[发明专利]半导体装置

说明书

一种半导体装置，包含源极与漏极、设置于源极与漏极之间的通道、设置在通道上的第一栅极介电层、设置在第一栅极介电层上的第一栅极电极、设置在第一栅极电极上的第二栅极介电层，以及设置在第二栅极介电层上的第二栅极电极。第二栅极介电层是由铁电材料所制成。第一栅极电极的底表面的第一面积大于第二栅极介电层的底表面的第二面积，其中第一栅极电极的底表面与第一栅极介电层接触，而第二栅极介电层的底表面与第一栅极电极接触。

技术领域

本揭露是关于一种半导体装置及其制造方法，特别是关于一种半导体装置及包含鳍式场效晶体管的半导体装置的制造方法。

背景技术

次临界摆幅(subthreshold swing)是晶体管的电流-电压特性的特征。在次临界区域中，漏极电流的行为是类似于正向偏压二极管的电流的指数成长。在源极电压、漏极电压及体电压(bulk voltage)固定时，漏极电流的对数值相对于栅极电压的曲线会在金氧半场效晶体管(MOSFET)的操作区间中存在近似对数的线性行为。为了优化次临界行为，提出使用铁电材料的负电容场效晶体管(negative capacitance field effect transistor，NC-FET)。然而，负电容可能导致迟滞现象。

发明内容

本揭露的一态样提供一种半导体装置，其包含源极与漏极、设置于源极与漏极之间的通道、设置在通道上的第一栅极介电层、设置在第一栅极介电层上的第一栅极电极、设置在第一栅极电极上的第二栅极介电层以及设置在第二栅极介电层上的第二栅极电极。第二栅极介电层是由铁电材料所制成。第二栅极电极及第二栅极介电层在源极-漏极方向上具有相同的第二宽度，第二宽度小于第一栅极电极在源极-漏极方向上的第一宽度。第一栅极电极的底表面的第一面积大于第二栅极介电层的底表面的第二面积，其中第一栅极电极的底表面与第一栅极介电层接触，而第二栅极介电层的底表面与第一栅极电极接触。第一栅极电极的最顶表面与第二栅极介电层的最底表面在相同高度。在平面视图中，相较于漏极，第二栅极介电层的重心位于较靠近源极的位置。

根据本揭露的另一态样，一种半导体装置包含源极与漏极以及设置于源极与漏极之间的通道、设置在通道上的第一栅极介电层、设置在第一栅极介电层上的第一栅极电极、设置在第一栅极电极上的第二栅极介电层、设置在第二栅极介电层上的半导体层以及设置在半导体层上的第二栅极电极。第二栅极介电层是由铁电材料制成。第一栅极电极的底表面的第一面积大于第二栅极介电层的底表面的第二面积，其中第一栅极电极的底表面与第一栅极介电层接触，而第二栅极介电层的底表面与第一栅极电极接触。

本揭露的一态样提供一种半导体装置，其包含源极与漏极、设置于源极与漏极之间的通道、设置在通道上的第一栅极介电层、设置在第一栅极介电层上的第一栅极电极、设置在第一栅极电极上的第二栅极介电层以及设置在第二栅极介电层上的第二栅极电极。第二栅极介电层是由铁电材料所制成。第二栅极电极及第二栅极介电层在源极-漏极方向上具有相同的第二宽度，第二宽度小于第一栅极电极在源极-漏极方向上的第一宽度。第一栅极电极的底表面的第一面积大于第二栅极介电层的底表面的第二面积，其中第一栅极电极的底表面与第一栅极介电层接触，而第二栅极介电层的底表面与第一栅极电极接触。半导体装置的次临界斜率小于60mV/decade，且第一栅极电极、第二栅极介电层及第二栅极电极所创造的负电容未呈现迟滞现象。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

根据以下详细说明并配合附图阅读，使本揭露的态样获致较佳的理解。需注意的是，如同业界的标准作法，许多特征并不是按照比例绘示的。事实上，为了进行清楚讨论，许多特征的尺寸可以经过任意缩放。

图1A至图1C绘示根据本揭露一些实施例的负电容场效晶体管的例示图，其中图1A及图1B为剖面视图，且图1C为平面视图。

图2A及图2B显示根据本揭露一些实施例的例示负电容场效晶体管的模拟结果。