[发明专利]铁电电容器、晶体管、存储器件以及制造铁电器件的方法

说明书

本发明涉及铁电电容器、晶体管、存储器件以及制造铁电器件的方法。该铁电电容器包括第一电极、面对第一电极的第二电极、在第一电极与第二电极之间的铁电层以及在铁电层与第一电极之间或在铁电层与第二电极之间的界面层。铁电层包括基于铪的氧化物。界面层包括HfO₂。

技术领域

本公开涉及铁电电容器、铁电晶体管、铁电存储器件和制造铁电电容器的方法。

背景技术

铁电体是即使在没有电场的情况下也表现出由自发极化限定的铁电性的材料，该自发极化通过使内部电偶极矩对准而保持。铁电体可以用于制造铁电器件，诸如非易失性存储器件。

钙钛矿结构的铁电材料(诸如PZT、BTO或SBT)已被应用于常规的铁电器件。然而，当这些材料用于厚度减小的薄膜时，它们难以保持极化，最终阻碍了小型化器件的实现。

因为已经发现基于铪的氧化物具有铁电性，所以对铁电器件的研究得到重振。甚至在薄膜中也表现出铁电性的基于铪的氧化物具有各种优点，包括尺寸减小能力、剩余极化和矫顽场的适当水平、CMOS兼容性、易于生产三维结构以及无铅。

同时，因为随着器件的剩余极化值变得更高，铁电器件可以在更低的电压下操作，所以对进一步增强铁电材料的剩余极化的需求不断增加。

发明内容

提供了具有高的剩余极化值的铁电器件(包括铁电电容器、铁电晶体管和铁电存储器件)和制造其的方法。

额外的方面将在以下描述中被部分地阐述，并将部分地自该描述明显，或者可以通过实践本公开的所呈现的示例实施方式而了解。

根据一些示例实施方式，一种铁电电容器可以包括第一电极、面对第一电极的第二电极、在第一电极与第二电极之间的铁电层、以及界面层。界面层可以在铁电层与第一电极或第二电极中的一个电极之间。铁电层可以包括基于铪的氧化物。界面层可以包括HfO₂。

第一电极和第二电极可以各自独立地包括TiN、TaN、RuO₂、Ir/IrOx、Ti、TiCN、TiSiN、WSiN、TiAlN、TaAlN、TiAlCN、Ti-W、Ru-TiN、RuCN、Pt、Au或Al。

第一电极和第二电极可以都包括TiN。

铁电层可以包括铪锆氧化物(HZO)、铪钛氧化物或铪硅氧化物。

铁电层可以包括氧化物，该氧化物进一步包括铪锆氧化物(HZO)。

铁电层的铁电材料可以包括具有正交晶体结构的o相。

铁电层可以具有在约至约的范围内的厚度。

铁电电容器可以被配置为使得在由界面层引起的氧原子在界面层、第一电极和铁电层中的每个之间或者在界面层、第二电极和铁电层中的每个之间移动的同时，在接触界面层的第一电极、第二电极或铁电层中的至少一个与界面层的界面处产生氧空位。

界面层可以在铁电层与第一电极之间。

界面层可以在铁电层与第二电极之间。

界面层可以包括在铁电层与第一电极之间的第一界面层以及在铁电层与第二电极之间的第二界面层。

界面层可以具有在约至约的范围内的厚度。

铁电电容器的剩余极化可以在约15μC/cm²至约25μC/cm²的范围内。

根据一些示例实施方式，一种铁电场效应晶体管可以包括包含源极区和漏极区的半导体层、在半导体层上的铁电层、在铁电层上的栅电极以及在铁电层与栅电极之间的界面层。铁电层可以包括基于铪的氧化物。界面层可以包括HfO₂。