[发明专利]薄膜结构、包括其的半导体器件、晶体管以及半导体装置

说明书

提供一种薄膜结构、包括该薄膜结构的半导体器件和包括该半导体器件的半导体装置。薄膜结构包括基板和在基板上的铁电层。铁电层包括具有萤石结构的化合物，其中001晶向在基板的法线方向上取向，并且具有正交相并包含氟。铁电层可以具有铁电性。

技术领域

一些示例实施方式涉及薄膜结构、包括该薄膜结构的半导体器件和/或包括该半导体器件的半导体装置。

背景技术

为了满足对小而轻的电子产品日益增长的需求/期望，通常需要高度集成的半导体器件。然而，相关技术的硅基电子器件在改善其操作特性和减小其尺寸方面存在局限性。例如，硅基逻辑晶体管的工作电压和电流特性的测量中的亚阈值摆幅(SS)可以被限制为约60mV/dec。在这点上，随着逻辑晶体管的尺寸减小，工作电压可不降低到约0.8V或更小，并且随着功率密度增加，逻辑晶体管的小型化可受到限制。

因此，已经提出了各种形式的半导体器件，例如包括铁电层的半导体器件。

发明内容

提供一种包括铁电层的薄膜结构，其铁电性和稳定性同时得到保证或更加得到保证；包括该铁电层的半导体器件；和/或包括该半导体器件的半导体装置。

另外的方面将部分地在随后的描述中阐述，并且部分地将从描述中变得明显，或者可以通过本公开的示例实施方式的实践而被了解。

根据一些示例实施方式，一种薄膜结构包括基板和铁电层，该铁电层在基板上并且包括具有萤石结构的化合物，其中001晶向沿基板的法线方向取向，该化合物拥有正交相具有萤石结构并包含氟。

铁电层可以包括在铁电层中占主导比例的化合物。

铁电层可以在铁电层中以约20重量％或更多的量包括具有萤石结构的化合物。

铁电层可以具有铁电性。

具有萤石结构的总化合物中正交相的量可以为至少约50％。

铁电层可以包括由式1表示的具有萤石结构的化合物：

式1

MO₂F_αX_β

在式1中，M是Hf、Zr、或Hf和Zr的组合，X是O、N、H、或O、N和H的组合，且0α≤1且0≤β≤1，其中α和β之和为约1或更小。

铁电层还可以包括从包括C、Si、Ge、Sn、Pb、Al、Y、La、Gd、Mg、Ca、Sr、Ba、Ti的组选择的掺杂剂材料。

铁电层可以包括由式1表示的具有萤石结构的化合物，其中掺杂剂材料的量在大于M的量的0原子％(at％)至约20at％或更少的范围内。

铁电层的厚度可以在约0.1nm或更大至约10nm或更小的范围内。

铁电层可以包括第一区域和第二区域，其中第一区域包括由式1-1表示的具有萤石结构的第一化合物；并且第二区域包括由式1-2表示的具有萤石结构的第二化合物：

式1-1

MO₂F_γ1X_γ2

式1-2

MO₂F_δ1X_δ2

在式1-1和1-2中，

M是Hf、Zr、或Hf和Zr的组合；

X是O、N、H、或O、N和H的组合；

0γ1≤1且0≤γ2≤1，其中γ1和γ2之和为约1或更小；