[发明专利]半导体元件及其形成方法

说明书

一种半导体元件及其形成方法，该方法包括：在基板之上形成界面层；在界面层之上形成准反铁电层，其中形成准反铁电层包含执行原子层沉积(ALD)循环，且原子层沉积循环包括：执行第一子循环X次，其中第一子循环包含提供含Zr前驱物；执行第二子循环Y次，其中第二子循环包含提供含Hf前驱物；及执行第三子循环Z次，其中第三子循环包含提供含Zr前驱物，且其中X+Z为Y的至少三倍；及在准反铁电层之上形成栅极电极。

技术领域

本揭露是关于一种半导体元件及其形成方法。

背景技术

次临限摆幅为晶体管的电流-电压特性的特征。在次临限区域中，漏极电流行为类似于正向偏压二极管的以指数方式增大的电流。在漏极、源极及体电压为固定的情况下的对数漏极电流对栅极电压的图表将在此金属氧化物-半导体场效晶体管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor；MOSFET)操作区域中展现近似对数线性行为。为了改良次临限性质，负电容场效晶体管(negative capacitance field effecttransistor；NC-FET)已被提出。

发明内容

在本揭示案的一些实施例中，一种方法包括：在一基板之上形成一界面层；在界面层之上形成一准反铁电(quasi-antiferroelectric；QAFE)层，其中形成准反铁电层包含执行一原子层沉积(atomic layer deposition；ALD)循环，且原子层沉积循环包括：执行一第一子循环X次，其中第一子循环包含提供一含Zr前驱物；执行一第二子循环Y次，其中第二子循环包含提供一含Hf前驱物；及执行一第三子循环Z次，其中第三子循环包含提供一含Zr前驱物，且其中X+Z为Y的至少三倍；及在准反铁电层之上形成一栅极电极。

在本揭示案的一些实施例中，一种方法包括：在一基板之上形成一界面层；在界面层之上形成一Hf_1-xZr_xO₂层，其中x大于0.5，且形成Hf_1-xZr_xO₂层包含：将基板装载至一原子层沉积腔室；通过将H₂O及一含Zr前驱物供应至原子层沉积腔室中而执行一第一沉积循环；通过将H₂O及一含Hf前驱物供应至原子层沉积腔室中而执行一第二沉积循环；及通过将H₂O及一含Zr前驱物供应至原子层沉积腔室中而执行一第三沉积循环；在Hf_1-xZr_xO₂层之上形成一栅极电极；及在基板中及在栅极电极的相对侧上形成源极/漏极区域。

在本揭示案的一些实施例中，一种半导体元件包括：一基板；一栅极结构，其在基板之上；及源极/漏极区域，其在基板中及栅极结构的相对的侧上。栅极结构包括：一界面层；一准反铁电层，其在界面层之上；及一栅极电极，其在准反铁电层之上。准反铁电层包含Hf_1-xZr_xO₂，其中x大于0.5且低于1。

附图说明

当结合随附诸图阅读时，本揭示案的态样自以下详细描述最佳地理解。应注意，根据产业中的标准惯例，各种特征并未按比例绘制。实务上，各种特征的尺寸可任意地增大或减小，以用于论述的清晰性。

图1说明根据本揭示案的一些实施例的实例NC-FET的透视图；

图2展示根据本揭示案的一些实施例的在Zr＝25％、50％及75％的情况下的HZO(Hf_1-xZr_xO₂)的极化-电压(P-V)回圈；

图3说明根据本揭示案的一些实施例的FE(Hf_0.5Zr_0.5O₂)及QAFE(Hf_0.25Zr_0.75O₂)的GI-XRD(低掠角入射X光绕射)；