[发明专利]具有改善的电性能的电介质层的半导体器件及其相关方法

说明书

技术领域

本发明的实施方式涉及具有改进电性能的电介质层的半导体器件和相关方法。

背景技术

在制造半导体器件期间可以使用各种电介质层。电介质层可形成于电容器的上电极与下电极之间。进行了多种研究，用于改善电介质层的性能，例如增加介电常数、改善结晶度(crystallinity)和/或减少缺陷，从而改善所得半导体器件的电性能。

电介质层的结晶度可通过在高温下沉积电介质层或在沉积之后热处理电介质层而得到改善。另外，电介质层中的缺陷可通过例如在形成电介质层之后进行氧固化而被去除。

发明内容

实施方式针对具有改进的电性能的电介质层的半导体器件及其相关方法，其基本克服了现有技术的一种或多种劣势、限制和/或缺点。

实施方式的特征在于提供一种具有改进的电性能的电介质层的半导体器件。

实施方式的特征在于提供一种降低漏电流的半导体器件。

至少一种以上和其它特征和优点可通过提供一种半导体器件来实现，该半导体器件包括：下金属层、电介质层和上金属层，依次设置在半导体基板上；以及插入层，设置在电介质层与下金属层和上金属层至少之一之间，其中所述电介质层包括金属氧化物，插入层包括金属材料膜。

插入层可设置在电介质层与下金属层之间。

插入层可设置在电介质层与上金属层之间。

插入层可设置在电介质层与下金属层之间以及电介质层与上金属层之间。

金属氧化物膜和金属材料膜的每个都可独立地包括Li、Be、B、Na、Mg、Al、K、Ca、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Rb、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Cs、Ba、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Hg、Pb、Bi、Po、Fr、Ra和Ac中的至少一种。

金属氧化物膜是MO_x的形式，其中M是金属，O是氧，x是约0.5至4。

用于形成插入层的金属材料膜的金属可以与用于形成电介质层的金属氧化物膜的金属相同。

插入层的金属材料膜可以是金属氧化物膜。

插入层的金属材料膜可以是金属氮化物膜。

至少一个以上和其它特征和优点还可以通过提供一种制造半导体器件的方法来实现，该方法包括：在半导体基板上依次形成下金属层、电介质层和上金属层；在电介质层与下金属层和上金属层至少之一之间形成插入层；其电介质层由金属氧化物膜形成，插入层由金属材料膜形成。

形成插入层可包括在电介质层与下金属层之间形成插入层。

形成插入层可包括在电介质层与上金属层之间形成插入层。

形成插入层可包括在电介质层与下金属层以及在电介质层与上金属层之间形成插入层。

形成插入层可包括：在下金属层上形成插入材料层，以及在电介质层形成于插入材料层上时将插入层材料层转化成插入层。

插入材料层可包括金属膜、金属碳化物膜或金属氮化物膜。

至少一种以上和其它特征和优点还可通过提供一种至少半导体器件的方法来实现，该方法包括：在半导体基板上形成下金属层；利用金属氧化物膜在下金属层上形成电介质层；在电介质层上形成插入材料层；以及在插入材料层上形成上金属层，其中形成上金属层包括将插入材料层转化成插入层。

插入材料层可包括金属膜、金属碳化物膜或金属氮化物膜。

附图说明

对于本领域技术人员来说，通过参考附图详细描述本发明的示例性实施方式，本发明的上述和其它特性和优点将变得更加显而易见，附图中：

图1示出了根据第一实施方式的半导体器件的横截面视图；

图2示出了根据第二实施方式的半导体器件的横截面视图；

图3示出了根据第三实施方式的半导体器件的横截面视图；

图4和图5示出了根据第一比较实施方式的半导体器件的横截面视图；

图6和图7示出了根据第一实施方式的半导体器件的横截面视图；

图8和图9示出了根据第一比较实施方式的半导体器件的视图；

图10和图11示出了根据第一实施方式的半导体器件的视图；

图12和图13示出了根据第二比较实施方式的半导体器件的横截面视图；

图14和图15示出了根据第二实施方式的半导体器件的横截面视图；

图16示出了根据第一比较实施方式的半导体器件的电压和漏电流的曲线图；