[发明专利]铁电半导体器件及其制造方法

权利要求书

1.一种铁电半导体器件，包括：

衬底，其具有沟道结构；

在所述沟道结构中的沟槽图案，其具有底表面和侧壁面；

电介质层，其设置在所述沟槽图案的所述底表面和所述侧壁面上；以及

栅电极层，其设置在所述电介质层上，

其中，所述电介质层包括沿着所述沟槽图案的所述侧壁面设置的非铁电层图案和铁电层图案。

2.根据权利要求1所述的铁电半导体器件，其中，所述铁电层图案和所述非铁电层图案被配置为使所述电介质层的铁电部分和非铁电部分沿着所述沟槽图案的所述侧壁面交替。

3.根据权利要求1所述的铁电半导体器件，其中，所述铁电层图案和所述非铁电层图案中的每个具有晶体结构。

4.根据权利要求3所述的铁电半导体器件，其中，所述铁电层图案和所述非铁电层图案中的每个具有不同的晶格结构。

5.根据权利要求1所述的铁电半导体器件，还包括：

扩散阻挡层图案，其设置在所述栅电极层与所述铁电层图案之间；以及

绝缘层图案，其设置在所述栅电极与所述非铁电层图案之间。

6.根据权利要求5所述的铁电半导体器件，其中，所述扩散阻挡层图案具有晶体结构，所述晶体结构具有与所述铁电层图案的晶格常数不同的晶格常数。

7.根据权利要求6所述的铁电半导体器件，其中，所述扩散阻挡层图案包括氮化钛或氮化钽。

8.根据权利要求5所述的铁电半导体器件，其中，所述绝缘层图案具有非晶结构。

9.根据权利要求1所述的铁电半导体器件，还包括：

源极区和漏极区，其形成在位于所述栅电极层的相对端部处的所述沟道结构中。

10.根据权利要求1所述的铁电半导体器件，其中，所述铁电层图案包括选自包括如下组分的组中的至少一种组分：氧化铪、氧化锆和氧化锆铪。

11.根据权利要求10所述的铁电半导体器件，其中，所述铁电层图案包括选自包括如下组分的组中的至少一种组分作为掺杂剂：碳C、硅Si、镁Mg、铝Al、钇Y、氮N、锗Ge、锡Sn、锶Sr、铅Pb、钙Ca、钡Ba、钛Ti、钆Gd、镧La。

12.根据权利要求1所述的铁电半导体器件，其中，所述栅电极层包括选自包括如下组分的组中的至少一种组分：钨W、钛Ti、铜Cu、铝Al、钌Ru、铂Pt、铱Ir、氧化铱、氮化钨、氮化钛、氮化钽、碳化钨、碳化钛、硅化钨、硅化钛、硅化钽和氧化钌。

13.根据权利要求1所述的铁电半导体器件，其中，所述铁电层图案具有单晶粒的截面结构。

14.一种制造铁电半导体器件的方法，所述方法包括：

提供具有沟道结构的衬底，所述沟道结构包括具有底表面和侧壁面的沟槽图案；

在所述底表面和所述侧壁面上形成非晶铁电材料层；

在与所述底表面垂直的方向上，从所述底表面开始在所述铁电材料层上交替地层叠绝缘层和铁电结晶诱导层；以及

使所述铁电材料层的与所述铁电结晶诱导层接触的部分结晶以形成铁电层图案，并且使所述铁电材料层的与所述绝缘层接触的部分结晶以形成非铁电层图案。

15.根据权利要求14所述的方法，还包括：

在形成所述铁电层图案和所述非铁电层图案之后，去除所述绝缘层和所述铁电结晶诱导层；

用导电材料填充所述沟槽以形成栅电极层；以及

在位于所述栅电极层的相对端部处的所述沟道结构中形成源极区和漏极区。