[發(fā)明專利]半導(dǎo)體元件及其制作方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210043163.9
• 申請日: 2012-02-23
• 公開（公告）號: CN103165666A
• 公開（公告）日: 2013-06-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張翼;林岳欽;張嘉華;金海光
• 申請（專利權(quán)）人: 財團(tuán)法人交大思源基金會
• 主分類號: H01L29/51
• 分類號: H01L29/51;H01L21/334;H01L21/336
• 代理公司: 中國國際貿(mào)易促進(jìn)委員會專利商標(biāo)事務(wù)所 11038
• 代理人: 李穎

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體元件，尤其涉及一種具有氧化鋁層以防止半導(dǎo)體層及介電層間原子交互擴(kuò)散作用的半導(dǎo)體元件。

背景技術(shù)

隨著科技的發(fā)展，集成電路尺寸日益變小，單位電容量的需求也日益增加。近年來三五族化合物半導(dǎo)體被廣泛的研究，其原因在于三五族半導(dǎo)體較硅半導(dǎo)體材料有較佳的材料特性。舉例來說，將氧化物沉積于三五族半導(dǎo)體芯片上作為柵極介電層的三五族金氧半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(III-V?Metal-Oxide-Semiconductor?Field?Effect?transistor)可以用來取代傳統(tǒng)硅材的金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(Si?MOSFET)。然而，如果想將高介電系數(shù)(High-k)氧化物沉積于三五族半導(dǎo)體上，則會因為High-k氧化物和三五族半導(dǎo)體間的原子擴(kuò)散作用而產(chǎn)生較大的漏電流，因而使三五族金氧半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管中電容的電性失效。舉例來說，氧化鑭(La₂O₃)、氧化鐠(Pr₆O₁₁)與氧化鈰(CeO₂)擁有高于30的介電系數(shù)，當(dāng)氧化鑭(La₂O₃)、氧化鐠(Pr₆O₁₁)或氧化鈰(CeO₂)直接沉積在三五族半導(dǎo)體砷化銦鎵(InGaAs)上時，在高溫退火之后，此時氧化鑭(La₂O3)、氧化鐠(Pr₆O₁₁)或氧化鈰(CeO₂)會和砷化銦鎵產(chǎn)生原子擴(kuò)散作用而使得金氧半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管中電容的電性失效。

請參閱圖1(a)和圖1(b)，其為氧化鑭(12nm)-In_0.53Ga_0.47As金氧半電容器的電容-電壓(C-V)曲線圖和電流密度-電壓(J-V)曲線圖。上述的圖示是在三五族半導(dǎo)體元件上直接沉積12nm的氧化鑭(La₂O₃)，并于500℃高溫和1分鐘退火后，所量測出的電容-電壓(C-V)特性和柵極漏電流特性。圖1(a)顯示氧化鑭-In_0.53Ga_0.47As金氧半電容器在不同操作頻率下，其電容器的電容值相當(dāng)分散，并不具有較強(qiáng)的反轉(zhuǎn)性質(zhì)，也就是說其電容器的電性已經(jīng)失效。在圖1(b)中，可以明顯觀察到氧化鑭-In_0.53Ga_0.47As金氧半電容器在檢測區(qū)域中的漏電流比1000A/cm²還大，也就是說直接將High-k氧化物沉積于三五族半導(dǎo)體上會有較大漏電流的問題。

因此，若想在三五族半導(dǎo)上沉積氧化鑭(La₂O₃)、氧化鐠(Pr₆O₁₁)或氧化鈰(CeO₂)等High-k氧化物，以改善三五族金氧半導(dǎo)體元件的等效氧化層厚度(equivalent?oxide?thickness：EOT)時，則必須要克服上述電性失效的問題。

職是之故，申請人鑒于習(xí)知技術(shù)中所產(chǎn)生的缺失，經(jīng)過悉心試驗與研究，并一本鍥而不舍之精神，終構(gòu)思出本案“半導(dǎo)體元件及其制作方法”，能夠克服上述缺點(diǎn)，以下為本案的簡要說明。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于習(xí)用技術(shù)之中存在的缺失，本發(fā)明系藉由沉積具有高介電值氧化物的介電層，以改善元件的EOT值，但由于高介電值材料(例如：鑭系氧化物)在高溫退火時，易造成半導(dǎo)體與氧化物層間的相互作用，造成其界面不穩(wěn)定性而導(dǎo)致半導(dǎo)體元件的電性失效，因此本發(fā)明提出利用氧化鋁(Al₂O₃)作為高介電值氧化物的擴(kuò)散阻擋層，以防止或抑制高介電值氧化物與三五族復(fù)合物基板間的相互擴(kuò)散，亦可更進(jìn)一步提升半導(dǎo)體元件的EOT。

因此根據(jù)本發(fā)明的第一構(gòu)想，提出一種金氧半導(dǎo)體元件，其包含：三五族半導(dǎo)體層；一氧化鋁層，形成于該三五族半導(dǎo)體層上；以及一鑭系氧化物層，形成于該氧化鋁層上。

根據(jù)本發(fā)明的第二構(gòu)想，提出一種半導(dǎo)體元件，其包含：一半導(dǎo)體層；一介電層，配置于該半導(dǎo)體層上，且與該半導(dǎo)體層間具有潛在一原子交互擴(kuò)散作用；以及一氧化鋁層配置于該半導(dǎo)體層及該介電層間，用以抑制該原子交互擴(kuò)散作用。

根據(jù)本發(fā)明的第三構(gòu)想，提出一種制造半導(dǎo)體元件的方法，其包含：形成一氧化鋁層于半導(dǎo)體層與一介電層之間，以防止該半導(dǎo)體層與該介電層之間的原子擴(kuò)散作用。

附圖說明