[发明专利]具有铁电氧化铪的半导体装置及形成该半导体装置的方法

权利要求书

1.一种半导体装置，包括：

基板；

未掺杂的二氧化铪层，形成在该基板之上，其中，该未掺杂的二氧化铪层至少是部分铁电性的；以及

氮化钛层，形成在该未掺杂的二氧化铪层上，其中该氮化钛层具有含氧量分布在其中，该氧含量分布显示在该氮化钛层的上表面的从2-30％的范围的含氧量、以及在该氮化钛层与该未掺杂的二氧化铪层的界面的从0-7％的范围的含氧量。

2.如权利要求1所述的半导体装置，其中，该未掺杂的二氧化铪层具有在1–30nm的范围内或2–20nm的范围内的厚度。

3.如权利要求1所述的半导体装置，其中，该氮化钛层具有在2–20％的范围内、或2–15％的范围内的平均含氧量。

4.如权利要求1所述的半导体装置，其中，该含氧量分布显示在该氮化钛层的该上表面的含氧量是在5–15％的范围内。

5.如权利要求1所述的半导体装置，其中，该含氧量分布代表氧梯度。

6.如权利要求1所述的半导体装置，其中，该氮化钛层具有在100–400μΩcm的范围内、或100–350μΩcm的范围内、或100–300μΩcm的范围内的体电阻率。

7.如权利要求1所述的半导体装置，其中，该氮化钛层具有在4.5–5.2g/cm³的范围内或4.55–5.15g/cm³的范围内的密度。

8.如权利要求1所述的半导体装置，还包括具有栅极介电质的栅极结构，形成在该基板之上，该栅极介电质包含该未掺杂的二氧化铪层和该氮化钛层。

9.如权利要求8所述的半导体装置，其中，该未掺杂的二氧化铪层是形成在氮氧化硅层上。

10.如权利要求1所述的半导体装置，还包括具有介电结构的MIM或MIS电容结构，形成在该基板上，该介电结构包含该未掺杂的二氧化铪层和该氮化钛层。

11.如权利要求10所述的半导体装置，其中，该未掺杂的二氧化铪层是作为基极电极层而形成的。

12.一种用于形成半导体装置的方法，包括：

在半导体基板之上形成未掺杂的非晶二氧化铪层；

在该未掺杂的非晶二氧化铪层上形成氮化钛层，其中该氮化钛层具有含氧量分布在其中，该氧含量分布显示在该氮化钛层的上表面的从2-30％的范围的含氧量、以及在该氮化钛层与该未掺杂的二氧化铪层的界面的从0-7％的范围的含氧量；以及

实行热退火制程用以在该未掺杂的非晶二氧化铪层中至少部分造成铁电相。

13.如权利要求12所述的方法，其中，通过在包含氮或氧/氮的其中一种的气体中实行PVD制程来沉积该氮化钛层。

14.如权利要求13所述的方法，其中，该PVD制程是在小于或等于400℃的温度下实行。

15.如权利要求14所述的方法，还包括在实行该PVD制程时，调整钛/氮的特定比例。

16.如权利要求15所述的方法，其中，该氮化钛层具有在2–20％的范围内、或2–15％的范围内的平均含氧量。

17.如权利要求12所述的方法，其中，该氮化钛层是非晶的。

18.如权利要求12所述的方法，其中，通过实行ALD制程以沉积具有在4–20nm的范围内的厚度的一层未掺杂的非晶二氧化铪来形成该未掺杂的非晶二氧化铪层。

19.如权利要求18所述的方法，其中，在该ALD制程中，沉积温度是出自200–400℃的范围或200–300℃的范围。

20.如权利要求12所述的方法，其中，在至少400℃以及最多1100℃、或至少400℃以及最多800℃的退火温度下实行该热退火制程。

21.如权利要求14所述的方法，其中，该PVD制程是在小于或等于300℃的温度下实行。