半导体器件、包括该半导体器件的半导体装置和电子设备制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种半导体器件、包括该半导体器件的半导体装置、以及包括该半导体器件的电子设备。该半导体装置包括多个半导体器件。半导体器件均在两个电极之间包括铁电层、导电金属氧化物层和半导体层。导电金属氧化物层可以在铁电层和半导体层之间。铁电层、导电金属氧化物层和半导体层可以都包括金属氧化物。导电金属氧化物层可以包括从由铟氧化物、锌氧化物、锡氧化物及其任意组合组成的组中选择的一种或更多种材料。种或更多种材料。种或更多种材料。

【技术实现步骤摘要】
半导体器件、包括该半导体器件的半导体装置和电子设备


[0001]本专利技术构思涉及包括铁电层、导电金属氧化物层和半导体层的半导体器 件以及包括该半导体器件的半导体装置。

技术介绍

[0002]随着电子产品趋向于轻、薄和短，对半导体器件的高集成的需求提高。 因此，已经提出各种类型的半导体器件，例如包括铁电层的半导体器件。

技术实现思路

[0003]提供一种能够低功率驱动并具有高集成度的半导体器件以及包括该半 导体器件的装置。
[0004]另外的方面将在下面的描述中被部分地阐述，并且部分地将从该描述变 得明显，或者可以通过本专利技术构思的示例实施方式的实践而获悉。
[0005]根据本专利技术构思的一些示例实施方式，一种半导体器件可以包括第一电 极、与第一电极隔开而不直接接触的第二电极、铁电层、导电金属氧化物层 以及半导体层。铁电层、导电金属氧化物层和半导体层可以在第一电极和第 二电极之间。
[0006]导电金属氧化物层可以邻近铁电层布置，例如在铁电层和半导体层之 间。
[0007]半导体器件可以配置为根据形成在第一电极和第二电极之间的电场的 方向来控制铁电层的极化的极化方向。半导体器件可以进一步配置为根据铁 电层的极化的极化方向而在半导体层中形成耗尽区或累积区。导电金属氧化 物层可以配置为控制铁电层的晶向，而不防止电流在半导体器件中流动。
[0008]导电金属氧化物层可以具有与铁电层的期望的晶向相同或相似的晶向。 例如，导电金属氧化物层可以具有拥有(111)和/或(001)晶向的晶体结构。
[0009]铁电层和导电金属氧化物层之间的晶格常数的差异可以相对较小。
[0010]导电金属氧化物层可以包括从由铟氧化物、锌氧化物、锡氧化物及其任 意组合组成的组中选择的一种或更多种材料。例如，导电金属氧化物层可以 包括从由铟镓锌氧化物(IGZO)、铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)、 锌氧化物(ZnO)、锡氧化物(SnO2)、铟氧化物(In2O3)及其任意组合组成 的组中选择的一种或两种或更多种材料。
[0011]导电金属氧化物层可以具有等于或大于约100S/cm的电导率。
[0012]铁电层可以包括由MO2表示的材料，其中M是Hf、Zr或其组合。此外， 铁电层可以包括表示为MO2的材料作为基础材料，其中M是Hf、Zr或其组 合，并且可以进一步包括从由C、Si、Ge、Sn、Pb、Al、Y、La、Gd、Mg、 Ca、Sr、Ba、Ti、Zr、Hf及其组合组成的组中选择的一种或两种以上的材料， 作为掺杂剂材料。
[0013]此外，铁电层可以包括正交晶相，并可以具有拥有(111)和/或(001) 晶向的晶体结构。导电金属氧化物层和铁电层之间的晶格常数的差异可以等 于或小于10％。
[0014]半导体层可以包括从由III
‑
V族化合物半导体、有机半导体、金属氧化 物半导体、
二维材料、过渡金属二硫化物和量子点组成的组中选择的一种或 更多种材料。例如，半导体层可以包括In2O3、ZnO、SnO2、钒氧化物(VO2)、 钛氧化物(TiO2)、铜氧化物(Cu2O)和/或钨氧化物(WO3)。
[0015]半导体层可以具有等于或小于约5.0eV的能带间隙。
[0016]铁电层可以包括由MO2表示的材料作为基础材料，其中M是Hf、Zr 或其组合。
[0017]铁电层可以进一步包括掺杂剂材料，该掺杂剂材料包括从C、Si、Ge、 Sn、Pb、Al、Y、La、Gd、Mg、Ca、Sr、Ba、Ti、Zr、Hf及其任意组合组 成的组中选择的一种或更多种材料。
[0018]铁电层、导电金属氧化物层和半导体层可以每个独立地具有在约0.1nm 至约20nm之间的厚度。
[0019]半导体器件可以配置为具有根据铁电层的极化的极化方向而产生的可 变电阻，该可变电阻具有5.0或更大的电阻比。
[0020]第一电极、第二电极、或第一电极和第二电极两者可以包括金属、金属 氮化物、金属氧化物或其任意组合。
[0021]铁电层、导电金属氧化物层和半导体层都可以包括金属氧化物。
[0022]半导体器件可以包括配置为存储信息的存储元件。
[0023]根据一些示例实施方式，一种半导体装置可以包括在基板上的多条第一 电极线，所述多条第一电极线平行于基板的上表面延伸，所述多条第一电极 线在第一方向上延伸。半导体装置可以包括在所述多条第一电极线上的多条 第二电极线，所述多条第二电极线平行于基板的上表面延伸，所述多条第二 电极线在不同于第一方向的第二方向上延伸。半导体装置可以包括在所述多 条第一电极线中的一条和所述多条第二电极线中的一条的交叉点处在所述 多条第一电极线和所述多条第二电极线之间的第一半导体器件，在该交叉点 处，所述多条第一电极线中的所述一条和所述多条第二电极线中的所述一条 在垂直于第一方向且垂直于第二方向的垂直方向上彼此重叠。第一半导体器 件可以包括根据任何示例实施方式的半导体器件。
[0024]半导体装置可以进一步包括：在所述多条第一电极线和所述多条第二电 极线上的多条第三电极线，所述多条第三电极线在第一方向上延伸；以及第 二半导体器件，在所述多条第二电极线中的所述一条和所述多条第三电极线 中的一条的交叉点处在所述多条第二电极线和所述多条第三电极线之间，在 该交叉点处，所述多条第二电极线中的所述一条和所述多条第三电极线中的 所述一条在垂直方向上彼此重叠。第二半导体器件可以具有与第一半导体器 件相同的结构。
[0025]根据一些示例实施方式，一种半导体装置可以包括：堆叠结构，在该堆 叠结构中多个绝缘层和多个第一电极在垂直方向上交替且重复地堆叠；以及 单元串，包括铁电层、导电金属氧化物层、半导体层和第二电极，其中单元 串在垂直方向上穿透堆叠结构。
[0026]铁电层、导电金属氧化物层、半导体层和第二电极可以穿过堆叠结构在 垂直方向上延伸，第二电极可以在单元串的中心部分处，铁电层、导电金属 氧化物层和半导体层可以同心地围绕第二电极。
[0027]单元串可以包括沿着堆叠结构的平面彼此隔开而不直接接触的多个单 元串，其中该垂直方向垂直于堆叠结构的该平面。
[0028]根据一些示例实施方式，一种半导体器件可以包括：配置为存储信息的 存储元
件，该存储元件包括铁电层；以及电连接到存储元件的选择元件，该 选择元件配置为基于控制经过存储元件的电流的流动来执行半导体器件的 选择，该选择元件包括半导体层。铁电层和半导体层可以在两个电极之间彼 此联接，并且在铁电层和半导体层之间可以没有端子。
[0029]半导体器件可以进一步包括在铁电层和半导体层之间的导电金属氧化 物层。
[0030]一种电子设备可以包括根据任何示例实施方式的半导体器件和/或半导 体装置。
[0031]根据一些示例实施方式，一种方法可以包括基于形成第一电极、在第一 电极上形成铁电层、在铁电层上形成半导体层以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体器件，包括：第一电极；第二电极，与所述第一电极隔开而不直接接触；铁电层；导电金属氧化物层；以及半导体层，其中所述铁电层、所述导电金属氧化物层和所述半导体层在所述第一电极和所述第二电极之间。2.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述导电金属氧化物层在所述铁电层和所述半导体层之间。3.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述半导体器件配置为根据在所述第一电极和所述第二电极之间形成的电场的方向来控制所述铁电层的极化的极化方向，以及所述半导体器件进一步配置为根据所述铁电层的所述极化的所述极化方向在所述半导体层中形成耗尽区或累积区。4.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述导电金属氧化物层包括从由铟氧化物、锌氧化物、锡氧化物及其任意组合组成的组中选择的一种或更多种材料。5.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述导电金属氧化物层具有等于或大于100S/cm的电导率。6.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述导电金属氧化物层具有拥有(111)和/或(001)晶向的晶体结构。7.根据权利要求1所述的半导体器件，其中在所述导电金属氧化物层和所述铁电层之间的晶格常数的差异等于或小于10％。8.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述半导体层包括从由III
‑
V族化合物半导体、有机半导体、金属氧化物半导体、二维材料、过渡金属二硫化物和量子点组成的组中选择的一种或更多种材料。9.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述半导体层具有等于或小于5.0eV的能带间隙。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表示的材料作为基础材料，其中M是Hf、Zr或其组合。11.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表示的材料作为基础材料，其中M是Hf、Zr或其组合，以及所述铁电层进一步包括掺杂剂材料，所述掺杂剂材料包括从由C、Si、Ge、Sn、Pb、Al、Y、La、Gd、Mg、Ca、Sr、Ba、Ti、Zr、Hf及其任意组合组成的组中选择的一种或更多种材料。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正交晶相。13.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述铁电层具有拥有(111)和/或(001)晶向的晶体结构。14.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述铁电层、所述导电金属氧化物层和所述半导体层均包括金属氧化物。
15.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述铁电层、所述导电金属氧化物层和所述半导体层均独立地具有在0.1nm和20nm之间的厚度。16.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述半导体器件配置为具有根据所述铁电层的极化的极化方向产生的可变电阻，所述可变电阻具有5.0或更大的电阻比。17.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述第一电极、所述第二电极、或所述第一电极和所述第二电极...

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