[發明專利]半導體器件及其制造方法

有效

• 申請號: 201810765977.0
• 申請日: 2018-07-12
• 公開（公告）號: CN109427877B
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發明（設計）人: 蔡惠銘;葉凌彥
• 申請（專利權）人: 臺灣積體電路制造股份有限公司
• 主分類號: H01L29/51
• 分類號: H01L29/51;H01L29/78;H01L21/336
• 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

1.一種制造負電容結構的方法，所述方法包括：

在設置在襯底上方的第一導電層上方形成鐵電介電層，其中，所述鐵電介電層呈U形；以及

在所述鐵電介電層上方形成第二導電層，

其中，所述鐵電介電層包括非晶層和晶體，并且通過以下方法形成：

在所述第一導電層上方形成非晶氧化物層；

在所述非晶氧化物層上方形成金屬層；和

退火所述襯底，使得所述金屬層的金屬元素擴散至所述非晶氧化物層內。

2.根據權利要求1所述的方法，其中，所述非晶層和所述晶體由包括HfO2和金屬元素的氧化物的相同材料制成，其中，所述金屬元素選自由Zr、Al、La、Y、Gd和Sr組成的組的一種或多種。

3.根據權利要求1所述的方法，其中，在從100℃至300℃的范圍內的襯底溫度下通過原子層沉積(ALD)方法形成鐵電介電層。

4.根據權利要求3所述的方法，其中，在通過原子層沉積方法形成所述鐵電介電層之后，實施退火操作。

5.根據權利要求1所述的方法，其中，所述晶體是分散在所述非晶層中的納米晶體。

6.根據權利要求5所述的方法，其中，所述納米晶體的平均尺寸在從0.5nm至5nm的范圍內。

7.根據權利要求1所述的方法，其中，所述退火在氧化氣體的環境下進行。

8.根據權利要求7所述的方法，其中，所述氧化氣體包括臭氧和/或氧氣。

9.根據權利要求1所述的方法，其中，通過原子層沉積方法在所述第一導電層上方堆疊交替形成一個或多個所述非晶氧化物層和一個或多個所述金屬層。

10.根據權利要求9所述的方法，其中，所述非晶氧化物層是單原子層或多原子層。

11.根據權利要求9所述的方法，其中，所述金屬層是單原子層或多原子層。

12.根據權利要求1所述的方法，其中，退火溫度在400℃至800℃的范圍內。

13.根據權利要求12所述的方法，其中，所述非晶氧化物層是缺氧氧化鉿HfO_2-x(0x≤0.8)。

14.一種制造負電容結構的方法，所述方法包括：

在襯底上方形成絕緣的一個或多個間隔件對；

在所述一個或多個間隔件對的每個間隔件對之間的間隙內形成第一導電層，其中，所述第一導電層的頂面低于所述間隔件對的頂面；

在所述第一導電層上方形成鐵電介電層，其中，所述鐵電介電層呈U形；以及

在所述鐵電介電層的底面和側壁上方形成第二導電層以填充所述間隙，

其中，所述鐵電介電層通過以下方法形成：

在所述第一導電層的頂面上方以及沿所述間隔件對的相對側壁中高出所述第一導電層的頂面的部分形成U形的非晶氧化物層；

在所述非晶氧化物層的底面和側壁上方形成U形的金屬層；以及

退火所述襯底，使得所述金屬層的金屬元素擴散至所述非晶氧化物層內。

15.根據權利要求14所述的方法，其中，所述非晶氧化物層包括HfO2，并且所述金屬元素包括選自由Zr、Al、La、Y、Gd和Sr組成的組的一種或多種。

16.根據權利要求14所述的方法，其中，在從300至600℃的范圍內的襯底溫度下實施所述退火。