[发明专利]半导体装置的形成方法

说明书

本公开涉及一种半导体装置的形成方法，提供负电容场效晶体管与铁电场效晶体管装置与其形成方法。负电容场效晶体管与铁电场效晶体管装置的栅极介电堆叠包括非铁电的界面层形成于半导体通道上，以及铁电的栅极介电层形成于界面层上。铁电的栅极介电层的形成方法可为将掺质源层夹设于非晶的高介电常数的介电层之间，接着以沉积后退火使依序交错的介电层转换成铁电的栅极介电层。铁电的栅极介电层具有可调的铁电特性，且可采用原子层沉积或等离子体辅助原子层沉积技术精准控制掺质源层的位置以改变可调的铁电特性。综上所述，此处所述的方法所制作的稳定的负电容场效晶体管与铁电场效晶体管的鳍状场效晶体管装置，可具有陡峭的次临界斜率。

技术领域

本公开实施例涉及负电容场效晶体管与铁电场效晶体管所用的铁电的栅极介电层。

背景技术

半导体装置用于多种电子应用，比如个人电脑、手机、数码相机、与其他电子设备。半导体装置的一般制作方法为依序沉积绝缘或介电层、导电层、与半导体层的材料于半导体基板上，并采用光微影图案化多种材料层，以形成电子构件与单元于基板上。

半导体持续减少最小结构尺寸，以改善多种电子构件如晶体管、二极管、电阻、电容器、或类似物的集成密度，以将更多构件整合至给定面积中。然而随着最小结构尺寸缩小，将产生需解决的额外问题。

发明内容

在一实施例中，半导体装置的形成方法包括：形成一栅极介电堆叠，且形成栅极介电堆叠的步骤包括：形成界面层于基板的表面的至少一部分上；以及形成铁电的栅极介电层于界面层上，且形成铁电的栅极介电层的步骤包括：形成依序交错的多个介电层，且形成依序交错的所述介电层的步骤包括：沉积第一高介电常数的介电层于界面层上，其中第一高介电常数的介电层的至少一部分为非晶；以及形成多对的介电层于第一高介电常数的介电层上，且形成每一多对的介电层的步骤包括：沉积掺质源层；以及沉积第二高介电常数的介电层于掺质源层上，其中第二高介电常数的介电层的至少一部分为非晶；以及在形成依序交错的介电层之后，进行第一退火以将第一高介电常数的介电层与依序交错的介电层转换成该铁电的栅极介电层。

在一实施例中，半导体装置的形成方法包括：形成界面层于基板的表面的至少一部分上；形成第一氧化铪层于界面层上；沉积第一掺质源层于第一氧化铪层上；形成第二氧化铪层于第一掺质源层上；沉积第二掺质源层于第二氧化铪层上；形成第三氧化铪层于第二掺质源层上；以及进行第一退火使第一氧化铪层、第一掺质源层、第二氧化铪层、第二掺质源层、与第三氧化铪层转变成铁电的介电层，且铁电的介电层为斜晶相的多晶氧化铪介电层。

在一实施例中，半导体装置包括；半导体区；界面层，位于半导体区上，且界面层可为非铁电的介电材料；铁电的介电层，位于界面层上，其中铁电的介电层为斜方晶的多晶掺杂氧化铪，其中铁电的介电层中的掺质不均匀地分布于铁电的介电层中；以及导电材料，位于铁电的介电层上。

附图说明

图1是一些实施例中，鳍状场效晶体管的三维图。

图2至图7、图8A、图8B、图9A、图9B、图10A～图10D、图11A、图11B、图12A、图12B、图13A、图13B、图14A至图14K、图15A、图15B、图16A、及图16B是一些实施例中，制造负电容场效晶体管的鳍状场效晶体管与铁电场效晶体管的中间阶段的剖视图。

图14L是一些实施例中，沿着切穿负电容场效晶体管的鳍状场效晶体管与铁电场效晶体管的栅极结构中心的一维掺质轮廓图。

图14M是一些实施例中，负电容场效晶体管的鳍状场效晶体管与铁电场效晶体管的铁电栅极介电层，对应图14L中的掺质轮廓图的残留极化图。

其中，附图标记说明如下：

A-A，B-B，C-C：参考剖面

50：基板

50N，50P：区域

51：分隔线