[发明专利]半导体装置

说明书

第一鳍片结构被设置于基板上。第一鳍片结构包含一半导体材料。栅极介电层被设置于第一鳍片结构的上部及侧表面上。栅极电极层被形成于栅极介电层上。第二鳍片结构被设置于基板上。第二鳍片结构与第一鳍片结构物理性地分隔，并包含一铁电材料。第二鳍片结构电性耦接至栅极电极层。

技术领域

本公开涉及一种半导体装置，特别涉及一种包括铁电材料的负电容半导体装置。

背景技术

半导体集成电路(integrated circuit,IC)工业经历了快速的成长。在IC设计及IC材料的技术进步产生了许多世代的IC，与前一世代相比，每一世代的IC具有更小及更复杂的电路。在IC发展过程中，当几何尺寸(例如：制造工艺所能创造的最小组件(或线段))下降时，功能密度(例如：每单位芯片区域的互连装置的数量)通常都会增加。

晶体管是通常形成于半导体装置上的电路组件或元件。除了电容、电感、电阻、二极管、导电或其他元件之外，取决于电路设计，许多晶体管可形成于半导体装置上。场效晶体管(field effect transistor,FET)是晶体管的一种类型。通常来说，晶体管包括形成在源极区域与漏极区域之间的栅极堆叠。源极区域及漏极区域可包括基板的掺杂区，且可呈现适合用于特定应用的掺杂分布。栅极堆叠位于通道区域上方，且可包括夹设于(interpose)栅极电极与基板中的通道区域之间的栅极介电质。为了改进效能，可通过形成具有铁电材料(ferroelectric material)的栅极介电质来产生负电容(negativecapacitance)晶体管。然而，用于形成铁电材料的现有方法及装置仍可能需要改进，例如关于配置铁电材料的尺寸及/或位置的灵活性。

因此，尽管制造负电容装置的现有方法通常已足够用于它们的预期目的，但它们并非在所有方面都是完全令人满意的。

发明内容

本公开实施例提供一种半导体装置。上述半导体装置包括一基板。第一鳍片结构被设置于基板上。第一鳍片结构包含一半导体材料。栅极介电层被设置于第一鳍片结构的上部及侧表面上。栅极电极层被形成于栅极介电层上。第二鳍片结构被设置于基板上。第二鳍片结构与第一鳍片结构物理性地分隔，并包含一铁电材料。第二鳍片结构电性耦接至栅极电极层。

本公开实施例提供一种半导体装置。上述半导体装置包括形成于一基板中的通道区域。一栅极堆叠包括设置于通道区域上的栅极介电质，以及设置于栅极介电质上的栅极电极。一隔离结构被设置于栅极堆叠外部。一铁电层被设置于隔离结构上。铁电层电性耦接至栅极堆叠。

本公开提供一种制造半导体装置的方法。在半导体鳍片结构上形成一介电遮罩层。其中半导体鳍片结构自一基板向上突出。蚀刻介电遮罩层以形成一沟槽。通过在沟槽中沉积铁电材料以在沟槽中形成混合鳍片结构。至少在半导体鳍片结构上形成一栅极介电层。在半导体鳍片结构及混合鳍片结构上形成一栅极电极层。

附图说明

本公开实施例可通过阅读下列的详细说明及范例并配合对应的附图以更加详细地了解。需注意的是，依照业界的标准操作，各种特征并未依照比例绘制，且仅用于说明的目的。事实上，为了清楚论述，各种特征的尺寸可任意地增加或减少。

图1为FinFET装置的三维立体图。

图2A至图7A是根据一些实施例所示，范例性半导体装置的截面图。

图2B至图7B是根据一些实施例所示，范例性半导体装置的截面图。

图7C是根据一些实施例所示，范例性半导体装置的俯视图。

图8是根据一些实施例所示，半导体装置的电容模型。

图9A至图9C所示是各种材料的剩磁极化对矫顽电场的关系图表。

图10是根据一些实施例所示，范例性半导体装置的截面图。