OS裝置」作為表達(dá)，并于欲將本發(fā)明限制于含有金屬的柵極材料及/或含有氧化物的柵極介電材料。當(dāng)參照MIM/MIS電容器時(shí)，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解到雖然使用「MIM/MIS」作為表達(dá)，并不欲將本發(fā)明限制于含有金屬的電極。本揭露的半導(dǎo)體裝置，且特別是如本文所述的例是實(shí)施例所示的MOS裝置及/或電容器，關(guān)注由先進(jìn)技術(shù)所制造的組件。本揭露的半導(dǎo)體裝置是由應(yīng)用于小于10nm的技術(shù)節(jié)點(diǎn)所制造，較佳地的是小于50nm，更佳的是小于35nm。本領(lǐng)域技術(shù)人員會了解本揭露建議半導(dǎo)體裝置具有小于10nm的最小長度及/或?qū)挾瘸叽?，較佳地的是小于50nm，更佳的是小于35nm。
[0024]本領(lǐng)域的技術(shù)人員理解MOS晶體管可以制作為P通道MOS晶體管或PMOS晶體管以及N通道晶體管或NMOS晶體管，且兩者均可用具有或不具有迀移性增強(qiáng)應(yīng)力源的特征(mobility enhancing stressor features)或應(yīng)變弓丨發(fā)特征(strain-1nducingfeatures)的方式來制作。電路設(shè)計(jì)者可以使用PMOS和NMOS晶體管、施加應(yīng)力或未施加應(yīng)力，來混合并匹配裝置種類，以利用其最適用于所要設(shè)計(jì)的電路的各個(gè)裝置種類的最佳特性。本領(lǐng)域的技術(shù)人員了解該應(yīng)力和應(yīng)變是一般性的對應(yīng)于拉伸模數(shù)來敘述的。
[0025]在以下圖式的描述中，將例示依據(jù)本揭露的各種范例實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置和形成半導(dǎo)體裝置的方法。所述的制程步驟、程序和材料被視為僅作為設(shè)計(jì)來例示給熟知本領(lǐng)域技術(shù)的人員用于實(shí)踐本發(fā)明的范例實(shí)施例。然而，要了解本發(fā)明并不排他性地限于所例示和敘述的范例實(shí)施例，因?yàn)榇嬖谠S多可能的修飾和修改，其對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員在學(xué)習(xí)本發(fā)明的詳細(xì)敘述以及隨附圖示和上述的技術(shù)背景和
【發(fā)明內(nèi)容】
之后是十分清楚的。半導(dǎo)體裝置所例示的部分可以只包含單一個(gè)組件，雖然本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解該半導(dǎo)體裝置的實(shí)際實(shí)施可以包含大量的這些組件。制造半導(dǎo)體裝置的各種步驟是習(xí)知的，因此為了簡潔起見，許多傳統(tǒng)的步驟在此只會簡短的提及，或是在不提供習(xí)知的制程細(xì)節(jié)下完全被省略。
[0026]最近的測量指出已摻雜的氧化鉿薄膜可以在中間狀態(tài)的摻雜程度下產(chǎn)生自發(fā)極化，可能在這些層造成鐵電磁滯循環(huán)(ferroelectric hysteresis loop) ο舉例而言，具有5.2mol%的YOh5內(nèi)容物的Y = HfO2薄膜顯示具有24 μ C/cm2的殘留極化Pr的鐵電磁滯。在3.4mol%的S12內(nèi)容物下，Si = HfO2薄膜顯示具有10 μ C/cm 2的殘留極化Pr的鐵電磁滯。再者，在ZrO2摻雜的氧化鉿材料中，在50moI % ZrO2的混合物中，觀察到15 μ C/cm 2的殘留極化Pr的鐵電磁滯。
[0027]在上述范例中所獲得的資料指出在摻雜的HfO2中的自發(fā)極化的結(jié)構(gòu)原點(diǎn)是鏈接到在摻雜的氧化鉿的安定的正交相。雖然氧化鉿基薄膜顯示鐵電行為，且藉由結(jié)合適當(dāng)?shù)膿诫s結(jié)構(gòu)到氧化鉿中，其似乎可能達(dá)成高密度鐵電儲存，在用于整合鐵電體到微電子裝置的現(xiàn)有制程的實(shí)現(xiàn)中顯示如上述的關(guān)于習(xí)知技術(shù)的嚴(yán)重缺陷。
[0028]有鑒于目前的狀況，提出形成未摻雜的多晶HfO2層在基板上方，舉例而言，利用ALD制程。之后，形成TiN層在該未摻雜的多晶HfO2層上。發(fā)明者可證明具有鐵電特性的未摻雜的多晶HfO2層是能夠被制造的。
[0029]本領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解未摻雜的氧化鉿鐵電材料層可以輕易的在現(xiàn)有制程流程中實(shí)現(xiàn)，使得在擁有整合HfO2基薄膜到先進(jìn)半導(dǎo)體裝置中的大量經(jīng)驗(yàn)下，可以輕易用既有制程提供鐵電性而不影響用以達(dá)成復(fù)雜半導(dǎo)體裝置的可靠度和微縮的特性。特別是，可以正向地影響鐵電非易失性儲存裝置的微縮。
[0030]參考圖1a至lc，本揭露的一些例示范例將會被詳盡的描述。圖1a示意地顯示在制程的早期階段的依據(jù)本揭露的一例示實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置100。在這個(gè)階段，提供半導(dǎo)體基板102。該基板102可包含可由硅、鍺、硅/鍺、硅/鍺/碳、硅/碳、砷化鎵、砷化銦、磷化銦或其他合適的半導(dǎo)體材料中選出的半導(dǎo)體材料。在一些例示實(shí)施例中，該基板102可包含硅。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解該基板102可以是具有面方位(surfaceorientat1n)的單晶硅層，亦即，作為主要的晶體方位中的一者的垂直于該基板102的頂部表面的表面晶體方位。在一些例示實(shí)施例中，該基板102可以是塊材基板、絕緣體上覆半導(dǎo)體(semiconductor-on-1nsulator, SOI)以及混合基板中的一者。該基板102可以具有內(nèi)建的應(yīng)變或應(yīng)力，用于加強(qiáng)主要電荷載體的移動性。另外，或替代地，該基板102可以被摻雜，譬如具有一個(gè)或多個(gè)阱區(qū)域。這并不對本揭露提出任何限制，且在圖1a的階段，該基板102可以是未摻雜的。
[0031]在一些例示范例中，可以形成可選層106在該半導(dǎo)體基板102上。舉例而言，該可選層106可以包含TiN、S1jP S1N中的一者。替代地，該可選層106可以被省略，如在圖1a中以虛線指出者。
[0032]非晶的未摻雜HfOJl 122被形成在該基板102上方。在本文的一些例示范例中，該非晶的未摻雜HfOJl 122可以沉積在該基板102上，亦即，該非晶的未摻雜HfO 2層可以直接和下方的基板102接觸。在其他實(shí)施例中，該非晶的未摻雜HfOJl 122可以沉積在該可選層106上。
[0033]依據(jù)本揭露的例示實(shí)施例，可以藉由執(zhí)行用于沉積該非晶的未摻雜HfOJl 122的ALD制程120來形成該非晶的未摻雜HfOJl 122。在本文的一些特別范例中，沉積溫度可以是在從約200到400°C的范圍內(nèi)，譬如，舉例而言，從約200到300°C。在一些本揭露的先進(jìn)實(shí)施中，該沉積溫度小于300°C，或甚至小于250°C。
[0034]所沉積的非晶的未摻雜HfOJl 122的厚度可以在約4到20nm的范圍內(nèi)。在一些本揭露的先進(jìn)實(shí)施中，該HfOJl 122可以用減低的厚度來形成，譬如小于10nm，或甚至小于6nm。在本揭露的一明確的范例中，該未摻雜HfOJl 122可以是6nm厚，且并不對本揭露做出任何限制。
[0035]圖1b繪示在制程中更進(jìn)一步的階段中的該半導(dǎo)體裝置100，在該階段，覆蓋層形成在該未摻雜的非晶HfOJl 122上。在本揭露的例示實(shí)施例中，該覆蓋層132可以包含TiN層132，或甚至由TiN層132所提供。在一例是范例中，該未摻雜的非晶HfOJl 122可以被該TiN層132完全覆蓋。
[0036]在本文的一些例示范例中，該TiN層132具有在約2-30%的范圍內(nèi)的平均含氧量，舉例而言，在約2-20%的范圍內(nèi)，以及為了最佳結(jié)果，在約2-15%的范圍內(nèi)。該平均含氧量，舉例而言，可以由在該TiN層132的TiN材料的既定體積中的含氧量來判定，且可以由該既定體積的含氧量來推定而獲得該平均含氧量。因此，可以獲得推定的值，其代表橫跨該TiN層132的平均含氧量?？梢越逵赏贫ǘ鄠€(gè)預(yù)設(shè)量測體積的含氧量并平均該些推定的值來改善該平均含氧量。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解這并不對本揭露提出任何限制且僅用于例示獲得該平均值的可能性。在一些本揭露的先進(jìn)實(shí)施中，以降低的含氧量來形成該HfO2M 122，譬如小于10%，或甚至小于5%。
[0037]在一些例示范例中，該TiN層可具有大于約100 μ Qcm且小于約400 μ Ω cm的體電阻率，譬如，舉例而言，小于約350 μ Ω cm，且為了最佳的結(jié)果，小于約300 μ Ω cm。
[0038]在一些例示范例中，該TiN層132可具有在約4.5 - 5.2g/cm3的范圍內(nèi)，且為了最佳的結(jié)果，約4.55 - 5.15g/cm3的范圍內(nèi)的密度。
[0039]在一些特殊的例示范例中，該TiN層132可具有在200 - 1500MPa的范圍內(nèi)的壓縮內(nèi)應(yīng)力。舉例而言，該TiN層132的壓縮內(nèi)應(yīng)力可以是約250Mpa或更大。
[0040]在本揭露的一些特殊例示實(shí)施例中，可以沿著該TiN層132的深度方向，亦即和該TiN層132的上表面132u的法向平行，形成含氧量分布。舉例而言，該含氧量分布可以是在該TiN層的上表面132u的含氧量是在約5 - 15%的范圍內(nèi)，且在該TiN層132和該未摻雜的非晶HfOJl 122的界面的含氧量是小于7%。在本文的一些例示范例中，該含氧量分布可以設(shè)置成在該TiN層的上表面132u的含氧量大于約5%并在該TiN層132和該未摻雜的非晶HfOJl 122的界面降低至0%。因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解可以在該TiN層132中設(shè)置氧梯度，該氧梯度的方向平行于該上表面132u的法向。在一明確的范例中，在該上表面132u的含氧量可以在從2-5%的范圍內(nèi)且在該接口的含氧量可以低于5%。
[0041]在本揭露的例示實(shí)施例中，可以在沉積制程130中形成該TiN層132。在本揭露的一些例示實(shí)施例中，該沉積制程130可包含物理氣相沉積(physical vapordeposit1n, PVD)制程。該沉積制程130的沉積溫度可以實(shí)質(zhì)上小于或等于約400°C，且為了最佳的結(jié)果，小于或等于約300°C。在本文的一些特殊例示范例中，該沉積溫度可以實(shí)質(zhì)上約是室溫。舉例而言，該TiN層132可以沉積在該未摻雜的非晶HfOJl 122，使得該未摻雜的非晶HfOJl 122在經(jīng)過整個(gè)沉積制程130仍保持非晶。
[0042]依據(jù)本文的一些例示范例，可以特定的鈦/氮比例(其在該沉積制程130中被調(diào)整)來實(shí)行該P(yáng)VD制程。舉例而言，該P(yáng)VD制程可以是濺鍍制程。
[0043]在特定的例示范例中，鈦/氮?dú)怏w可以設(shè)置在制程腔室中，用以在該TiN層132的上表面132u上形成在從約2-15%或5-10%的范圍內(nèi)的含氧量，并在該TiN層132和該未摻雜的非晶HfOJl 122的界