半导体器件和包括其的半导体装置制造方法及图纸

提供了一种包括铁电层和两个或更多个电极层的铁电半导体器件和包括其的半导体装置。该半导体器件可以包括第一电极层和第二电极层，第一电极层和第二电极层具有比铁电层的热膨胀系数小的热膨胀系数。第二电极层的热膨胀系数和铁电层的热膨胀系数之间的差异可以大于第一电极层的热膨胀系数和铁电层的热膨胀系数之间的差异。第二电极层可以具有比第一电极层的厚度大的厚度。极层的厚度大的厚度。极层的厚度大的厚度。

【技术实现步骤摘要】
半导体器件和包括其的半导体装置


[0001]一些示例实施方式涉及半导体器件和/或包括该半导体器件的半导体装置。

技术介绍

[0002]铁电体是指这样的材料，其具有即使当外部电场没有被施加到该材料时也能够通过使内部电偶极矩对准来保持自发极化的铁电性。例如，即使当施加于其的电压降低到0V时，铁电体也具有半永久极化(或电场)。已经对通过将这样的铁电特性应用或结合到半导体器件来改善半导体器件的性能进行了研究。例如，过去已经进行了将其极化相对于电压表现出滞后性的铁电体应用到半导体器件的研究。
[0003]此外，最近发表的研究表明，铁电体在特定区域中可以具有负电容，当该特征应用于晶体管时，晶体管的亚阈值摆幅可以降低到约60mV/dec或更低，这可能是现有硅基晶体管的理论极限。出于这个原因，正在进行在低功率半导体器件中使用铁电体的研究。
[0004]此外，因为铪基氧化物具有铁电性，所以已经进行了在半导体器件中使用铪基氧化物的研究。铪基氧化物有望对于半导体器件的小型化是有用的，因为铪基氧化物在与半导体工艺结合方面是友好的，例如容易与半导体工艺结合。即使当形成为具有几纳米(nm)或更小的厚度的非常薄的膜时，铪基氧化物也具有铁电性。

技术实现思路

[0005]提供了具有多层电极结构的铁电半导体器件。
[0006]替代地或附加地，提供了具有低泄漏电流和高电容率的铁电半导体器件。
[0007]替代地或附加地，提供了具有各种阈值电压的半导体装置。
[0008]另外的方面将在以下描述中部分地阐述，并将部分地自该描述明显，和/或可以通过一些示例实施方式的实践而获知。
[0009]根据一些示例实施方式，一种半导体器件可以包括衬底、与衬底平行的铁电层、在铁电层上并与衬底分开的第一电极层、以及在第一电极上的第二电极层。第一电极层和第二电极层两者具有比铁电层的热膨胀系数小的热膨胀系数。
[0010]第二电极层的热膨胀系数和铁电层的热膨胀系数之间的差异可以大于第一电极层的热膨胀系数和铁电层的热膨胀系数之间的差异。例如，第二电极层的热膨胀系数和铁电层的热膨胀系数之间的差异可以在从约3.0
×
10
‑6/K至约10.0
×
10
‑6/K的范围内，并且第一电极的热膨胀系数和铁电层的热膨胀系数之间的差异可以大于约0.0/K但是可以等于或小于约3.0
×
10
‑6/K。
[0011]替代地或附加地，第二电极层可以具有比第一电极层大的厚度。例如，第二电极层的厚度可以在从第一电极层的厚度的约1.0倍至约30.0倍的范围内。第一电极层可以包括TiN，第二电极层可以包括钼(Mo)。第二电极层可以不包括TiN。
[0012]铁电层可以包括由MO2表示的材料(其中M指铪(Hf)、锆(Zr)或其组合)。替代地或附加地，铁电层可以进一步包括选自由镥(Lu)、钇(Y)、镧(La)、钡(Ba)和锶(Sr)构成的组的
至少一种掺杂剂材料，或者可以进一步包括选自由铝(Al)、钛(Ti)、钽(Ta)、钪(Sc)和镁(Mg)构成的组的至少一种掺杂剂材料。
[0013]根据一些示例实施方式，一种半导体装置可以包括包含上述铁电层的至少一个半导体器件。例如，该半导体装置可以包括至少两个半导体器件，例如具有相同导电类型、氧化物厚度等的具有不同阈值电压Vth的两个半导体器件。例如，所述至少两个半导体器件可以在其第一电极层的成分和厚度、其第二电极层的成分和厚度和/或其铁电层的成分和厚度方面彼此不同。所述至少两个半导体器件的其他电特性(诸如注入特性和/或沟道特性)可以相同或相似；然而，示例实施方式不限于此。
附图说明
[0014]本公开的某些实施方式的以上及其他方面、特征和/或优点将由结合附图的以下描述更加明显，附图中：
[0015]图1至图3是示意性地示出根据一些示例实施方式的半导体器件(场效应晶体管(FET))的视图；
[0016]图4A和图4B是示意性地示出根据一些示例实施方式的半导体器件(FET)的视图；
[0017]图5A和图5B是示意性地示出根据一些示例实施方式的半导体器件(FET)的视图；
[0018]图6是示意性地示出根据一些示例实施方式的半导体器件(电容器)的视图；
[0019]图7是示意性地示出根据一些示例实施方式的半导体装置的视图；
[0020]图8是示意性地示出根据一些示例实施方式的半导体装置(具有其中电容器和FET彼此连接的结构)的视图；
[0021]图9和图10是示意性地示出根据实施方式的适用于电子设备的设备架构的概念图；以及
[0022]图11是示意性地示出根据一些示例实施方式的半导体装置的视图。
具体实施方式
[0023]现在将详细参照实施方式，其示例在附图中示出，其中，相同的附图标记始终指代相同的元件。就此而言，提出的实施方式可以具有不同的形式并且不应被解释为限于在此阐述的描述。相应地，下面通过参照附图仅描述实施方式来解释多个方面。如这里所使用的，术语“和/或”包括一个或更多个相关所列举项目的任何和所有组合。诸如
“……
中的至少一个”的表达当在一列元素之后时，修饰整列元素而不修饰该列中的个别元素。
[0024]在以下描述中，术语仅用于解释具体实施方式而不限制本公开的范围。当一元件被称为“在”另一元件“上方”或“上”时，该元件可以在与该另一个元件接触的同时直接在该另一元件的上侧、下侧、左侧或右侧，或者可以在不与该另一元件接触的情况下在该另一元件的上侧、下侧、左侧或右侧。
[0025]除非另外提及，否则单数形式的术语可以包括复数形式。除非另外提及，否则这里使用的术语“包括”和/或“包含”指明所陈述的特征、数量、步骤、工艺、元件、部件、材料或其组合的存在，但不排除一个或更多个其他特征、数量、步骤、工艺、元件、部件、材料或其组合的存在或添加。
[0026]尽管诸如“第一”、“第二”和“第三”的术语用于描述各种元件，但是这些术语仅用
于将一个元件与其他元件区分开，元件的诸如顺序和类型的特征不应受这些术语限制。此外，诸如“单元”、“机构”、“模块”或“部分”的术语可以用于表示具有至少一个功能或操作并由硬件、软件或硬件和软件的组合来实现的综合结构的单元。
[0027]在下文中，将参照附图描述一些示例实施方式。在附图中，相同的附图标记指代相同的元件，并且为了图示的清楚，元件的尺寸(诸如层或区域的宽度和厚度)可以被夸大。这里描述的示例实施方式仅是出于说明的目的，并且可以在其中进行各种修改。
[0028]一方面可以提供包括铁电层的半导体器件和包括该半导体器件的半导体装置。该半导体器件可以是或可以包括存储器件和/或非存储器件，诸如场效应晶体管(FET)、电容器、另一有源和/或无源电部件、或其组合，但不限于此。该半导体装置可以包括多个半导体器件，并且可以用于各种电子设备。因此，与相关技术的电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体器件，包括：衬底；平行于所述衬底的铁电层；与所述衬底分开并且在所述铁电层上的第一电极层；以及在所述第一电极层上的第二电极层，其中所述第一电极层和所述第二电极层具有比所述铁电层的热膨胀系数小的热膨胀系数，并且所述第二电极层的所述热膨胀系数和所述铁电层的所述热膨胀系数之间的差异大于所述第一电极层的所述热膨胀系数和所述铁电层的所述热膨胀系数之间的差异，以及所述第二电极层具有比所述第一电极层的厚度大的厚度。2.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述第二电极层的所述热膨胀系数和所述铁电层的所述热膨胀系数之间的差异在从3.0
×
10
‑6/K至10.0
×
10
‑6/K之间的范围内。3.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述第一电极层的所述热膨胀系数和所述铁电层的所述热膨胀系数之间的差异大于0.0/K且小于或等于3.0
×
10
‑6/K。4.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述第一电极层包括选自包含铂(Pt)、铌(Nb)、钌(Ru)、钼(Mo)、钨(W)和TiN的组的至少一种材料，以及所述第二电极层包括选自包含铂(Pt)、铌(Nb)、钌(Ru)、钼(Mo)、钨(W)和TiN的组的至少一种材料。5.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述第一电极层包括TiN，并且所述第二电极层包括钼(Mo)。6.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述第二电极层的所述厚度大于所述第一电极层的所述厚度的1.0倍且小于或等于所述第一电极层的所述厚度的30.0倍。7.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述第二电极层的所述厚度在从10nm至200nm的范围内。8.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述第一电极层的所述厚度在从1.0nm至10.0nm的范围内。9.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述铁电层包括由MO2表示的材料，其中M指铪(Hf)、锆(Zr)或Hf和Zr的组合。10.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述铁电层包括：由MO2表示的基础材料，其中M指铪(Hf)、锆(Zr)或Hf和Zr的组合；以及至少一种掺杂剂材料，选自包括镥(Lu)、钇(Y)、镧(La)、钡(Ba)和锶(Sr)的组。11.根据权利要求10所述的半导体器件，其中所述铁电层以大于0at％至20at％的量包括所述至少一种掺杂剂材料，所述量基于所述基础材料中的金属元素量。12.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述铁电层包括：由MO2表示的基础材料，其中M指铪(Hf)、锆(Zr)或Hf和Zr的组合；以及至少一种掺杂剂材料，选自包括铝(Al)、钛(Ti)、钽(Ta)、钪(Sc)和镁(Mg)的组。13.根据权利要求12所述的半导体器件，其中所述铁电层以大于0at％至20at％的量包括所述至少一种掺杂剂材料，所述量基于所述基础材料中的金属元素量。14.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：许镇盛，李润姓，南胜杰，裵鹤烈，文泰欢，赵常玹，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：