[發明專利]疇切換器件、制造其的方法及系統及制造電子裝置的方法

在審

• 申請號: 202011013829.7
• 申請日: 2020-09-24
• 公開（公告）號: CN112635561A
• 公開（公告）日: 2021-04-09
• 發明（設計）人: 許鎮盛;金尚昱;李潤姓;趙常玹
• 申請（專利權）人: 三星電子株式會社
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L21/336;H01L21/67
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 張波;馬曉蒙

本發明涉及疇切換器件、制造其的方法及系統及制造電子裝置的方法。該疇切換器件包括：溝道區、連接到溝道區的源極和漏極、與溝道區不接觸的柵電極、在溝道區和柵電極之間的反鐵電層、在柵電極和反鐵電層之間以接觸反鐵電層的導電層以及在反鐵電層和溝道區之間的阻擋層。

技術領域

本公開涉及疇切換器件及其制造方法。

背景技術

現有的基于硅的晶體管的操作特性和按比例縮小是受限的。

隨著納米制造技術發展，已經能夠制造具有較小尺寸的晶體管器件。然而，由于電子的玻爾茲曼分布，在驅動晶體管所需的最小電壓方面存在限制。例如，在現有的基于硅的晶體管中，在測量操作電壓和電流特性時，亞閾值擺幅(SS)值如以下等式1中所示地給出，并且已知該SS值的最小值是約60mV/dec。

在等式1中，“k_B”表示玻爾茲曼常數，“T”表示絕對溫度，“q”表示基本電荷，“CD”表示耗盡層的電容，“C_ins”表示柵極絕緣體的電容，(k_bT/q)表示熱電壓。

隨著晶體管的尺寸減小，可能難以將晶體管的操作電壓降到大約0.8V之下，因此，功率密度增加。因此，當器件的分布密度增大時，熱量(例如由器件產生的熱量)可能引起器件故障(例如，由于所產生的熱量導致的器件故障的可能性可隨著分布密度的增加而增加)，因此，在器件的按比例縮小方面可能存在限制。

發明內容

提供了一種具有低操作電壓的疇切換器件及其制造方法。該疇切換器件可以能夠改善諸如SS的操作特性，并且在有利于按比例縮小的同時提高控制效率。

額外的方面將在下面的描述中被部分地闡述，并且部分地從該描述中將是明顯的，或者可以通過本公開的所呈現的實施方式的實踐而被了解。

根據一些示例實施方式，一種疇切換器件包括：溝道區；連接到溝道區的源極和漏極；與溝道區不接觸的柵電極；在溝道區和柵電極之間的反鐵電層；在柵電極和反鐵電層之間的導電層，導電層與反鐵電層接觸；以及在反鐵電層和溝道區之間的阻擋層。

反鐵電層的與導電層相鄰的至少一部分可以結晶。

反鐵電層可以在反鐵電層的表面的表面區域中包括超過50％的比率的ZrO，反鐵電層的該表面與導電層接觸并限定與導電層的界面的界面區域。

導電層可以包括具有小于約1MΩ/平方的表面電阻的材料。

導電層的熱膨脹系數可以小于反鐵電層的熱膨脹系數。

導電層的熱膨脹系數可以大于Mo的熱膨脹系數。

導電層可以包括金屬氮化物、金屬氮氧化物、RuO、MoO或WO。

阻擋層可以具有比反鐵電層的擊穿電壓大的擊穿電壓。

阻擋層可以包括：SiO、AlO、HfO、ZrO、LaO、YO和MgO中的至少一種，或包括在SiO、AlO、HfO、ZrO、LaO、YO、MgO中的任何一種中的摻雜劑的材料，或2D絕緣體。

疇切換器件還可以包括在阻擋層和溝道區之間的電介質層。

電介質層可以包括與阻擋層的總材料組成不同的總材料組成。

阻擋層的介電常數可以大于電介質層的介電常數。

電介質層可以包括SiO、AlO、HfO、ZrO或2D絕緣體。

反鐵電層可以包括HfO、ZrO、SiO、AlO、CeO、YO和LaO中的至少一種。

反鐵電層還可以包括摻雜劑，并且摻雜劑可以包括Si、Al、Zr、Y、La、Gd、Sr、Hf和Ce中的至少一種。