半导体结构及其形成方法技术

半导体结构从底部至顶部或从顶部至底部包括栅电极、铁电介电层、富金属的金属氧化物层、介电金属氮化物层和金属氧化物半导体层。可以通过在金属氧化物半导体层上形成源极区域和漏极区域来提供铁电场效应晶体管。富金属的金属氧化物层和介电金属氮化物层使铁电介电层和金属氧化物半导体层之间的界面均匀并且稳定，并且减少界面处的过量氧原子，从而改善铁电场效应晶体管的切换特性。本申请的实施例还涉及形成半导体结构的方法。例还涉及形成半导体结构的方法。例还涉及形成半导体结构的方法。

【技术实现步骤摘要】
半导体结构及其形成方法


[0001]本申请的实施例涉及半导体结构及其形成方法。

技术介绍

[0002]铁电材料是当外部电场为零时可能具有自发非零电极化(即，非零总电偶极矩)的材料。自发极化可以由在相反方向上施加的强外部电场来逆转。极化不仅取决于测量时的外部电场，而且取决于外部电场的历史，因此具有磁滞回线。电极化的最大值称为饱和极化。在不再施加引起饱和极化的外部电场(即，关闭)之后剩余的电极化被为剩余极化。需要在剩余极化的相反方向上施加以实现零极化的电场的大小称为矫顽电场。为了形成存储器器件，通常期望具有高剩余极化和高矫顽场。高剩余极化可能会增加电信号的大小。高矫顽场使存储器器件在由噪声级电场和干扰引起的干扰下更稳定。

技术实现思路

[0003]本申请的一些实施例提供了一种半导体结构，包括：绝缘材料层，位于衬底上方；以及铁电场效应晶体管，位于所述绝缘材料层上方，其中，所述铁电场效应晶体管从底部至顶部或从顶部至底部包括：栅电极；栅极电介质，包括铁电介电层、富金属的金属氧化物层和介电金属氮化物层的堆叠件；以及金属氧化物半导体层，包括半导体沟道。
[0004]本申请的另一些实施例提供了一种形成半导体结构的方法，包括：在衬底上方的绝缘材料层的上部中或上形成栅电极；在所述栅电极上沉积铁电介电材料层；在所述铁电介电材料层上形成富金属的金属氧化物材料层；在所述富金属的金属氧化物层上形成介电金属氮化物材料层；在所述介电金属氮化物材料层上方沉积金属氧化物半导体材料层；图案化所述金属氧化物半导体材料层、所述介电金属氮化物材料层、所述富金属的金属氧化物材料层和所述铁电介电材料层；以及在所述金属氧化物半导体材料层的图案化部分上形成源极区域和漏极区域。
[0005]本申请的又一些实施例提供了一种形成半导体结构的方法，包括：在衬底上方的绝缘材料层上沉积金属氧化物半导体材料层；在所述金属氧化物半导体材料层上形成介电金属氮化物材料层；在所述介电金属氮化物材料层上方形成富金属的金属氧化物材料层；在所述富金属的金属氧化物材料层上方沉积铁电介电材料层；在所述铁电介电材料层上沉积栅电极材料层；图案化所述栅电极材料层、所述铁电介电材料层、所述富金属的金属氧化物材料层、所述介电金属氮化物材料层和所述金属氧化物半导体材料层；以及在所述金属氧化物半导体材料层的图案化部分上形成源极区域和漏极区域。
附图说明
[0006]当结合附图进行阅读时，从以下详细描述可最佳理解本专利技术的各个方面。应该指出，根据工业中的标准实践，各个部件未按比例绘制。实际上，为了清楚的讨论，各个部件的尺寸可以任意地增大或减小。
[0007]图1A是根据本专利技术的第一实施例的在衬底上方的绝缘材料层的上部中形成栅电极之后的第一示例性结构的顶视图。
[0008]图1B是沿图1A的平面B
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B
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的第一示例性结构的垂直截面图。
[0009]图2是根据本专利技术的第一实施例的在沉积铁电介电材料层之后的第一示例性结构的垂直截面图。
[0010]图3是根据本专利技术的第一实施例的在形成富金属的金属氧化物材料层之后的第一示例性结构的垂直截面图。
[0011]图4是根据本专利技术的第一实施例的在形成介电金属氮化物材料层之后的第一示例性结构的垂直截面图。
[0012]图5是根据本专利技术的第一实施例的在沉积金属氧化物半导体材料层之后的第一示例性结构的垂直截面图。
[0013]图6A是根据本专利技术的第一实施例的在图案化金属氧化物半导体材料层、介电金属氮化物材料层、富金属的金属氧化物材料层和铁电介电材料层之后的第一示例性结构的顶视图。
[0014]图6B是沿图6A的平面B
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B
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的第一示例性结构的垂直截面图。
[0015]图7A是根据本专利技术的第一实施例的在形成源极区域和漏极区域之后的第一示例性结构的顶视图。
[0016]图7B是沿图7A的平面B
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B
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的第一示例性结构的垂直截面图。
[0017]图8A是根据本专利技术的第一实施例的在形成接触层级介电层和接触通孔结构之后的第一示例性结构的顶视图。
[0018]图8B是沿图8A的平面B
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B
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的第一示例性结构的垂直截面图。
[0019]图8C是沿图8A的平面C
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C
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的第一示例性结构的垂直截面图。
[0020]图9A是根据本专利技术的第一实施例的第一示例性结构的可选配置的顶视图。
[0021]图9B是沿图9A的平面B
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B
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的第一示例性结构的垂直截面图。
[0022]图10是根据本专利技术的第二实施例的在衬底上方的绝缘材料层的顶面上沉积金属氧化物半导体材料层之后的第二示例性结构的垂直截面图。
[0023]图11是根据本专利技术第二实施例的在形成介电金属氮化物材料层之后的第二示例性结构的垂直截面图。
[0024]图12是根据本专利技术的第二实施例的在沉积金属层之后的第二示例性结构的垂直截面图。
[0025]图13是根据本专利技术的第二实施例的在形成铁电介电材料层和栅电极材料层之后的第二示例性结构的垂直截面图。
[0026]图14A是根据本专利技术的第二实施例的在图案化栅电极材料层、铁电介电材料层、富金属的金属氧化物材料层、介电金属氮化物材料层和金属氧化物半导体材料层之后的第二示例性结构的顶视图。
[0027]图14B是沿图14A的平面B
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B
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的第二示例性结构的垂直截面图。
[0028]图15A是根据本专利技术第二实施例的在形成栅电极、铁电介电层、富金属的金属氧化物层和介电金属氮化物层之后的第二示例性结构的顶视图。
[0029]图15B是沿图15A的平面B
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B
’
的第二示例性结构的垂直截面图。
[0030]图16A是根据本专利技术的第二实施例的在形成介电栅极间隔件、源极区域和漏极区域之后的第二示例性结构的顶视图。
[0031]图16B是沿图16A的平面B
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B
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的第二示例性结构的垂直截面图。
[0032]图17A是根据本专利技术的第二实施例的在形成接触层级介电层和接触通孔结构之后的第二示例性结构的顶视图。
[0033]图17B是沿图17A的平面B
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B
’
的第二示例性结构的垂直截面图。
[0034]图18是示出根据本专利技术的各个实施例的铁电介电层和金属氧化物半导体层之间的界面区域处的示例性原子结合配置的示意图。
[0035]图19A是示出根据本专利技术的实施例的在形成或不形成介电金属氮化物层和富金属的金属氧化物层的堆叠件的情况下金属氧化物半导体层的表面是缺氧的实施例中的铁电介电层的能级分布中的变化的能量图。
[0036]图1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体结构，包括：绝缘材料层，位于衬底上方；以及铁电场效应晶体管，位于所述绝缘材料层上方，其中，所述铁电场效应晶体管从底部至顶部或从顶部至底部包括：栅电极；栅极电介质，包括铁电介电层、富金属的金属氧化物层和介电金属氮化物层的堆叠件；以及金属氧化物半导体层，包括半导体沟道。2.根据权利要求1所述的半导体结构，其中，所述金属氧化物半导体层位于所述栅电极上面。3.根据权利要求1所述的半导体结构，其中，所述栅电极位于所述金属氧化物半导体层上面。4.根据权利要求1所述的半导体结构，还包括：源极区域，接触所述金属氧化物半导体层的从所述栅电极横向偏移的第一部分；以及漏极区域，接触所述金属氧化物半导体层的从所述栅电极和所述源极区域横向偏移的第二部分。5.根据权利要求1所述的半导体结构，其中，所述富金属的金属氧化物层包括金属元素的非化学计量且富金属的氧化物。6.根据权利要求5所述的半导体结构，其中，所述介电金属氮化物层包括所述金属元素的介电金属氮化物。7.根据权利要求5所述的半导体结构，其中，所述金属元素选自Hf、Al、Ti、Zr和Ga。8.根据权利要求5所述的半导体结构，其中，所述铁电介电层包括与所述金属元素...

【专利技术属性】
技术研发人员：布兰卡，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：