The hafnium oxide layer contains hafnium oxide with tetragonal crystal structure, and the oxidized seed layer contains oxidized seed material. The oxidized seed material has a lattice constant which is 6% or less mismatched with one of the horizontal and vertical lattice constants of hafnium oxide with tetragonal crystal structure.

【技术实现步骤摘要】
半导体器件
本专利技术构思涉及半导体器件。
技术介绍
随着半导体器件正变得高度集成，在有限的区域中需要具有高电容的电容器。
技术实现思路
根据本专利技术构思的示例性实施方式，一种半导体器件可以包括顺序地设置在衬底上的底电极、电介质层和顶电极。电介质层包括包含铪氧化物的铪氧化物层和包含氧化籽晶材料的氧化籽晶层，该铪氧化物具有拥有水平晶格常数和垂直晶格常数的四方晶体结构。氧化籽晶材料包括一晶格常数，该晶格常数与铪氧化物的水平晶格常数和垂直晶格常数中的一个具有6％或更小的晶格失配。根据本专利技术构思的示例性实施方式，一种半导体器件包括电容器，该电容器包括顺序地设置在衬底上的底电极、电介质层和顶电极。电介质层包括铪氧化物层和氧化籽晶层，铪氧化物层包含具有四方晶体结构的铪氧化物，氧化籽晶层包含锆氧化物、铌氧化物、锗氧化物、锡氧化物、钼氧化物或钛氧化物。根据本专利技术构思的示例性实施方式，一种半导体器件包括底电极、顶电极、电介质层和导电籽晶层，电介质层和导电籽晶层设置在底电极与顶电极之间。电介质层包括氧化籽晶层、以及在氧化籽晶层与导电籽晶层之间的铪氧化物层。铪氧化物层包含铪氧化物，该铪氧化物具有拥有水平晶格常数和垂直晶格常数的四方晶体结构。氧化籽晶层包含氧化籽晶材料，该氧化籽晶材料包括一晶格常数，该晶格常数与铪氧化物的水平晶格常数和垂直晶格常数中的一个具有6％或更小的晶格失配。导电籽晶层包含导电籽晶材料，该导电籽晶材料包括一晶格常数，该晶格常数与铪氧化物的水平晶格常数和垂直晶格常数中的一个具有2％或更小的晶格失配。附图说明通过参照附图详细描述本专利技术构思的示例性实施方式，本专利技术构思的这些和另外的特征将变得更加明显，附图中：图1示出显示了根据本专利技术构思的示例性实施方式的半导体器件的单位存储单元的电路图；图2A示出显示了根据本专利技术构思的示例性实施方式的半导体器件的剖视图；图2B示出显示了根据本专利技术构思的示例性实施方式的铪氧化物层的单位结构的透明透视图；图3A和3B示出显示了根据本专利技术构思的示例性实施方式的半导体器件的剖视图；图4A和4B示出显示了制造根据本专利技术构思的示例性实施方式的半导体器件的方法的剖视图；图5A和5B示出显示了根据本专利技术构思的示例性实施方式的半导体器件的剖视图；图6A和6B示出显示了制造根据本专利技术构思的示例性实施方式的半导体器件的方法的剖视图；图7A和7B示出显示了根据本专利技术构思的示例性实施方式的半导体器件的剖视图；图8A和8B示出显示了制造根据本专利技术构思的示例性实施方式的半导体器件的方法的剖视图；以及图9A至9C示出显示了根据本专利技术构思的示例性实施方式的半导体器件的电容器形状的剖视图。具体实施方式在下文中将参照附图描述本专利技术构思的示例性实施方式。在整个说明书中，同样的附图标记可以指示同样的部件。图1示出显示了根据本专利技术构思的示例性实施方式的半导体器件的单位存储单元的电路图。参照图1，存储单元MC可以连接在彼此交叉的字线WL与位线BL之间。存储单元MC可以包括连接到字线WL的晶体管TR和连接到晶体管TR的电容器CA。晶体管TR可以具有连接到位线BL的漏极区和连接到电容器CA的源极区。晶体管TR可以选择性地控制流到电容器CA中的电荷。存储单元MC可以取决于电容器CA存储的电荷量而存储数据“0”或“1”。在下文中将描述包括图1的电容器CA的半导体器件的示例性实施方式。图2A示出显示了根据本专利技术构思的示例性实施方式的半导体器件的剖视图。图2B示出显示了根据本专利技术构思的示例性实施方式的铪氧化物层的单位结构的透明透视图。参照图2A，半导体器件可以包括形成在衬底100上的电容器CA。电容器CA可以对应于参照图1讨论的电容器CA。衬底100可以包括半导体衬底。例如，衬底100可以包括硅衬底、锗衬底或硅锗衬底。晶体管(未示出)可以被提供在衬底100上。衬底100可以在其中提供有晶体管的一些部件(例如源极区和漏极区)。晶体管可以对应于参照图1讨论的晶体管TR。层间电介质层110可以被提供在衬底100上。层间电介质层110可以覆盖晶体管。例如，层间电介质层110可以包括硅氧化物、硅氮化物或硅氮氧化物。接触插塞112可以被提供在层间电介质层110中。接触插塞112可以电联接到晶体管的一个端子。接触插塞112可以包括导电材料。例如，接触插塞112可以包括杂质掺杂半导体(例如掺杂硅、掺杂锗或掺杂硅锗)、金属(例如钛、钽或钨)、导电金属氮化物(例如钛氮化物或钽氮化物)或金属-半导体化合物(例如金属硅化物)。电容器CA可以被提供在层间电介质层110上。电容器CA可以包括底电极BE、电介质层DL和顶电极TE。底电极BE可以被提供在层间电介质层110上。底电极BE可以通过接触插塞112电连接到晶体管的一个端子。底电极BE可以包括导电材料。例如，底电极BE可以包括杂质掺杂半导体、金属、导电金属氮化物或金属-半导体化合物。顶电极TE可以设置在底电极BE上。顶电极TE可以与底电极BE间隔开。顶电极TE可以包括导电材料。例如，顶电极TE可以包括杂质掺杂半导体、金属、导电金属氮化物或金属-半导体化合物。电介质层DL可以设置在顶电极TE与底电极BE之间。电介质层DL可以包括铪氧化物层HOL和氧化籽晶层OSL。氧化籽晶层OSL可以设置在铪氧化物层HOL与顶电极TE之间。铪氧化物层HOL和氧化籽晶层OSL可以彼此接触。铪氧化物层HOL可以具有范围从约到约的厚度，氧化籽晶层OSL可以具有范围从约到约的厚度。铪氧化物层HOL可以具有四方晶体结构。例如，铪氧化物层HOL可以包含具有如图2B所示的四方晶体结构的铪氧化物。四方铪氧化物可以具有三个晶格常数，其中的两个晶格常数彼此相同，剩下的晶格常数不同于该两个晶格常数。对于四方铪氧化物，该两个相同的晶格常数a可以每个被定义为是指水平晶格常数，剩下的晶格常数c可以被定义为是指垂直晶格常数。对于四方铪氧化物，水平晶格常数a可以为约垂直晶格常数c可以为约四方铪氧化物可以具有比拥有单斜晶体结构的铪氧化物更大的介电常数。例如，四方铪氧化物的介电常数可以落入从约40到约70的范围内，而单斜铪氧化物的介电常数可以为约20。氧化籽晶层OSL可以包含氧化籽晶材料。在一些实施方式中，氧化籽晶层OSL还可以包含少量的氮。在这些实施方式中，少量氮的存在可以归因于来自相邻电极(例如顶电极TE)的扩散。氧化籽晶材料可以是满足以下条件的氧化物：第一晶格常数条件和第一带隙能量条件。<第一晶格常数条件>氧化籽晶材料可以具有一晶格常数，该晶格常数与四方铪氧化物的水平晶格常数a和垂直晶格常数c中的一个具有约6％或更小的晶格失配。晶格失配可以从下面的等式1或等式2计算。[等式1]在等式1中，LM是晶格失配，a是铪氧化物的水平晶格常数，x是氧化籽晶材料的晶格常数。[等式2]在等式2中，LM是晶格失配，c是铪氧化物的垂直晶格常数，x是氧化籽晶材料的晶格常数。<第一带隙能量条件>氧化籽晶材料可以具有约3.0eV或更大的带隙能量。由于氧化籽晶材料满足第一晶格常数条件，氧化籽晶层OSL可以帮助铪氧化物层HOL结晶成四方晶体结构。更小的晶格失配可以使铪氧化物层HOL更容易地结晶成四方晶体结构。由于氧化籽晶材料满足本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体器件，包括：设置在衬底上的底电极；设置在所述底电极上的顶电极；以及电介质层，其包括：包含铪氧化物的铪氧化物层，所述铪氧化物具有拥有垂直晶格常数和水平晶格常数的四方晶体结构；以及包含氧化籽晶材料的氧化籽晶层，其中所述氧化籽晶材料具有一晶格常数，该晶格常数与所述铪氧化物的所述水平晶格常数和所述垂直晶格常数中的一个具有6％或更小的晶格失配。

【技术特征摘要】
2017.07.07 KR 10-2017-00865981.一种半导体器件，包括：设置在衬底上的底电极；设置在所述底电极上的顶电极；以及电介质层，其包括：包含铪氧化物的铪氧化物层，所述铪氧化物具有拥有垂直晶格常数和水平晶格常数的四方晶体结构；以及包含氧化籽晶材料的氧化籽晶层，其中所述氧化籽晶材料具有一晶格常数，该晶格常数与所述铪氧化物的所述水平晶格常数和所述垂直晶格常数中的一个具有6％或更小的晶格失配。2.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述氧化籽晶材料具有3.0eV或更大的带隙能量。3.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述氧化籽晶材料包括锆氧化物、铌氧化物、锗氧化物、锡氧化物、钼氧化物或钛氧化物。4.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述氧化籽晶层还包含氮。5.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述氧化籽晶层和所述铪氧化物层彼此接触。6.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述氧化籽晶层设置在所述铪氧化物层与所述顶电极之间。7.根据权利要求6所述的半导体器件，还包括：在所述底电极与所述铪氧化物层之间的导电籽晶层，其中所述导电籽晶层包含导电籽晶材料，所述导电籽晶材料包括一晶格常数，该晶格常数与所述铪氧化物的所述水平晶格常数和所述垂直晶格常数中的一个具有2％或更小的晶格失配。8.根据权利要求7所述的半导体器件，还包括：在所述导电籽晶层与所述铪氧化物层之间的子氧化物层，其中所述子氧化物层包含与所述导电籽晶层中包含的金属相同的金属的氧化物。9.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述氧化籽晶层设置在所述底电极与所述铪氧化物层之间。10.根据权利要求9所述的半导体器件，还包括：在所述铪氧化物层与所述顶电极之间的导电籽晶层，其中所述导电籽晶层包含导电籽晶材料，所述导电籽晶材料包括一晶格常数，该晶格常数与所述铪氧化物的所述水平晶格常数和所述垂直晶格常数中的一个具有2％或更小的晶格失配。11.根据权利要求10所述的半导体器件，还包括：在所述导电籽晶层与所述铪氧化物层之间的子氧化物层，其中所述子氧化物层包含与所述导电籽晶层中包含的金属相同的金属的氧化物。12.一种半导体器件，其包括电容器，所述电容器包括顺序地设置在衬底上的底电极、电介质层和顶电极，其中所述电介质层包括：包含铪氧化物的铪氧化物层，所述铪...

【专利技术属性】
技术研发人员：文瑄敏，朴瑛琳，曹圭镐，林汉镇，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国,KR