掺杂极性层及并入有掺杂极性层的半导体装置的制作方法

技术特征：
1.一种半导体装置，其包括：电容器，其包括：极性层，其包括掺杂有掺杂剂的结晶基底极性材料，其中所述基底极性材料包含一或多个金属元素及氧或氮中的一或两者，其中所述掺杂剂包括不同于所述一或多个金属元素的金属元素且以一浓度存在，使得所述电容器的铁电切换电压与具有未掺杂所述掺杂剂的所述基底极性材料的所述电容器的铁电切换电压相差超过约100mv，及第一结晶导电或半导电氧化物电极及第二结晶导电或半导电氧化物电极，其位于所述极性层的相对侧上，其中所述极性层具有匹配于所述第一结晶导电或半导电氧化物电极及所述第二结晶导电或半导电氧化物电极中的一或两者的晶格常数的约20％内的晶格常数，其中所述第一结晶导电或半导电氧化物电极充当使所述极性层生长在其上的模板，使得所述极性层的至少一部分假晶形成在所述第一结晶导电或半导电氧化物电极上。2.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述电容器的铁电切换电压与具有未掺杂所述掺杂剂的所述基底极性材料的所述电容器的铁电切换电压相差超过约100mv。3.根据权利要求2所述的半导体装置，其中所述铁电切换电压低于约1200mv。4.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述第一结晶导电或半导电氧化物电极及所述第二结晶导电或半导电氧化物电极中的一或两者具有约0.5nm到约50nm之间的厚度。5.根据权利要求2所述的半导体装置，其中所述第一结晶导电或半导电氧化物电极及所述第二结晶导电或半导电氧化物电极中的一或两者具有低于0.01ohm
‑
cm的电阻率。6.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述极性层及所述第一结晶导电或半导电氧化物电极及所述第二结晶导电或半导电氧化物电极中的一或两者具有相同晶体结构。7.根据权利要求6所述的半导体装置，其中所述掺杂剂包括镧系元素或铌。8.根据权利要求7所述的半导体装置，其中所述极性层包括具有约10nm到约500nm之间的横向尺寸的区域，在所述区域中，所述第一结晶导电或半导电氧化物电极及所述第二结晶导电或半导电氧化物电极中的一或两者假晶于所述极性层上。9.根据权利要求6所述的半导体装置，其中所述相同晶体结构为钙钛矿结构，且其中所述极性层包括选自由以下各者组成的群组的铁电氧化物：batio3、pbtio3、knbo3、natao3、bifeo3、pbzrtio3、pb(mg,nb)o3、pb(mg,nb)o3‑
pbtio3、pblazrtio3、pb(sc,nb)o3、batio3‑
bi(zn(nb,ta))o3、batio3‑
basrtio3、linbo3、litao3、lifetaof、srbanbo、bananbo、knasrbanbo、bi1‑
x
la
x
feo3、bi1‑
x
ce
x
feo3及bife1‑
y
co
y
o3。10.根据权利要求9所述的半导体装置，其中所述第一结晶导电或半导电氧化物电极及所述第二结晶导电或半导电氧化物电极中的一或两者包括选自由以下各者组成的群组的氧化物：(la,sr)coo3、srruo3、(la,sr)mno3、yba2cu3o7、bi2sr2cacu2o8、lanio3、srruo3、lamno3、srmno3、lacoo3或srcoo3。11.根据权利要求10所述的半导体装置，其中所述极性层直接接触所述第一结晶导电或半导电氧化物电极及所述第二结晶导电或半导电氧化物电极中的一或两者，且其中所述半导体装置进一步包括进一步电极，所述进一步电极形成在所述第一结晶导电或半导电氧化物电极及所述第二结晶导电或半导电氧化物电极中的一或两者上且包括选自由以下各者组成的群组的导电二元金属氧化物：铱(ir)氧化物、钌(ru)氧化物、钯(pd)氧化物、锇(os)氧化物或铼(re)氧化物。
12.根据权利要求6所述的半导体装置，其中所述相同晶体结构为六方晶体结构，其中所述极性层包括lufeo3或具有由rmno3表示的化学式，且其中r为稀土元素。13.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述第一结晶导电或半导电氧化物电极及所述第二结晶导电或半导电氧化物电极中的一或两者具有六方结构、铜铁矿结构、尖晶石结构或立方结构中的一者。14.根据权利要求13所述的半导体装置，其中所述第一结晶导电或半导电氧化物电极及所述第二结晶导电或半导电氧化物电极中的一或两者包括以下中的一或多者：ptcoo2、pdcoo2、掺al的zno、fe3o4、liv2o4或掺sn的in2o3。15.根据权利要求1所述的半导体装置，其进一步包括晶体管，其中所述电容器电连接到所述晶体管的漏极。16.一种半导体装置，其包括：电容器堆叠，其包括：结晶极性层，其包括置换地掺杂有掺杂剂的基底极性材料；所述基底极性材料包括具有钙钛矿结构或六方晶体结构中的一者的金属氧化物；所述掺杂剂包括不同于所述金属氧化物的(若干)金属的4d系列、5d系列、4f系列或5f系列中的一者的金属；及第一结晶导电或半导电氧化物电极及第二结晶导电或半导电氧化物电极，其位于所述结晶极性层的相对侧上，其中所述结晶极性层具有与所述第一结晶导电或半导电氧化物电极及所述第二结晶导电或半导电氧化物电极中的一或两者相同的晶体结构。17.根据权利要求16所述的半导体装置，其中所述结晶极性层具有匹配于所述第一结晶导电氧化物电极及所述第二结晶导电氧化物电极中的一或两者的晶格常数的约20％内的晶格常数。18.根据权利要求17所述的半导体装置，其中所述相同晶体结构为钙钛矿晶体结构且所述极性层包括具有由a
(m
‑
x)
a'
x
b
(n
‑
y)
b'
y
o
z
表示的化学式的铁电氧化物，其中a及a'占据所述钙钛矿晶体结构中的可互换原子位置，其中b及b'占据所述钙钛矿晶体结构中的可互换原子位置，其中所述a'及所述b'中的一或两者为掺杂剂，其中m、n及z为整数，且其中x及y中的一或两者大于零。19.根据权利要求18所述的半导体装置，其中所述第一结晶导电氧化物电极及所述第二结晶导电氧化物电极中的一或两者包括具有由c
(p
‑
u)
c'
u
d
(q
‑
v)
d'
v
o
w
表示的化学式的氧化物，其中c及c'占据所述钙钛矿晶体结构中的可互换原子位置，其中d及d'占据所述钙钛矿晶体结构中的可互换原子位置，其中p、q及w为整数，且其中u及v中的一或两者大于零。20.根据权利要求19所述的半导体装置，其中所述极性层包括具有钙钛矿结构的铁电氧化物，所述铁电氧化物选自由以下各者组成的群组：batio3、pbtio3、knbo3、natao3、bifeo3、pbzrtio3、pb(mg,nb)o3、pb(mg,nb)o3‑
pbtio3、pblazrtio3、pb(sc,nb)o3、batio3‑
bi(zn(nb,ta))o3、batio3‑
basrtio3、linbo3、litao3、lifetaof、srbanbo、bananbo、knasrbanbo、bi1‑
x
la
x
feo3、bi1‑
x
ce
x
feo3及bife1‑
y
co
y
o3。21.根据权利要求20所述的半导体装置，其中所述第一结晶导电或半导电氧化物电极及所述第二结晶导电或半导电氧化物电极中的一或两者包括选自由以下各者组成的群组的氧化物：(la,sr)coo3、srruo3、(la,sr)mno3、yba2cu3o7、bi2sr2cacu2o8、lanio3、srruo3、
lamno3、srmno3、lacoo3或srcoo3。22.根据权利要求21所述的半导体装置，其中所述极性层直接接触所述第一结晶导电或半导电氧化物电极及所述第二结晶导电或半导电氧化物电极中的一或两者，且其中所述半导体装置进一步包括进一步电极，所述进一步电极形成在所述第一结晶导电或半导电氧化物电极及所述第二结晶导电或半导电氧化物电极中的一或两者上且包括选自由以下各者组成的群组的导电二元金属氧化物：铱(ir)氧化物、钌(ru)氧化物、钯(pd)氧化物、锇(os)氧化物或铼(re)氧化物。23.根据权利要求17所述的半导体装置，其中所述相同晶体结构为六方晶体结构，其中所述极性层包括lufeo3或具有由rmno3表示的化学式，且其中r为稀土元素。24.根据权利要求17所述的半导体装置，其进一步包括晶体管，其中所述电容器电连接到所述晶体管的漏极。25.根据权利要求24所述的半导体装置，其中所述极性层具有持续至少一天的剩余极化，使得所述半导体装置为非易失性存储器装置。26.一种半导体装置，其包括：电容器，其包括：极性层，其包括掺杂有掺杂剂的结晶基底极性材料，其中所述基底极性材料包含一或多个金属元素及氧或氮中的一或两者，其中所述掺杂剂包括不同于所述一或多个金属元素的金属元素且以一浓度存在，使得所述极性层的剩余极化与无所述掺杂剂的所述基底极性材料的剩余极化相差超过约5μc/cm2，及第一结晶导电或半导电氧化物电极及第二结晶导电或半导电氧化物电极，其位于所述极性层的相对侧上，其中所述极性层具有匹配于所述第一结晶导电或半导电氧化物电极及所述第二结晶导电或半导电氧化物电极中的一或两者的晶格常数的约20％内的晶格常数，其中所述第一结晶导电或半导电氧化物电极充当使所述极性层生长在其上的模板，使得所述极性层的至少一部分同调应变于所述第一结晶导电或半导电氧化物电极上。27.根据权利要求26所述的半导体装置，其中所述基底极性材料包括基底铁电材料，且其中增大所述掺杂剂的所述浓度减小所述基底铁电材料的所述剩余极化。28.根据权利要求26所述的半导体装置，其中所述电容器的铁电切换电压与具有未掺杂所述掺杂剂的所述基底极性材料的所述电容器的铁电切换电压相差超过约100mv。29.根据权利要求28所述的半导体装置，其中所述铁电切换电压低于约600mv。30.根据权利要求26所述的半导体装置，其中所述第一结晶导电或半导电氧化物电极及所述第二结晶导电或半导电氧化物电极中的一或两者包括选自由以下各者组成的群组的氧化物：(la,sr)coo3、srruo3、(la,sr)mno3、yba2cu3o7、bi2sr2cacu2o8、lanio3、srruo3、lamno3、srmno3、lacoo3或srcoo3。31.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述掺杂剂占据能够与所述基底极性材料的金属元素互换的原子晶格位置，且其中在所述极性层中，所述掺杂剂具有不同于所述基底极性材料中的所述金属的氧化态的氧化态。32.根据权利要求16所述的半导体装置，其中所述掺杂剂占据能够与所述基底极性材料的金属元素互换的原子晶格位置，且其中在所述极性层中，所述掺杂剂具有不同于所述基底极性材料中的所述金属的氧化态的氧化态。
33.根据权利要求26所述的半导体装置，其中所述掺杂剂占据能够与所述基底极性材料的金属元素互换的原子晶格位置，且其中在所述极性层中，所述掺杂剂具有不同于所述基底极性材料中的所述金属的氧化态的氧化态。

技术总结
所公开的技术大体上涉及铁电材料及半导体装置，且更特定来说，涉及并入有掺杂极性材料的半导体存储器装置。在一个方面中，一种半导体装置包括电容器，所述电容器又包括极性层，所述极性层包括掺杂有掺杂剂的结晶基底极性材料。所述基底极性材料包含一或多个金属元素及氧或氮中的一或两者，其中所述掺杂剂包括不同于所述一或多个金属元素的金属元素且以一浓度存在，使得所述电容器的铁电切换电压与具有未掺杂所述掺杂剂的所述基底极性材料的所述电容器的铁电切换电压相差超过约100mV。所述电容器的铁电切换电压相差超过约100mV。所述电容器的铁电切换电压相差超过约100mV。


技术研发人员：R
受保护的技术使用者：开普勒计算公司
技术研发日：2020.04.07
技术公布日：2022/1/3