掺杂极性层及并入有掺杂极性层的半导体装置制造方法及图纸

所公开的技术大体上涉及铁电材料及半导体装置，且更特定来说，涉及并入有掺杂极性材料的半导体存储器装置。在一个方面中，一种半导体装置包括电容器，所述电容器又包括极性层，所述极性层包括掺杂有掺杂剂的结晶基底极性材料。所述基底极性材料包含一或多个金属元素及氧或氮中的一或两者，其中所述掺杂剂包括不同于所述一或多个金属元素的金属元素且以一浓度存在，使得所述电容器的铁电切换电压与具有未掺杂所述掺杂剂的所述基底极性材料的所述电容器的铁电切换电压相差超过约100mV。所述电容器的铁电切换电压相差超过约100mV。所述电容器的铁电切换电压相差超过约100mV。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】掺杂极性层及并入有掺杂极性层的半导体装置
[0001]相关申请案的交叉引用
[0002]本申请案主张2019年4月8日申请的第62/831,044号美国临时专利申请案的优先权的权益，所述申请案的全部内容以引用的方式并入本文中。


[0003]所揭示的技术大体上涉及铁电材料及并入有铁电材料的半导体装置，且更特定来说，涉及并入有铁电电容器的半导体存储器装置。

技术介绍

[0004]存储器装置可为易失性或非易失性的。一般来说，易失性存储器装置可具有特定优点，而非易失性存储器装置可具有特定其它优点。例如，尽管一些非易失性存储器装置(例如基于浮动栅极的存储器装置(例如快闪存储器装置))可在断电时有利地保存数据，但此类装置会具有相对较慢存取时间及有限循环耐久性。相反地，尽管一些易失性存储器装置(例如动态随机存取存储器(DRAM))可有利地具有相对存取时间及较高循环耐久性，但此类装置在断电时损失数据。
[0005]在一些DRAM技术中，存储器单元布置在包含连接到存取晶体管的漏极的单元电容器的装置架构中。在这些技术中，存储器状态存储在单元本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种半导体装置，其包括：电容器，其包括：极性层，其包括掺杂有掺杂剂的结晶基底极性材料，其中所述基底极性材料包含一或多个金属元素及氧或氮中的一或两者，其中所述掺杂剂包括不同于所述一或多个金属元素的金属元素且以一浓度存在，使得所述电容器的铁电切换电压与具有未掺杂所述掺杂剂的所述基底极性材料的所述电容器的铁电切换电压相差超过约100mV，及第一结晶导电或半导电氧化物电极及第二结晶导电或半导电氧化物电极，其位于所述极性层的相对侧上，其中所述极性层具有匹配于所述第一结晶导电或半导电氧化物电极及所述第二结晶导电或半导电氧化物电极中的一或两者的晶格常数的约20％内的晶格常数，其中所述第一结晶导电或半导电氧化物电极充当使所述极性层生长在其上的模板，使得所述极性层的至少一部分假晶形成在所述第一结晶导电或半导电氧化物电极上。2.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述电容器的铁电切换电压与具有未掺杂所述掺杂剂的所述基底极性材料的所述电容器的铁电切换电压相差超过约100mV。3.根据权利要求2所述的半导体装置，其中所述铁电切换电压低于约1200mV。4.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述第一结晶导电或半导电氧化物电极及所述第二结晶导电或半导电氧化物电极中的一或两者具有约0.5nm到约50nm之间的厚度。5.根据权利要求2所述的半导体装置，其中所述第一结晶导电或半导电氧化物电极及所述第二结晶导电或半导电氧化物电极中的一或两者具有低于0.01Ohm
‑
cm的电阻率。6.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述极性层及所述第一结晶导电或半导电氧化物电极及所述第二结晶导电或半导电氧化物电极中的一或两者具有相同晶体结构。7.根据权利要求6所述的半导体装置，其中所述掺杂剂包括镧系元素或铌。8.根据权利要求7所述的半导体装置，其中所述极性层包括具有约10nm到约500nm之间的横向尺寸的区域，在所述区域中，所述第一结晶导电或半导电氧化物电极及所述第二结晶导电或半导电氧化物电极中的一或两者假晶于所述极性层上。9.根据权利要求6所述的半导体装置，其中所述相同晶体结构为钙钛矿结构，且其中所述极性层包括选自由以下各者组成的群组的铁电氧化物：BaTiO3、PbTiO3、KNbO3、NaTaO3、BiFeO3、PbZrTiO3、Pb(Mg,Nb)O3、Pb(Mg,Nb)O3‑
PbTiO3、PbLaZrTiO3、Pb(Sc,Nb)O3、BaTiO3‑
Bi(Zn(Nb,Ta))O3、BaTiO3‑
BaSrTiO3、LiNbO3、LiTaO3、LiFeTaOF、SrBaNbO、BaNaNbO、KNaSrBaNbO、Bi1‑
x
La
x
FeO3、Bi1‑
x
Ce
x
FeO3及BiFe1‑
y
Co
y
O3。10.根据权利要求9所述的半导体装置，其中所述第一结晶导电或半导电氧化物电极及所述第二结晶导电或半导电氧化物电极中的一或两者包括选自由以下各者组成的群组的氧化物：(La,Sr)CoO3、SrRuO3、(La,Sr)MnO3、YBa2Cu3O7、Bi2Sr2CaCu2O8、LaNiO3、SrRuO3、LaMnO3、SrMnO3、LaCoO3或SrCoO3。11.根据权利要求10所述的半导体装置，其中所述极性层直接接触所述第一结晶导电或半导电氧化物电极及所述第二结晶导电或半导电氧化物电极中的一或两者，且其中所述半导体装置进一步包括进一步电极，所述进一步电极形成在所述第一结晶导电或半导电氧化物电极及所述第二结晶导电或半导电氧化物电极中的一或两者上且包括选自由以下各者组成的群组的导电二元金属氧化物：铱(Ir)氧化物、钌(Ru)氧化物、钯(Pd)氧化物、锇(Os)氧化物或铼(Re)氧化物。
12.根据权利要求6所述的半导体装置，其中所述相同晶体结构为六方晶体结构，其中所述极性层包括LuFeO3或具有由RMnO3表示的化学式，且其中R为稀土元素。13.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述第一结晶导电或半导电氧化物电极及所述第二结晶导电或半导电氧化物电极中的一或两者具有六方结构、铜铁矿结构、尖晶石结构或立方结构中的一者。14.根据权利要求13所述的半导体装置，其中所述第一结晶导电或半导电氧化物电极及所述第二结晶导电或半导电氧化物电极中的一或两者包括以下中的一或多者：PtCoO2、PdCoO2、掺Al的ZnO、Fe3O4、LiV2O4或掺Sn的In2O3。15.根据权利要求1所述的半导体装置，其进一步包括晶体管，其中所述电容器电连接到所述晶体管的漏极。16.一种半导体装置，其包括：电容器堆叠，其包括：结晶极性层，其包括置换地掺杂有掺杂剂的基底极性材料；所述基底极性材料包括具有钙钛矿结构或六方晶体结构中的一者的金属氧化物；所述掺杂剂包括不同于所述金属氧化物的(若干)金属的4d系列、5d系列、4f系列或5f系列中的一者的金属；及第一结晶导电或半导电氧化物电极及第二结晶导电或半导电氧化物电极，其位于所述结晶极性层的相对侧上，其中所述结晶极性层具有与所述第一结晶导电或半导电氧化物电极及所述第二结晶导电或半导电氧化物电极中的一或两者相同的晶体结构。17.根据权利要求16所述的半导体装置，其中所述结晶极性层具有匹配于所述第一结晶导电氧化物电极及所述第二结晶导电氧化物电极中的一或两者的晶格常数的约20％内的晶格常数。18.根据权利要求17所述的半导体装置，其中所述相同晶体结构为钙钛矿晶体结构且所述极性层包括具有由A
(m
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x)
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【专利技术属性】
技术研发人员：R，
申请(专利权)人：开普勒计算公司，
类型：发明
国别省市：