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：晶体管，其形成在硅衬底上；及电容器，其通过导电通路来电连接到所述晶体管，所述电容器包括：上导电氧化物电极及下导电氧化物电极，其位于极性层的相对侧上，其中所述下导电氧化物电极电连接到所述晶体管的漏极，及极性层，其包括掺杂有掺杂剂的基底极性材料，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；及下势垒层，其包括所述下导电氧化物电极与晶体管的电极之间的耐火金属或金属间化合物。2.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述极性层包括在大于500℃的温度形成在氧化环境中的金属氧化物。3.根据权利要求1所述的半导体装置，其进一步包括上势垒层，所述上势垒层包括所述上导电氧化物电极上的耐火金属或金属间化合物。4.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述上势垒层及所述下势垒层中的一或两者包括以下中的一或多者：ti
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al合金、ni
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al合金、ni
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ti合金、ni
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ga合金、ni
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mn
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ga合金、fe
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ga合金、金属硼化物、金属碳化物、金属氮化物、ta金属、w金属及co金属。5.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述上势垒层及所述下势垒层中的一或两者包括以下中的一或多者：ti3al、tial、tial3、ni3al、nial3、nial、ni2mnga、fega及fe3ga。6.根据权利要求1所述的半导体装置，其进一步包括形成在电介质层、所述上氧化物电极层及所述下导电氧化物电极层中的一或多者的一或两个侧表面上的势垒密封剂层。7.根据权利要求6所述的半导体装置，其中所述势垒密封剂层包括金属氧化物，所述金属氧化物包括al或mg。8.根据权利要求1所述的半导体装置，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
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feo3、bi1‑
x
ce
x
feo3及bife1‑ycoyo3。9.根据权利要求1所述的半导体装置，其进一步包括接触所述极性层、所述上导电氧化物层及所述下导电氧化物电极中的一或多者的两个侧表面中的一者的绝缘密封剂层。10.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述掺杂剂包括镧系元素或铌。11.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述基底铁电材料具有六方晶体结构，其中所述基底铁电材料包括lufeo3或具有由rmno3表示的化学式，且其中r为稀土元素。12.一种半导体装置，其包括：晶体管，其形成在硅衬底上；电容器，其通过导电通路来电连接到所述晶体管，所述电容器包括：上导电氧化物电极及下导电氧化物电极，其位于极性层的相对侧上，其中所述下导电氧化物电极电连接到所述晶体管的漏极，及
所述极性层，其包括掺杂有掺杂剂的基底极性材料，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，且其中所述掺杂剂包括不同于金属氧化物的(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元素，所述掺杂剂以一浓度存在，使得所述极性层的剩余极化不同于无所述掺杂剂的所述基底极性材料的剩余极化；及势垒密封剂层，其形成在所述极性层、所述上导电氧化物电极层及所述下导电氧化物电极层中的一或多者的一或两个侧表面上。13.根据权利要求12所述的半导体装置，其中所述极性层包括在大于300℃的温度形成在氧化环境中的金属氧化物。14.根据权利要求13所述的半导体装置，其中所述势垒密封剂层包括金属氧化物。15.根据权利要求14所述的半导体装置，其中所述势垒密封剂层包括al或mg的金属氧化物。16.根据权利要求15所述的半导体装置，其中所述势垒密封剂层包括选自由以下各者组成的群组的氧化物：mgo、tialo或laalo。17.根据权利要求13所述的半导体装置，其中所述势垒密封剂层包括所述上导电氧化物电极层及所述下导电氧化物电极层及所述极性层中的一或多者的氧化、氟化及/或氯化部分。18.根据权利要求13所述的半导体装置，其进一步包括所述下导电氧化物电极与所述导电通路之间的下势垒层及所述上导电氧化物电极上的上势垒层中的一或两者，其中所述下势垒层及所述上势垒层中的所述一或两者包括耐火金属或金属间化合物。19.根据权利要求18所述的半导体装置，其中所述上势垒层及所述下势垒层中的一或两者包括以下中的一或多者：ti
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al合金、ni
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al合金、ni
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ti合金、ni
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ga合金、ni
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mn
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ga合金、fe
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ga合金、金属硼化物、金属碳化物、金属氮化物、ta金属、w金属及co金属。20.根据权利要求13所述的半导体装置，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及pbzrtio3。21.根据权利要求13所述的半导体装置，其进一步包括接触所述极性层、所述上导电氧化物电极及所述下导电氧化物电极中的一或多者的两个侧表面中的一者的绝缘密封剂层。22.根据权利要求13所述的半导体装置，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
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feo3及bife1‑ycoyo3。23.根据权利要求13所述的半导体装置，其中所述掺杂剂包括镧系元素或铌。24.根据权利要求13所述的半导体装置，其中所述基底铁电材料具有六方晶体结构，其中所述基底铁电材料包括lufeo3或具有由rmno3表示的化学式，且其中r为稀土元素。25.根据权利要求13所述的半导体装置，其中所述上导电氧化物电极及所述下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。26.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。27.根据权利要求12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
一种半导体装置包括形成在硅衬底上的晶体管及通过导电通路来电连接到所述晶体管的电容器；所述电容器包括极性层，所述极性层包括掺杂有掺杂剂的基底极性材料，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；所述半导体装置另外包括下势垒层，所述下势垒层包括下导电氧化物电极与所述导电通路之间的耐火金属或金属间化合物。属间化合物。属间化合物。


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：2022/1/6