[發明專利]半導體器件及其制造方法

有效

• 申請號: 201710702826.6
• 申請日: 2017-08-16
• 公開（公告）號: CN108122909B
• 公開（公告）日: 2021-02-05
• 發明（設計）人: 張家文;林宏年;李建興;張智勝;葉凌彥;威爾曼·蔡;楊育佳
• 申請（專利權）人: 臺灣積體電路制造股份有限公司
• 主分類號: H01L27/088
• 分類號: H01L27/088;H01L21/8234;H01L29/423;H01L21/336;H01L29/49
• 代理公司: 北京德恒律治知識產權代理有限公司 11409
• 代理人: 章社杲;李偉

1.一種半導體器件，包括：

第一溝道區域，設置在襯底上方；以及

第一柵極結構，設置在所述第一溝道區域上方，其中：

所述第一柵極結構包括：

柵極介電層，設置在所述第一溝道區域上方；

下導電柵極層，設置在所述柵極介電層上方；

鐵電材料層，設置在所述下導電柵極層上方；和

上導電柵極層，設置在所述鐵電材料層上方，以及

所述鐵電材料層與所述柵極介電層和所述下導電柵極層直接接觸，并且具有U形截面，

其中，所述鐵電材料層的所述U形截面的水平部的底面，完全覆蓋并直接接觸所述柵極介電層的距離所述襯底最遠的最上部。

2.根據權利要求1所述的半導體器件，其中：

所述下導電柵極層包括：

功函調整材料(WFM)層，設置在所述柵極介電層上；和

第一導電層，設置在所述功函調整材料層上方，以及

所述功函調整材料層具有U形截面。

3.根據權利要求2所述的半導體器件，其中，所述第一導電層不具有U形截面。

4.根據權利要求2所述的半導體器件，其中：

所述功函調整材料層包括Ti、TiN、TiAl、TiAlC、TaN、TaAlC、Al、TiC、Co、HfTi、TiSi和TaSi的一層或多層，以及

所述第一導電層是W、Co、Ni和Cu的一層或多層。

5.根據權利要求1所述的半導體器件，其中：

所述下導電柵極層包括設置在所述柵極介電層上的功函調整材料(WFM)層，以及

所述下導電柵極層不包括W、Co、Ni或Cu。

6.根據權利要求1所述的半導體器件，其中：

所述上導電柵極層包括：

導電襯墊層，設置在所述鐵電材料層上；和

第二導電層，設置在所述導電襯墊層上方，以及

所述導電襯墊層具有U形截面。

7.根據權利要求6所述的半導體器件，其中，所述第二導電層不具有U形截面。

8.根據權利要求6所述的半導體器件，其中：

所述導電襯墊層包括Ti、TiN、Ta和TaN的一層或多層，以及

所述第二導電層包括W、Co、Ni和Cu的一層或多層。

9.根據權利要求1所述的半導體器件，其中，所述鐵電材料層包括Pb₃Ge₅O₁₁(PGO)、鋯鈦酸鉛(PZT)、SrBi₂Ta₂O₉(SBT或SBTO)、SrB₄O₇(SBO)、Sr_aBi_bTa_cNb_dO_x(SBTN)、SrTiO₃(STO)、BaTiO₃(BTO)、(Bi_xLa_y)Ti₃O₁₂(BLT)、LaNiO₃(LNO)、YMnO₃、ZrO₂、硅酸鋯、ZrAlSiO、HfO₂、HfZrO₂、硅酸鉿、HfAlO、LaAlO、氧化鑭、摻雜有Si的HfO₂(HfSiO_x)和Ta₂O₅的一層或多層。

10.根據權利要求1所述的半導體器件，其中：

所述第一柵極結構還包括設置在所述上導電柵極層上方的柵極蓋絕緣層，以及

所述柵極蓋絕緣層的底面是平坦的。