[发明专利]半导体装置的形成方法

说明书

本公开涉及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。栅极介电堆叠包括铁电栅极介电层。依序沉积非晶的高介电常数的介电层与掺质源层，接着进行沉积后退火。沉积后退火可将非晶的高介电常数的介电层转换成多晶的高介电常数膜，其具有掺质所稳定的结晶晶粒于结晶相中，其中高介电常数的介电层为高介电常数的铁电介电层。在沉积后退火之后，可移除残留的掺质源层。形成栅极于残留的掺质源层(若存在)与多晶的高介电常数膜上。

技术领域

本公开实施例涉及高介电常数的铁电介电层的形成方法。

背景技术

半导体装置已用于多种电子应用，比如个人电脑、手机、数码相机、或其他电子设备。半导体装置的制作方法通常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，并采用微影图案化多种材料层以形成电路构件与单元于基板上。

半导体产业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，可将更多构件整合至给定区域。然而随着最小结构缩小，产生必须解决的额外问题。

发明内容

在一实施例中，半导体装置的形成方法包括形成界面层于基板上；形成高介电常数的介电层于界面层上，其中高介电常数的介电层的至少一部分为非晶；形成掺质源层于高介电常数的介电层上；以及进行第一退火，使高介电常数的介电层转变成高介电常数的铁电介电层，且高介电常数的铁电介电层为多晶。

在一实施例中，半导体装置的形成方法包括：形成界面层于基板上；形成氧化铪层于界面层上，其中氧化铪层的至少一部分为非晶；形成掺质源层于氧化铪层上；在形成掺质源层之后进行第一退火，使掺质源层的掺质扩散至氧化铪层中，以形成高介电常数的铁电介电层，其中高介电常数的铁电介电层为斜晶相的多晶；在进行第一退火之后，移除掺质源层的残留部分；以及形成导电层于高介电常数的铁电介电层上。

在一实施例中，半导体装置包括：半导体区；栅极介电堆叠，位于半导体区上，且栅极介电堆叠包括：界面层，位于半导体区上，且界面层为非铁电；以及铁电介电层，位于界面层上，其中铁电介电层包括多晶材料；掺质源层，位于铁电介电层上；以及栅极，位于掺质源层上，且栅极包括导电层。

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至图10D、图11A、图11B、图12A、图12B、图13A、图13B、图14A至图14H、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与铁电场效晶体管的鳍状场效晶体管的中间阶段的剖视图。

图14I是一些实施例中，负电容场效晶体管与铁电场效晶体管的鳍状场效晶体管的铁电栅极介电层的残留极化图。

其中，附图标记说明如下：

A-A，B-B，C-C：剖面

50：基板

51：分隔线

50N，50P，75，89：区域

52：鳍状物

54：绝缘材料

56：隔离区

58：通道区

60：虚置介电层

62：虚置栅极层

64：遮罩层

72：虚置栅极

73：界面层

74：遮罩

76：第一高介电常数的介电层