[發明專利]疊層結構體以及包括其的半導體器件、半導體設備和電子設備、和制造疊層結構體的方法

在審

• 申請號: 202110022063.7
• 申請日: 2021-01-08
• 公開（公告）號: CN113745327A
• 公開（公告）日: 2021-12-03
• 發明（設計）人: 許鎮盛;文泰歡;南勝杰;趙常玹
• 申請（專利權）人: 三星電子株式會社
• 主分類號: H01L29/51
• 分類號: H01L29/51;H01L21/28;H01L21/44;H01L29/78;H01L49/02;H01L51/05;H01L51/10;H01L27/108
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 王華芹;金擬粲

提供疊層結構體以及包括其的半導體器件、半導體設備和電子設備、和制造疊層結構體的方法。所述疊層結構體包括：基底；和在所述基底上的薄膜結構體，所述薄膜結構體包括：平行于所述基底的第一反鐵電層，平行于所述基底的第二反鐵電層，以及平行于所述基底的鐵電層，其中所述鐵電層在所述第一反鐵電層和所述第二反鐵電層之間。

對相關申請的交叉引用

本申請要求2020年5月13日在韓國知識產權局提交的韓國專利申請No.10-2020-0057184的權益，將其公開內容全部引入本文中作為參考。

技術領域

本發明涉及疊層結構體以及包括其的半導體器件、半導體設備和電子設備、和制造疊層結構體的方法。

背景技術

鐵電體是如下的具有鐵電性的材料：其可通過排列內部電偶極矩而保持自發極化，即使當沒有從外部施加電場時亦然。換句話說，鐵電體是如下的材料：其中極化強度(極化)值(或電場)半永久地保留在其中，即使在施加恒定的電壓并且使電壓恢復到零伏之后亦然。已經進行了研究以通過將這些鐵電性質應用于半導體器件而改善電子器件的性能。例如，已經進行了在如下方面的研究：將其中鐵電體的極化強度值相對于電壓變化呈現出滯后的特性應用于存儲器件。

另外，近來已經發表了關于如下的可能性的研究結果：如果鐵電體在特定區域中具有負的電容并應用于晶體管，則亞閾值擺幅可下降到60mV/dec以下，60mV/dec為常規的基于硅的晶體管的理論極限值。出于該原因，正在進行研究以在低功率邏輯器件中利用鐵電體。

此外，由于已經發現基于鉿的氧化物具有鐵電性，因此也已經進行了在半導體器件中使用基于鉿的氧化物的研究。氧化鉿被預期對于半導體器件的小型化是有用的，因為它對半導體工藝是友好的，并且具有鐵電性，即使在具有幾納米厚度的非常薄的膜中亦然。

發明內容

一種實例實施方式提供包括鐵電體和反鐵電體的疊層(堆)結構體及其制造方法。

另一實例實施方式提供包括所述疊層結構體的具有改善的滯后特性的半導體器件以及包括其的半導體設備和電子設備(器件)。

另一實例實施方式提供包括具有鉿元素的濃度梯度的結晶金屬氧化物層的疊層結構體。

另外的方面將部分地在隨后的描述中闡明，且部分地將由所述描述明晰，或者可通過本公開內容的所呈現的實施方式的實踐而獲悉。

根據一個方面，疊層結構體可包括：基底(基材)；和在所述基底上的薄膜結構體。所述薄膜結構體可包括：平行于所述基底的第一反鐵電層、平行于所述基底的第二反鐵電層、和平行于所述基底的鐵電層，所述鐵電層在所述第一反鐵電層和所述第二反鐵電層之間。所述第一反鐵電層和所述第二反鐵電層的至少一個可覆蓋所述鐵電層的表面的80％或更多。所述第一反鐵電層和所述第二反鐵電層可與所述鐵電層直接接觸。

所述鐵電層、所述第一反鐵電層、和所述第二反鐵電層的至少一個可獨立地包括氧化鉿(HfO₂)、氧化鋯(ZrO₂)、和鉿-鋯氧化物(Hf_xZr_1-xO₂，0x1)的至少一種。

所述鐵電層可包括由Hf_xZr_1-xO₂(0.2≤x1)表示的鉿-鋯氧化物。所述第一反鐵電層和所述第二反鐵電層各自可獨立地包括氧化鋯和由Hf_xZr_1-xO₂(0x0.2)表示的鉿-鋯氧化物的至少一種。所述鐵電層的鉿元素含量可大于所述第一反鐵電層和所述第二反鐵電層的一個或多個(兩個)的鉿元素含量。所述第一反鐵電層和所述第二反鐵電層的至少一個的鉿元素相對于所述鐵電層的鉿元素的摩爾比在0至0.8的范圍內。