置可包含第二非摻雜的非晶HfOjl。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解可能出現(xiàn)在該基板中的其他主動(dòng)區(qū)域可能由適當(dāng)?shù)钠帘谓Y(jié)構(gòu)所覆蓋，使得該第一和第二主動(dòng)區(qū)域曝露在用于形成該第一和第二非摻雜的非晶HfO2層的沉積制程中。在本文的一些例示范例中，該沉積制程可以是ALD制程。
[0064]接著，可以在該基板上方形成一屏蔽結(jié)構(gòu)，該屏蔽結(jié)構(gòu)覆在該第一主動(dòng)區(qū)域之上并將該第二主動(dòng)區(qū)域曝露在進(jìn)一步的制程中。在本文的一些例示范例中，可以在該第一主動(dòng)區(qū)域上形成屏蔽或硬屏蔽。
[0065]接著，可以依據(jù)以上的該TiN層132或該TiN層316a所述的形成制程來該形成TiN層在該第二非摻雜的非晶HfO2層上。
[0066]在該第二主動(dòng)區(qū)域上方的該第二非摻雜的非晶HfO2層上方形成該TiN層之后，可移除該第一主動(dòng)區(qū)域的該屏蔽結(jié)構(gòu)，且可形成覆蓋在該第二主動(dòng)區(qū)域之上的第二屏蔽結(jié)構(gòu)以將該第一主動(dòng)區(qū)域曝露在進(jìn)一步的制程中。
[0067]可以依據(jù)傳統(tǒng)的技術(shù)，譬如習(xí)知的CVD制程，在該第一非摻雜的HfO2層上方形成第二 TiN層。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解藉由將該第二主動(dòng)區(qū)域曝露到400°C或更高的溫度，可以啟動(dòng)該第二 HfOJl的鐵電特性，同時(shí)該第一 HfO2層將不是鐵電性的，且顯現(xiàn)如習(xí)知技術(shù)的順電性質(zhì)。
[0068]因此，鐵電性半導(dǎo)體裝置和非鐵電性半導(dǎo)體裝置可以在由現(xiàn)有制程所組成的方法中被輕易的制造，亦即，不需要增加額外的摻雜制程。
[0069]參考圖3b，將描述另一半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)300b ο該半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)300b包含類似以上參考圖1a-1c所述的基板102或以上參考圖3a所述的該基板302a的基板302b。另外，底部電極層312b形成在該半導(dǎo)體基板302b之上。雖然圖3b繪示該底部電極層312b是直接形成在該基板302b的上表面上，這并不對本揭露做出任何限制，且本領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解一個(gè)或多個(gè)其他的層可以形成在該底部電極層312b和該基板302b之間。舉例而言，絕緣層(未圖示)可以形成在該底部電極層312b和該基板302b之間。另外，導(dǎo)電結(jié)構(gòu)可以形成在該底部電極層312b和該基板302b之間。在這個(gè)例子中，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解該基板302b可具有形成在其中的已摻雜阱區(qū)域，至少局部地在鄰接于該半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)300b的區(qū)域中。舉例而言，該底部電極層312b可藉由導(dǎo)電結(jié)構(gòu)(未圖示)耦接至形成在該基板302b中的摻雜區(qū)域(未圖示)。
[0070]在該底部電極層312b上形成未摻雜的鐵電HfOJl 314b。該未摻雜的鐵電HfOjl314b可以依據(jù)以上參考圖1a-1c或參考圖3a所述的制程來形成。
[0071]再者，該半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)300b包含形成在該未摻雜的鐵電HfOJl 314b的TiN層316b。該TiN層316b類似于以上參考圖1a-1c所討論的該TiN層132或以上參考圖3a所討論的該TiN層316a。
[0072]在本揭露的一特殊例示實(shí)施例中，該半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)300b可形成MIM或MIS電容器結(jié)構(gòu)。相關(guān)的半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)300b可以耦接到FET裝置(未圖示)，使得該底部電極層312b可以耦接到該FET裝置(未圖示)的源極或漏極的一者。FET裝置(未圖示)和該半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)300b的對應(yīng)組合可以實(shí)現(xiàn)1T-1C FeRAM存儲(chǔ)胞結(jié)構(gòu)，其包含傳統(tǒng)的，亦即，非鐵電性的，F(xiàn)ET作為訪問晶體管(access transistor)，同時(shí)該半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)包含未摻雜的鐵電HfOJl 314b。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解其與D-RAM存儲(chǔ)胞相反，僅有一個(gè)電容器和一個(gè)訪問晶體管用來形成該存儲(chǔ)胞。另外，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解到對應(yīng)的FeRAM結(jié)構(gòu)可以輕易的依據(jù)現(xiàn)有的制造流程不需要增加不必要的摻雜制程來完成。因此，藉由現(xiàn)有的制造流程而不需要包含復(fù)雜的摻雜制程，可以提供跨越整個(gè)半導(dǎo)體晶圓的高均勻度的基于鐵電性的FeRAM裝置的非易失性的存儲(chǔ)裝置。依據(jù)上述的讀取和寫入操作的討論，可以讀取電容器。
[0073]本揭露提出使用特別工程化的TiN層用于使得純HfO2M料中能夠有鐵電性。因此，可能可以具有以ALD制程形成的非摻雜HfO2材料并在純HfO 2中造成穩(wěn)定的鐵電結(jié)晶相。舉例而言，發(fā)明人觀察到發(fā)生在因?yàn)镻VD-TiN的覆蓋的ALD沉積的純HfO2中的穩(wěn)定效果，其中，該TiN層顯現(xiàn)特定的氧含量分布，譬如氧梯度。相較于由物理氣相沉積制程沉積的HfO2或由ALD制程所形成的摻雜的HfO 2材料，由本揭露提供的鐵電性純HfO 2材料顯現(xiàn)較高的敷形性(conformality)。特別是，在ALD制程中實(shí)施摻雜使得現(xiàn)有半導(dǎo)體裝置的制造變得非常復(fù)雜，因?yàn)槠湫枰獙φ麄€(gè)晶圓控制均勻的摻雜濃度。
[0074]以上所述的具體實(shí)施例僅是說明性的，因?yàn)楸景l(fā)明可以以不同的但等效的方式修改和實(shí)施，這些方式對于獲得這里講授的益處的本領(lǐng)域的技術(shù)人員是顯然的。舉例而言，可以不同的順序?qū)嵭兴U述的制程步驟。此外，除在下面的權(quán)利要求中描述的之外，不打算限制這里表示的構(gòu)造或設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)。因此證實(shí)，以上公開的具體實(shí)施例可以改變或修改，并且所有這樣的變化認(rèn)為在本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)。因而，這里尋求的保護(hù)在權(quán)利要求書中敘述。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種半導(dǎo)體裝置，包括: 基板； 未摻雜的二氧化鉿層，形成在該基板之上；以及 氮化鈦層，形成在該二氧化鉿層上； 其中，該未摻雜的二氧化鉿層至少是部分鐵電性的。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中，該未摻雜的二氧化鉿層具有在約1- 30nm的范圍內(nèi)或2 - 20nm的范圍內(nèi)的厚度。
3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中，該氮化鈦層具有在約2- 30%的范圍內(nèi)、或約2 - 20%的范圍內(nèi)、或約2 - 15%的范圍內(nèi)的平均含氧量。
4.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中，該氮化鈦層具有含氧量分布在其中，該含氧量分布顯示在該氮化鈦層的上表面的含氧量是在約5 - 15%的范圍內(nèi)，且在該氮化鈦層和該未摻雜的二氧化鉿層的界面的含氧量是在約O - 7%的范圍內(nèi)。
5.如權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體裝置，其中，該含氧量分布代表氧梯度。
6.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中，該氮化鈦層具有在約100- 400 μ Ω cm的范圍內(nèi)、或約100 - 350 μ Qcm的范圍內(nèi)、或約100 - 300 μ Ω cm的范圍內(nèi)的體電阻率。
7.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中，該氮化鈦層具有在約4.5 - 5.2g/cm3的范圍內(nèi)或約4.55 - 5.15g/cm3的范圍內(nèi)的密度。
8.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，還包括具有柵極介電質(zhì)的柵極結(jié)構(gòu)，形成在該基板之上，該柵極介電質(zhì)包含該二氧化鉿層和該氮化鈦層。
9.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中，該二氧化鉿層是形成在氮氧化硅層上。
10.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，還包括具有介電結(jié)構(gòu)的MIM或MIS電容結(jié)構(gòu)，形成在該基板上，該介電結(jié)構(gòu)包含該二氧化鉿層和該氮化鈦層。
11.如權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體裝置，其中，該二氧化鉿層是作為基極電極層而形成的。
12.一種用于形成半導(dǎo)體裝置的方法，包括: 在半導(dǎo)體基板之上形成未摻雜的非晶二氧化鉿層； 在該未摻雜的非晶二氧化鉿層上形成氮化鈦層；以及 實(shí)行熱退火制程用以在該未摻雜的非晶二氧化鉿層中至少部分造成鐵電相。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，藉由在包含氮或氧/氮的其中一種的氣體中實(shí)行PVD制程來沉積該氮化鈦層。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，該P(yáng)VD制程是在小于或等于約400°C且較佳地是小于或等于約300°C的溫度下實(shí)行。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，還包括在實(shí)行該P(yáng)VD制程時(shí)，調(diào)整鈦/氮的特定比例。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，該氮化鈦層具有在約2- 30%的范圍內(nèi)、或約2 - 20%的范圍內(nèi)、或約2 - 15%的范圍內(nèi)的平均含氧量。
17.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，該氮化鈦層是非晶的。
18.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，藉由實(shí)行ALD制程以沉積具有在約4- 20nm的范圍內(nèi)的厚度的一層未摻雜的非晶二氧化鉿來形成該未摻雜的非晶二氧化鉿層。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，在該ALD制程中，沉積溫度是出自約200- 400°C的范圍或約200 - 300°C的范圍。
20.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，在至少約400°C以及最多約1100°C或最多約800°C的退火溫度下實(shí)行該熱退火制程。
【專利摘要】本發(fā)明涉及具有鐵電氧化鉿的半導(dǎo)體裝置及形成該半導(dǎo)體裝置的方法，提供一種半導(dǎo)體裝置，包括基板、形成在該基板之上的未摻雜的二氧化鉿層、以及形成在該二氧化鉿層上的氮化鈦層。在本文中，該未摻雜的二氧化鉿層至少是部分鐵電性的。在用于形成半導(dǎo)體裝置的例示性方法中，在半導(dǎo)體基板之上形成未摻雜的非晶二氧化鉿層且在該未摻雜的非晶二氧化鉿層上形成氮化鈦層。實(shí)行熱退火制程用以在該未摻雜的非晶二氧化鉿層中至少部分造成鐵電相。
【IPC分類】H01L29-78, H01L21-316, H01L21-28, H01L23-64, H01L21-02, H01L21-336, H01L29-423
【公開號(hào)】CN104810269
【申請?zhí)枴緾N201510040666
【發(fā)明人】J·穆勒, D·H·瑞尤賽, R·賓德爾, J·梅茨格, P·波蘭斯基
【申請人】格羅方德半導(dǎo)體公司
【公開日】2015年7月29日
【申請日】2015年1月27日
【公告號(hào)】DE102015200946A1, US20150214322