[发明专利]半导体器件及其制造方法

权利要求书

1.一种制造负电容结构的方法，所述方法包括：

在衬底上方形成介电层，形成所述介电层包括：在所述衬底上方交替地形成一个或多个HfO₂层以及一个或多个ZrO₂层；

在所述介电层上方形成第一金属层；

在形成所述第一金属层之后，执行退火操作，随后执行冷却操作；以及

在所述介电层上方形成第二金属层，其中：

在所述冷却操作之后，所述介电层变为包括正交晶相的单层铁电介电层，以及

所述第一金属层包括(111)取向的晶体层，所述第一金属层包括掺杂有Si的TiN的单层。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述铁电介电层包括掺杂有选自Si、Zr、Al、La、Y、Gd和Sr的组中的一种或多种的HfO₂。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述铁电介电层包括掺杂有Zr的HfO₂并且包括(111)取向的晶体层。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，在惰性气体环境中在700℃至1000℃范围内的温度下执行所述退火操作。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述冷却操作之后形成所述第二金属层。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述铁电介电层包括掺杂有Ti的HfZrO₂。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二金属层是TaN。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，在300℃至400℃范围内的温度下进行原子层沉积(ALD)形成所述第二金属层。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，形成的所述介电层是非晶的。

10.一种制造负电容结构的方法，所述方法包括：

在衬底上方形成晶种介电层；

在所述晶种介电层上方形成介电层，形成介电层包括在衬底上方交替地形成一个或多个HfO₂层以及一个或多个ZrO₂层；

在所述介电层上方形成第一金属层；以及

在形成所述第一金属层之后，执行退火操作，随后执行冷却操作，其中：

在所述冷却操作之后，所述介电层变为包括正交晶相的单层铁电介电层，并且所述晶种介电层变为包括正交晶相的铁电介电层。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述晶种介电层是ZrO₂。

12.根据权利要求10所述的方法，其中，所述介电层包括含有Zr的HfO₂。

13.根据权利要求10所述的方法，其中，所述第一金属层包括(111)和(220)取向的晶粒。

14.根据权利要求10所述的方法，其中，在惰性气体环境中在700℃至1000℃范围内的温度下执行所述退火操作。

15.根据权利要求10所述的方法，其中，所述第一金属层包括掺杂有Si的TiN。

16.根据权利要求10所述的方法，还包括：在所述介电层上方形成第二金属层。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，在所述冷却操作之后形成所述第二金属层。

18.根据权利要求10所述的方法，还包括：在形成所述晶种介电层之前，在所述衬底上方形成界面氧化物层。