半导体装置及其制造方法制造方法及图纸

根据本发明专利技术实施例的半导体装置包括：衬底、设置在衬底上的第一外延电极层、设置在第一外延电极层上的铁电外延层、设置在铁电外延层上的电介质外延层以及设置在电介质外延层上的第二外延电极层。铁电外延层实现负电容。第一外延电极层和第二外延电极层中的每一个包括导电烧绿石氧化物。铁电外延层和电介质外延层串联电连接。包括铁电外延层和电介质外延层的电介质结构是非铁电的。层的电介质结构是非铁电的。层的电介质结构是非铁电的。

【技术实现步骤摘要】
半导体装置及其制造方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请根据35U.S.C.
§
119(a)要求于2021年10月5日在韩国知识产权局提交的韩国申请第10
‑
2021
‑
0132006号的优先权，其通过引用整体并入本文中。


[0003]本公开总体上涉及一种半导体装置，更具体地，涉及一种包括外延电极层和电介质外延层的半导体装置及其制造方法。

技术介绍

[0004]随着半导体芯片的特征尺寸减小，设置在半导体芯片中的电容器装置的尺寸也减小。然而，构成电容器装置的电介质层所需的电容必须保持在最小预定参考值，以确保可靠的装置操作。因此，增加这种电容器装置的电容是有利的，因此正在研究各种方法来增加电容器装置中使用的电介质层的电容。
[0005]作为各种方法的代表性示例，已经研究了将高k材料应用于电容器装置的电介质层的方法和减小电介质层厚度的方法。然而，随着电容器装置的尺寸不断减小，行业要求电容器装置满足对较高电容参考值的需求，同时保持低泄漏电流和高击穿电压。

技术实现思路

[0006]根据本专利技术实施例的一种半导体装置包括：衬底、设置在所述衬底上的第一外延电极层、设置在所述第一外延电极层上的铁电外延层、设置在所述铁电外延层上的电介质外延层，以及设置在所述电介质外延层上的第二外延电极层。所述第一外延电极层和所述第二外延电极层中的每一个包括导电烧绿石氧化物。所述铁电外延层和所述电介质外延层串联电连接。包括所述铁电外延层和所述电介质外延层的电介质结构是非铁电的。
[0007]根据本专利技术另一实施例的半导体装置包括：衬底、设置在所述衬底上的第一外延电极层、设置在所述第一外延电极层上的电介质外延层、设置在所述电介质外延层上的铁电外延层，以及设置在所述铁电外延层上的第二外延电极层。所述第一外延电极层和所述第二外延电极层中的每一个包括导电烧绿石氧化物。所述电介质外延层和所述铁电外延层串联电连接。包括所述电介质外延层和所述铁电外延层的电介质结构是非铁电的。
[0008]根据本公开的另一实施例的半导体装置包括衬底和设置在所述衬底上的电容器。所述电容器包括：储存节点外延电极、设置在所述储存节点外延电极上的铁电外延层、设置在所述铁电外延层上的电介质外延层，以及设置在所述电介质外延层上的板外延电极。所述储存节点外延电极和所述板外延电极中的每一个包括导电烧绿石氧化物。所述铁电外延层和所述电介质外延层串联电连接。所述电容器具有非铁电属性。
附图说明
[0009]图1是示意性地图示根据本公开的实施例的铁电层的极化属性的曲线图。
[0010]图2是示意性地图示根据本公开的实施例的电介质层的极化属性的曲线图。
[0011]图3是示意性地图示根据本公开的实施例的电介质结构的电路配置的图。
[0012]图4是示意性地图示根据本公开的实施例的半导体装置的剖视图。
[0013]图5是示意性地图示根据本公开的另一实施例的半导体装置的剖视图。
[0014]图6是示意性地图示根据本公开的另一实施例的半导体装置的剖视图。
[0015]图7是示意性地图示根据本公开的另一实施例的半导体装置的剖视图。
[0016]图8A是示意性地图示根据本公开的实施例的半导体装置的存储器单元的平面图。
[0017]图8B是沿着图8A的存储器单元的线A
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A
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截取的剖视图。
[0018]图8C是沿着图8A的存储器单元的线B
‑
B
’
截取的剖视图。
[0019]图9A和图9B是示意性地图示根据本公开的实施例的半导体装置的电容器的剖视图。
[0020]图10A和图10B是示意性地图示根据本公开的另一实施例的电容器的剖视图。
[0021]图11A和图11B是示意性图示根据本公开的另一实施例的电容器的剖视图。
具体实施方式
[0022]在下文中，将参照附图详细地描述本公开的实施例。在附图中，为了清楚地表示每个装置的组件，组件的尺寸(例如，组件的宽度和厚度)都被放大。本文中使用的术语可以对应于在实施例中考虑到它们的功能而选择的词语，并且根据实施例所属领域的普通技术人员可以将术语的含义解释为不同。如果明确详细定义，则可以根据定义来解释这些术语。除非另有定义，本文中使用的术语(包括技术术语和科学术语)与实施例所属领域的普通技术人员通常理解的具有相同的含义。
[0023]此外，一个词的单数形式的表达应理解为包括该词的复数形式，除非在上下文中另有明确使用。应当理解的是，术语“包括”、“包含”或“具有”旨在指定特征、数量、步骤、操作、组件、元件、部件或其组合的存在，但不用于排除一个或多个其他特征、数量、步骤、操作、组件、元件、部分或它们的组合的存在或添加的可能性。
[0024]此外，在执行方法或制造方法时，构成该方法的每个过程可以不同于规定的顺序的方式进行，除非在上下文中明确描述了特定顺序。换言之，每个处理可以以与所述顺序相同的方式执行，并且可以基本上同时执行。此外，可以以相反的顺序执行上述每个过程中的至少一部分。
[0025]图1是示意性地图示根据本公开的实施例的铁电层的极化属性的曲线图。具体地，曲线10图示了当电场被施加到铁电层的两端时铁电层中的极化变化。图2是示意性地图示根据本公开的实施例的电介质层的极化属性的曲线图。具体地，曲线20图示了当电场被施加到电介质层的两端时电介质层中的极化变化。
[0026]参见图1的曲线10，铁电层可以具有第一剩余极化Pr1和第二剩余极化Pr2，以及第一矫顽场Ec和第二矫顽场
‑
Ec。在没有向铁电层施加电场的状态下，第一剩余极化Pr1和第二剩余极化Pr2可以是保持在铁电层中的极化。第一矫顽场Ec和第二矫顽场
‑
Ec可以指示在相反方向上切换铁电层的极化取向所需的电场的大小。
[0027]参见图1的曲线10，作为一个实施例，当铁电层在初始状态下具有第二剩余极化Pr2时，可以向铁电层施加具有正极性的电场，以改变铁电层的极化。参见图1，可以在以扫
掠方式增加强度的同时将电场施加到铁电层。当电场达到第一矫顽场Ec时，铁电层的极化可以在通过曲线10上的负斜率部分10NC之后改变为具有第一极化P1。作为另一实施例，当铁电层在初始状态下具有第一剩余极化Pr1时，可以向铁电层施加具有负极性的电场，以改变铁电层的极化。参见图1，可以在以扫掠方式增加强度的同时向铁电层施加电场。当电场达到第二矫顽场
‑
Ec时，铁电层的极化可以在通过曲线10上的负斜率部分10NC之后改变为具有第二极化P2。
[0028]在曲线10上，铁电层的电容可以与极化变化ΔP根据电场变化ΔE的比值ΔP/ΔE成比例。在与曲线10的负斜率部分10NC相对应的电场区间中(即，在极化变化ΔP根据电场变化ΔE的比值ΔP/ΔE具有负值的电场区间中)，铁本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体装置，包括：衬底；第一外延电极层，其设置在所述衬底上；铁电外延层，其设置在所述第一外延电极层上；电介质外延层，其设置在所述铁电外延层上；以及第二外延电极层，其设置在所述电介质外延层上，其中，所述第一外延电极层和所述第二外延电极层中的每一个包括导电烧绿石氧化物，其中，所述铁电外延层和所述电介质外延层串联电连接，以及其中，包括所述铁电外延层和所述电介质外延层的电介质结构是非铁电的。2.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，所述铁电外延层具有负电容。3.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，所述导电烧绿石氧化物包括选自以下的至少一种：氧化铅铱(Pb2Ir2O7)、氧化镧铱(La2Ir2O7)、氧化铈铱(Ce2Ir2O7)、氧化镨铱(Pr2Ir2O7)、氧化钕铱(Nd2Ir2O7)、氧化钐铱(Sm2Ir2O7)、氧化钆铱(Gd2Ir2O7)、氧化镱铱(Yb2Ir2O7)、氧化镧钌(La2Ru2O7)、氧化铈钌(Ce2Ru2O7)、氧化镨钌(Pr2Ru2O7)、氧化钕钌(Nd2Ru2O7)、氧化钐钌(Sm2Ru2O7)、氧化钆钌(Gd2Ru2O7)、氧化镱钌(Yb2Ru2O7)、氧化铋钌(Bi2Ru2O7‑
δ
，0<δ<1)、氧化铅钌(Pb2Ru2O7‑
δ
，0<δ<1)、氧化铊钌(Tl2Ru2O7‑
δ
，0<δ<1)、氧化铋铱(Bi2Ir2O7‑
δ
，0<δ<1)、氧化铅铱(Pb2Ir2O7‑
δ
，0<δ<1)以及氧化铊铱(Tl2Ir2O7‑
δ
，0<δ<1)。4.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，所述铁电外延层包括氧化铪锆。5.根据权利要求4所述的半导体装置，其中，所述铁电外延层包括掺杂在所述氧化铪锆中的掺杂剂，以及其中，所述掺杂剂包括选自以下的至少一种：碳(C)、硅(Si)、镁(Mg)、铝(Al)、钇(Y)、氮(N)、锗(Ge)、锡(Sn)、锶(Sr)、铅(Pb)、钙(Ca)、钡(Ba)、钛(Ti)、锆(Zr)、钆(Gd)和镧(La)。6.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，所述电介质外延层包括选自氧化铪、氧化锆和掺杂锆(Zr)的氧化铪锆中的至少一种，以及其中，所述电介质外延层是非铁电的。7.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，所述铁电外延层具有正交晶系的晶体结构，以及其中，所述电介质外延层具有单斜晶系或四方晶系的晶体结构。8.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，所述铁电外延层和所述电介质外延层中的每一个具有1纳米至3纳米的厚度。9.根据权利要求1所述的半导体装置，还包括设置在所述铁电外延层与所述电介质外延层之间的第一阻挡绝缘层。10.根据权利要求9所述的半导体装置，其中，所述第一阻挡绝缘层包括选自氧化铝、氧化钇和氧化镁中的至少一种。11.根据权利要求10所述的半导体装置，还包括设置在所述第一外延电极层与所述铁电外延层之间的第二阻挡绝缘层和设置在所述电介质外延层与所述第二外延电极层之间的第三阻挡绝缘层中的至少一个。12.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，所述衬底包括氧化钇稳定的氧化锆或氧
化锶锡。13.一种半导体装置，包括：衬底；第一外延电极层...

【专利技术属性】
技术研发人员：具元泰，徐东益，
申请(专利权)人：爱思开海力士有限公司，
类型：发明
国别省市：