[发明专利]半导体器件结构及其形成方法

说明书

描述了铁电器件及其形成方法。在一些实施例中，形成半导体器件结构的方法包括在层上沉积掺杂二氧化铪层，并且掺杂二氧化铪层具有第一氧空位浓度。该方法还包括对掺杂二氧化铪层执行超高真空退火工艺以将第一氧空位浓度增加到第二氧空位浓度以及对掺杂二氧化铪层执行氧退火工艺以降低第二氧空位浓度。本发明的实施例还提供了半导体器件结构。

技术领域

本发明的实施例涉及半导体器件结构及其形成方法。

背景技术

许多现代电子器件包含配置为存储数据的电子存储器。电子存储器可以是易失性存储器或非易失性存储器。易失性存储器在通电时存储数据，而非易失性存储器在断电时能够存储数据。铁电存储器件是下一代非易失性存储技术的一个有希望的候选者。例如，铁电存储器件包括基于电容器的铁电随机存取存储器(FeRAM)和铁电场效应晶体管(FeFET)。FeRAM和FeFET器件具有许多优势，包括快速写入时间、高耐用性、低功耗以及对辐射损坏的低敏感性。

发明内容

本发明的一些实施例提供了一种形成半导体器件结构方法，该方法包括：在层上沉积掺杂二氧化铪层，其中，掺杂二氧化铪层具有第一氧空位浓度；对掺杂二氧化铪层执行超高真空退火工艺，以将第一氧空位浓度增加到第二氧空位浓度；以及对掺杂二氧化铪层执行氧退火工艺，以降低第二氧空位浓度。

本发明的另一些实施例提供了一种形成半导体器件结构方法，该方法包括：在层上沉积掺杂二氧化铪层，其中，掺杂二氧化铪层部分地结晶为第一晶相；对掺杂二氧化铪层执行离子注入工艺以使掺杂二氧化铪层非晶化；以及对掺杂二氧化铪层执行退火工艺，以使掺杂二氧化铪层结晶为第二晶相。

本发明的又一些实施例提供了一种半导体器件结构，该半导体器件结构包括：晶体管，设置在衬底上方；互连结构，设置在晶体管上方；以及铁电电容器(FeCAP)，设置在互连结构中，其中，铁电电容器包括：第一金属层，其中，第一金属层为单晶金属层；铁电层，设置在第一金属层上，其中，铁电层包含超过90％的正交相；以及第二金属层，设置在铁电层上。

附图说明

当结合附图进行阅读时，从以下详细描述可最佳理解本发明的方面。需要强调的是，根据工业中的标准实践，各个部件未按比例绘制。实际上，为了清楚的讨论，各个部件的尺寸可以任意地增大或减小。

图1A是根据一些实施例的FeRAM单元的电路示意图。

图1B是根据一些实施例的图1A的FeRAM单元的截面侧视图。

图2A是根据一些实施例的FeFET单元的电路示意图。

图2B是根据一些实施例的图2A的FeFET单元的截面侧视图。

图3是根据一些实施例的形成在多晶金属层上的铁电层的截面侧视图。

图4是根据一些实施例的形成在单晶金属层上的铁电层的截面侧视图。

图5示出了根据一些实施例的图4的单晶金属层和铁电层的晶体结构。

图6A和图6B是根据一些实施例的电容器的截面侧视图。

图7A至图7C示出了根据一些实施例的形成铁电层的各个阶段。

图8A至图8C示出了根据一些实施例的形成铁电层的各个阶段。

图9A至图9G是根据一些实施例的半导体器件结构的各个制造阶段的截面侧视图。

图10是根据可选实施例的图9G的半导体器件结构。

图11A至图11F是根据一些实施例的晶体管的各个制造阶段的截面侧视图。

图12是根据可选实施例的图9G的半导体器件结构。

图13是根据可选实施例的图12的半导体器件结构。