[发明专利]半导体元件及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体元件，尤其涉及一种具有氧化铝层以防止半导体层及介电层间原子交互扩散作用的半导体元件。

背景技术

随着科技的发展，集成电路尺寸日益变小，单位电容量的需求也日益增加。近年来三五族化合物半导体被广泛的研究，其原因在于三五族半导体较硅半导体材料有较佳的材料特性。举例来说，将氧化物沉积于三五族半导体芯片上作为栅极介电层的三五族金氧半导体场效应晶体管(III-V Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect transistor)可以用来取代传统硅材的金属-氧化物-半导体场效应晶体管(Si MOSFET)。然而，如果想将高介电系数(High-k)氧化物沉积于三五族半导体上，则会因为High-k氧化物和三五族半导体间的原子扩散作用而产生较大的漏电流，因而使三五族金氧半导体场效应晶体管中电容的电性失效。举例来说，氧化镧(La₂O₃)、氧化镨(Pr₆O₁₁)与氧化铈(CeO₂)拥有高于30的介电系数，当氧化镧(La₂O₃)、氧化镨(Pr₆O₁₁)或氧化铈(CeO₂)直接沉积在三五族半导体砷化铟镓(InGaAs)上时，在高温退火之后，此时氧化镧(La₂O3)、氧化镨(Pr₆O₁₁)或氧化铈(CeO₂)会和砷化铟镓产生原子扩散作用而使得金氧半导体场效应晶体管中电容的电性失效。

请参阅图1(a)和图1(b)，其为氧化镧(12nm)-In_0.53Ga_0.47As金氧半电容器的电容-电压(C-V)曲线图和电流密度-电压(J-V)曲线图。上述的图示是在三五族半导体元件上直接沉积12nm的氧化镧(La₂O₃)，并于500℃高温和1分钟退火后，所量测出的电容-电压(C-V)特性和栅极漏电流特性。图1(a)显示氧化镧-In_0.53Ga_0.47As金氧半电容器在不同操作频率下，其电容器的电容值相当分散，并不具有较强的反转性质，也就是说其电容器的电性已经失效。在图1(b)中，可以明显观察到氧化镧-In_0.53Ga_0.47As金氧半电容器在检测区域中的漏电流比1000A/cm²还大，也就是说直接将High-k氧化物沉积于三五族半导体上会有较大漏电流的问题。

因此，若想在三五族半导上沉积氧化镧(La₂O₃)、氧化镨(Pr₆O₁₁)或氧化铈(CeO₂)等High-k氧化物，以改善三五族金氧半导体元件的等效氧化层厚度(equivalent oxide thickness：EOT)时，则必须要克服上述电性失效的问题。

职是之故，申请人鉴于习知技术中所产生的缺失，经过悉心试验与研究，并一本锲而不舍之精神，终构思出本案“半导体元件及其制作方法”，能够克服上述缺点，以下为本案的简要说明。

发明内容

鉴于习用技术之中存在的缺失，本发明系藉由沉积具有高介电值氧化物的介电层，以改善元件的EOT值，但由于高介电值材料(例如：镧系氧化物)在高温退火时，易造成半导体与氧化物层间的相互作用，造成其界面不稳定性而导致半导体元件的电性失效，因此本发明提出利用氧化铝(Al₂O₃)作为高介电值氧化物的扩散阻挡层，以防止或抑制高介电值氧化物与三五族复合物基板间的相互扩散，亦可更进一步提升半导体元件的EOT。

因此根据本发明的第一构想，提出一种金氧半导体元件，其包含：三五族半导体层；一氧化铝层，形成于该三五族半导体层上；以及一镧系氧化物层，形成于该氧化铝层上。

根据本发明的第二构想，提出一种半导体元件，其包含：一半导体层；一介电层，配置于该半导体层上，且与该半导体层间具有潜在一原子交互扩散作用；以及一氧化铝层配置于该半导体层及该介电层间，用以抑制该原子交互扩散作用。

根据本发明的第三构想，提出一种制造半导体元件的方法，其包含：形成一氧化铝层于半导体层与一介电层之间，以防止该半导体层与该介电层之间的原子扩散作用。

附图说明