DE102019220521A1 - Halbleiterbauelement und verfahren zum herstellen desselben - Google Patents

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Abstract

Ein Halbleiterbauelement umfasst mindestens eine dielektrische Schicht auf Hafniumoxidbasis, wobei die dielektrische Schicht auf Hafniumoxidbasis eine tetragonale Hafniumoxidschicht, eine tetragonale Keimschicht und eine Dotierungsschicht umfasst.

Description

  • QUERVERWEIS AUF ZUEHÖRIGE ANMELDUNGEN
  • Die vorliegende Anmeldung nimmt die Priorität der am 17. April 2019 eingereichten koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2019-0045102 in Anspruch, die hierin in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme enthalten ist.
  • HINTERGRUND
  • Gebiet
  • Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen allgemein ein Halbleiterbauelement und insbesondere ein Halbleiterbauelement mit einem dielektrischen Schichtstapel und ein Verfahren zum Herstellen desselben.
  • Beschreibung des Standes der Technik
  • In den letzten Jahren hat die Nachfrage nach verbesserten Halbleiterspeichervorrichtungen mit höherem Integrationsgrad stark zugenommen, was eine kontinuierliche Verringerung des Speicherzellenbereichs und der Betriebsspannung erforderlich macht. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, ist eine umfangreiche Forschung auf die Entwicklung eines High-k-Materials mit hoher Kapazität und einem geringem Leckstrom konzentriert worden.
  • Zirkonoxid (ZrO2) ist ein Beispiel eines High-k-Materials, das ausgiebig als dielektrische Schicht eines Kondensators verwendet wird. Das Zirkonoxid weist jedoch eine Einschränkung bei der Erhöhung der Kapazität auf. Daher sind neue verbesserte Lösungen erforderlich.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind auf einen dielektrischen Schichtstapel mit einer hohen Dielektrizitätskonstante und einem niedrigen Leckstrom und ein Verfahren zum Bilden des dielektrischen Schichtstapels gerichtet.
  • Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind auf ein Halbleiterbauelement, das einen dielektrischen Schichtstapel mit einer hohen Dielektrizitätskonstante und einem niedrigen Leckstrom aufweist, und ein Verfahren zum Herstellen des Halbleiterbauelements gerichtet.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann ein Halbleiterbauelement zumindest eine dielektrische Schicht auf Hafniumoxidbasis umfassen, wobei die dielektrische Schicht auf Hafniumoxidbasis umfasst: eine tetragonale Hafniumoxidschicht; eine tetragonale Keimschicht; und eine Dotierungsschicht. Das Halbleiterbauelement kann ferner eine Leckblockierschicht bzw. Lecksperrschicht umfassen, die auf der dielektrischen Schicht auf Hafniumoxidbasis gebildet ist. Die Leckblockierschicht kann ein Material mit einer niedrigeren Dielektrizitätskonstante und einer höheren Bandlücke als die tetragonale Hafniumoxidschicht und die tetragonale Keimschicht umfassen. Die Leckblockierschicht kann eine geringere Dicke als die tetragonale Hafniumoxidschicht und die tetragonale Keimschicht aufweisen. Das Halbleiterbauelement kann ferner umfassen: eine Wärmequellenschicht, die über der Leckblockierschicht gebildet ist; und eine Grenzflächensteuerschicht, die zwischen der Wärmequellenschicht und der Leckblockierschicht gebildet ist. Die Grenzflächensteuerschicht kann ein Material mit einer höheren Elektronegativität als die dielektrische Schicht auf Hafniumoxidbasis umfassen. Die tetragonale Hafniumoxidschicht und die tetragonale Keimschicht können direkt miteinander in Kontakt gebracht werden. Die Dotierungsschicht kann innerhalb der tetragonalen Keimschicht angeordnet oder in diese eingebettet sein. Die Dotierungsschicht kann innerhalb des tetragonalen Hafniumoxids angeordnet oder in dieses eingebettet sein. Die dielektrische Schicht auf Hafniumoxidbasis kann eine Vielzahl der tetragonalen Hafniumoxidschichten, eine Vielzahl der tetragonalen Keimschichten und zumindest eine direkt kontaktierte Grenzfläche umfassen, mit der die tetragonale Hafniumoxidschicht und die tetragonale Keimschicht in direktem Kontakt stehen, und die Dotierungsschicht kann innerhalb einer oder mehreren der tetragonalen Keimschichten oder einer oder mehreren der tetragonalen Hafniumoxidschichten angeordnet oder in diese eingebettet sein.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann ein Verfahren zum Herstellen eines Kondensators ein Bilden einer ersten Elektrode; Bilden eines dielektrischen Schichtstapels auf der ersten Elektrode, wobei der dielektrische Schichtstapel eine anfängliche Hafniumoxidschicht und eine Keimschicht mit einer darin eingebetteten Dotierungsschicht umfasst; Bilden einer Wärmequellenschicht auf dem dielektrischen Schichtstapel, um das anfängliche Hafniumoxid zu tetragonalem Hafniumoxid zu kristallisieren; und Bilden einer zweiten Elektrode auf der Wärmequellenschicht umfassen.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann ein Verfahren zum Bilden von Hafniumoxid ein Bilden eines Stapels einer Dotierungsschicht, einer Keimschicht und eines anfänglichen Hafniumoxids über einem Substrat; und Bilden einer Wärmequellenschicht auf dem Stapel, um das anfängliche Hafniumoxid zu tetragonalem Hafniumoxid zu kristallisieren, umfassen.
  • Diese und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung können für den Fachmann auf dem Gebiet, zu dem die vorliegende Erfindung gehört, aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich werden.
  • Figurenliste
    • 1 zeigt eine Querschnittsansicht, die ein Halbleiterbauelement gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
    • 2A zeigt eine Querschnittsansicht, die ein Halbleiterbauelement gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
    • 2B zeigt ein detailliertes Diagramm, das eine Keimschicht darstellt.
    • 2C zeigt ein detailliertes Diagramm, das eine Keimschicht gemäß einem modifizierten Beispiel darstellt.
    • 3 zeigt eine Querschnittsansicht, die einen Kondensator gemäß einem modifizierten Beispiel von 2A darstellt.
    • 4A bis 13B zeigen Querschnittsansichten, die Kondensatoren gemäß verschiedenen modifizierten Beispielen darstellen.
    • 14A und 14B zeigen Querschnittsansichten, die ein Verfahren zum Bilden eines Kondensators darstellen.
    • 15A und 15B zeigen Querschnittsansichten, die ein anderes Verfahren zum Bilden eines Kondensators darstellen.
    • 16A und 16B zeigen Querschnittsansichten, die ein anderes Verfahren zum Bilden eines Kondensators darstellen.
    • 17A und 17B zeigen Flussdiagramme, die Verfahren zum Bilden einer in den 14A bis 16B gezeigten Keimschicht darstellen.
    • 18A zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Bilden einer in den 14A bis 16B gezeigten anfänglichen Hafniumoxidschicht darstellt.
  • 18B zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Bilden eines Stapels einer Keimschicht und einer anfänglichen Hafniumoxidschicht darstellt, die in den 14A bis 16B gezeigt sind.
  • 19A und 19B zeigen Querschnittsansichten, die ein Verfahren zum Kristallisieren einer anfänglichen Hafniumoxidschicht gemäß modifizierten Beispielen darstellen.
  • 20A bis 20C zeigen Diagramme, die eine Speicherzelle darstellen.
  • 21A bis 21F zeigen Diagramme, die Anwendungsbeispiele eines Kondensators einer Speicherzelle darstellen.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Verschiedene hierin beschriebene Ausführungsformen können unter Bezugnahme auf Querschnittsansichten bzw. Schnittdarstellungen, Draufsichten und Blockdiagramme beschrieben werden, die ideale schematische Ansichten der vorliegenden Erfindung darstellen. Somit können die Strukturen bzw. Anordnungen der Zeichnungen durch Herstellungstechniken und/oder Toleranzen modifiziert werden. Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind nicht auf die in Zeichnungen gezeigten spezifischen Strukturen bzw. Anordnungen beschränkt, sondern umfassen alle Änderungen in den Strukturen/Anordnungen, die gemäß dem Herstellungsverfahren hergestellt werden können. Demzufolge weisen die in den Zeichnungen dargestellten Bereiche schematische Attribute auf, und die Formen der in den Zeichnungen dargestellten Bereiche sollen spezifische Strukturen von Bereichen der Elemente veranschaulichen und den Umfang der Erfindung nicht einschränken.
  • Im Allgemeinen hat Hafniumoxid mit einer tetragonalen Kristallstruktur (im Folgenden als „tetragonales Hafniumoxid“ abgekürzt) eine hohe Dielektrizitätskonstante von ungefähr 60 oder höher und eine hohe Bandlücke von ungefähr 6 eV. Das tetragonale Hafniumoxid hat eine höhere Dielektrizitätskonstante als tetragonales Zirkonoxid.
  • Gemäß herkömmlichen Verfahren kann, um das tetragonale Hafniumoxid zu bilden, anfängliches Hafniumoxid abgeschieden werden und dann kann ein Hochtemperatur-Kristallisationsglühprozess bei einer hohen Temperatur von ungefähr 900°C oder höher durchgeführt werden. Durch den Hochtemperatur-Kristallisationsglühprozess können jedoch benachbarte Strukturen verschlechtert werden.
  • Nachfolgend sind verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auf Verfahren zum Bilden des tetragonalen Hafniumoxids gerichtet, ohne das Hochtemperatur-Kristallisationsglühverfahren durchzuführen.
  • Es wurde erkannt, dass es im Allgemeinen schwierig ist, reines tetragonales Hafniumoxid unter Verwendung einer einzelnen Schicht von Hafniumoxid zu bilden. Aus diesem Grund umfassen die hierin beschriebenen Verfahren gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ein Bilden des reinen tetragonalen Hafniumoxids bei einer niedrigen Temperatur unter Verwendung einer Keimschicht als kristallisationsfördernde Schicht.
  • Es wurde herausgefunden, dass das tetragonale Hafniumoxid leicht gemäß einem Verfahren gebildet werden kann, das eine Keimschicht, eine dotierte Schicht und eine Wärmequellenschicht verwendet. Das tetragonale Hafniumoxid kann bei niedriger Temperatur gebildet werden. Zum Beispiel kann die niedrige Temperatur 500°C oder weniger betragen.
  • 1 zeigt eine Querschnittsansicht, die ein Halbleiterbauelement 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • Unter Bezugnahme auf 1 kann das Halbleiterbauelement 100 einen dielektrischen Schichtstapel DE und eine Wärmequellenschicht TS umfassen. Die Wärmequellenschicht TS kann auf dem dielektrischen Schichtstapel DE gebildet sein.
  • Der dielektrische Schichtstapel DE kann ein Material umfassen, das zu einer tetragonalen Kristallstruktur kristallisiert wird, wenn es einer thermischen Behandlung bei niedriger Temperatur unterzogen wird. Die Niedertemperatur-Wärmebehandlung kann bei einer niedrigen Temperatur von 500°C oder weniger vorgesehen werden. Die Niedertemperatur-Wärmebehandlung bezieht sich nicht auf einen Hochtemperatur-Kristallisationsglühprozess.
  • Der dielektrische Schichtstapel DE kann ein mehrschichtiges Material, ein laminiertes Material, ein Mischmaterial oder Kombinationen davon umfassen. Der dielektrische Schichtstapel DE kann zumindest ein High-k-Material umfassen. In einer Ausführungsform kann sich das High-k-Material auf ein Material beziehen, das eine höhere Dielektrizitätskonstante als Siliziumoxid aufweist (größer als etwa 3,6). In einer Ausführungsform kann sich das High-k-Material auf ein Material beziehen, das eine höhere Dielektrizitätskonstante als Siliziumnitrid aufweist (größer als etwa 7,0). Der dielektrische Schichtstapel DE kann ein High-k-Material und ein Ultra-High-k-Material umfassen. Das Ultrahoch-k-Material kann eine höhere Dielektrizitätskonstante aufweisen als das High-k-Material.
  • In der vorliegenden Ausführungsform kann der dielektrische Schichtstapel DE zumindest einen Stapel umfassen, in dem eine Keimschicht HK und eine Ultrahoch-k-Schicht UHK gestapelt sind. Die Keimschicht HK kann ein High-k-Material umfassen, und die Ultra-High-k-Schicht UHK kann ein Material mit einer höheren Dielektrizitätskonstante als die Keimschicht HK umfassen. In einer Ausführungsform kann die Keimschicht HK eine Dielektrizitätskonstante von ungefähr 40 oder höher aufweisen, und die Ultrahoch-k-Schicht UHK kann eine Dielektrizitätskonstante von ungefähr 60 oder höher aufweisen, wobei die Ultrahoch-k-Schicht UHK eine Dielektrizitätskonstante aufweist, die höher als die Dielektrizitätskonstante der Keimschicht HK ist. Jede der Keimschichten HK und der Ultrahoch-k-Schicht UHK kann die tetragonale Kristallstruktur aufweisen. Die Keimschicht HK kann als Keimmaterial für die tetragonale Kristallisation der Ultrahoch-k-Schicht UHK dienen. In einer spezifischen Ausführungsform kann die Keimschicht HK aus einem tetragonalen Zirkonoxid (ZrO2) gebildet sein, und die Ultrahoch-k-Schicht UHK kann aus einem tetragonalen Hafniumoxid (HfO2) gebildet sein. Die Keimschicht HK und die Ultrahoch-k-Schicht UHK können durch Atomlagenabscheidung (ALD) gebildet werden.
  • Der dielektrische Schichtstapel DE kann ferner zumindest eine Leckblockierschicht LBK umfassen. Die Leckblockierschicht LBK kann dazu dienen, einen Leckstrom des dielektrischen Schichtstapels DE zu unterdrücken. Die Leckblockierschicht LBK kann ein Material mit hoher Bandlücke umfassen. Die Leckblockierschicht LBK kann ein Material mit einer höheren Bandlücke als die der Keimschicht HK und der Ultrahoch-k-Schicht UHK umfassen. Die Leckblockierschicht LBK, die Keimschicht HK und die Ultrahoch-k-Schicht UHK können unterschiedliche Materialien sein. Die Leckblockierschicht LBK kann ein Material mit hohem k (High-k-Material) umfassen und eine niedrigere Dielektrizitätskonstante als die Keimschicht HK aufweisen. Die Leckblockierschicht LBK kann eine höhere Dielektrizitätskonstante als Siliziumoxid und Siliziumnitrid aufweisen. Beispielsweise kann die Leckblockierschicht LBK ein aluminiumhaltiges Material oder ein berylliumhaltiges Material umfassen. In einer Ausführungsform kann die Leckblockierschicht LBK Aluminiumoxid (Al2O3) oder Berylliumoxid (BeO) umfassen. Das Berylliumoxid kann amorph sein. Das Berylliumoxid kann eine Wurtzit-Kristallstruktur oder eine Steinsalzstruktur aufweisen. Beispielsweise kann die Leckblockierschicht LBK durch ALD gebildet werden. Die Leckblockierschicht LBK kann derart gebildet sein, dass sie eine wesentlich geringere Dicke als die Keimschicht HK und die Ultrahoch-k-Schicht UHK aufweist, um eine Abnahme der Kapazität des dielektrischen Schichtstapels DE zu minimieren. In einigen Ausführungsformen kann die Leckblockierschicht LBK mit Aluminium dotiertes Zirkonoxid, mit Aluminium dotiertes Hafniumoxid, mit Beryllium dotiertes Zirkonoxid oder mit Beryllium dotiertes Hafniumoxid umfassen.
  • Die Wärmequellenschicht TS kann die Niedertemperaturwärme für die Kristallisation der Keimschicht HK und der Ultrahoch-k-Schicht UHK bereitstellen. Mit anderen Worten kann die Wärmequellenschicht TS als Wärmequelle zum Kristallisieren der Ultrahoch-k-Schicht UHK in die tetragonale Kristallstruktur dienen. Die Wärmequellenschicht TS kann eine Niedertemperaturwärme von 300°C bis 500°C bereitstellen.
  • Die Wärmequellenschicht TS kann eine hohe Zugspannung aufweisen. Beispielsweise kann die Wärmequellenschicht TS eine Zugspannung von 0,5GPa bis 2,0GPa aufweisen. Die hohe Zugspannung kann die Kristallisation der Ultrahoch-k-Schicht UHK fördern.
  • Die Wärmequellenschicht TS kann ein leitendes Material sein. Die Wärmequellenschicht TS kann ein Material auf Metallbasis sein. Die Wärmequellenschicht TS kann ein Metall, Metallnitrid oder Metallsiliziumnitrid umfassen. Beispielsweise kann die Wärmequellenschicht TS Titannitrid (TiN), Titansiliziumnitrid (TiSiN), Wolfram (W), Wolframnitrid (WN), Molybdännitrid (MoN) oder Niobnitrid (NbN) umfassen.
  • Die Wärmequellenschicht TS und die Keimschicht HK erleichtern die tetragonale Kristallisation der Ultrahoch-k-Schicht UHK, ohne dass ein Hochtemperatur-Kristallisationsglühprozess erforderlich ist, der bei bisherigen Prozessen angewendet wurde. Beispielsweise ermöglicht das Vorhandensein der Keimschicht HK die Kristallisation in die tetragonale Kristallstruktur selbst bei thermischer Abscheidung der Wärmequellenschicht TS bei niedriger Temperatur. Die Wärmequellenschicht TS kann durch die ALD gebildet und bei einer Temperatur von 300°C bis 500°C abgeschieden werden. Während der Abscheidung der Wärmequellenschicht TS kann die Keimschicht HK in die tetragonale Kristallstruktur kristallisiert werden. Infolgedessen kann die Ultrahoch-k-Schicht UHK durch thermische Abscheidung der Wärmequellenschicht TS bei niedriger Temperatur und Kristallisation der Keimschicht HK leicht in die tetragonale Kristallstruktur kristallisiert werden.
  • 2A zeigt eine Querschnittsansicht, die ein Halbleiterbauelement 110 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • Bezugnehmend auf 2A kann das Halbleiterbauelement 110 einen Kondensator 111 umfassen. Der Kondensator 111 kann eine erste Elektrode 101, eine zweite Elektrode 102 und einen zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode 101, 102 angeordneten dielektrischen Schichtstapel DE11 umfassen. Der Kondensator 111 kann ferner eine Wärmequellenschicht 103 umfassen, die zwischen dem dielektrischen Schichtstapel DE11 und der zweiten Elektrode 102 angeordnet ist. Die Wärmequellenschicht 103 kann der Wärmequellenschicht TS von 1 entsprechen.
  • Die erste Elektrode 101 kann ein metallhaltiges Material umfassen. Die erste Elektrode 101 kann ein Metall, Metallnitrid, Metallcarbid, leitfähiges Metallnitrid, leitfähiges Metalloxid oder Kombinationen davon umfassen. Die erste Elektrode 101 kann Titan (Ti), Titannitrid (TiN), Tantalnitrid (TaN), Wolfram (W), Wolframnitrid (WN), Ruthenium (Ru), Iridium (Ir), Rutheniumoxid (RUO2), Iridiumoxid (IrO2) oder Kombinationen davon umfassen. In einigen Ausführungsformen kann die erste Elektrode 101 ein siliziumhaltiges Material umfassen. Die erste Elektrode 101 kann Silizium, Siliziumgermanium oder eine Kombination davon umfassen. In einigen Ausführungsformen kann die erste Elektrode 101 einen Stapel eines metallhaltigen Materials und eines siliziumhaltigen Materials umfassen. Die erste Elektrode 101 kann als „untere Elektrode“ oder „Speicherknoten“ bezeichnet werden.
    Die zweite Elektrode 102 kann ein siliziumhaltiges Material, ein Germanium enthaltendes Material, ein metallhaltiges Material oder Kombinationen davon umfassen. Die zweite Elektrode 102 kann ein Metall, Metallnitrid, Metallcarbid, leitfähiges Metallnitrid, leitfähiges Metalloxid oder Kombinationen davon umfassen. Die zweite Elektrode 102 kann Titan (Ti), Titannitrid (TiN), Tantalnitrid (TaN), Titankohlenstoffnitrid (TiCN), Tantalkohlenstoffnitrid (TaCN), Wolfram (W), Wolframnitrid (WN), Ruthenium (Ru), Iridium (Ir), Rutheniumoxid (RuO2), Iridiumoxid (IrO2), Silizium (Si), Germanium (Ge), Siliziumgermanium (SiGe) oder Kombinationen davon umfassen. Die zweite Elektrode 102 kann einen Si/SiGe-Stapel umfassen, in dem Siliziumgermanium auf Silizium gestapelt ist. Die zweite Elektrode 102 kann einen Ge/SiGe-Stapel umfassen, in dem Siliziumgermanium (SiGe) auf Germanium (Ge) gestapelt ist. Die zweite Elektrode 102 kann durch Stapeln von Siliziumgermanium (SiGe) auf Metallnitrid gebildet werden. Beispielsweise kann die zweite Elektrode 102 durch Stapeln von Siliziumgermanium (SiGe) auf Titannitrid (TiN) gebildet werden. In einigen Ausführungsformen kann die zweite Elektrode 102 eine Struktur aufweisen, in der Titannitrid (TiN), Siliziumgermanium (SiGe) und Wolfram (W) nacheinander gestapelt sind.
  • Der dielektrische Schichtstapel DE11 kann ein Material umfassen, das durch Wärmeeinwirkung bzw. Wärmeexposition bei niedriger Temperatur in eine tetragonale Kristallstruktur kristallisiert wird. Die thermische Einwirkung bei niedriger Temperatur kann bei einer Temperatur von 300°C bis 500°C vorgesehen werden. Die thermische Einwirkung bei niedriger Temperatur kann bereitgestellt werden, während die Wärmequellenschicht 103 gebildet wird. Die Niedertemperaturwärme unterscheidet sich von einem Hochtemperatur-Kristallisationsglühverfahren, das bisher bei herkömmlichen Verfahren angewendet wurde.
  • Der dielektrische Schichtstapel DE11 kann eine Keimschicht 106, eine Ultrahoch-k-Schicht 105 und eine Leckblockierschicht 107 umfassen. Die Keimschicht 106 kann der Keimschicht HK von 1 entsprechen und die Ultrahoch-k-Schicht 105 kann der Ultrahoch-k-Schicht UHK von 1 entsprechen. Die Leckblockierschicht 107 kann der Leckblockierschicht LBK von 1 entsprechen. Jede der Keimschichten 106 und der Ultrahoch-k-Schicht 105 kann die tetragonale Kristallstruktur aufweisen. Die Keimschicht 106 kann als Keim dienen, der die Kristallisation der Ultrahoch-k-Schicht 105 fördert. In einer Ausführungsform kann die Keimschicht 106 aus tetragonalem Zirkoniumoxid bestehen oder dieses umfassen, und die Ultrahoch-k-Schicht 105 kann Ultrahoch-k-Hafniumoxid mit der tetragonalen Kristallstruktur umfassen. Nachfolgend wird die Ultrahoch-k-Schicht 105 als „Hafniumoxidschicht 105“ abgekürzt, und ein Stapel der Keimschicht 106 und der Hafniumoxidschicht 105 wird als „Hafniumoxid-basierte dielektrische Schicht HBL1“ abgekürzt. Dementsprechend kann der dielektrische Schichtstapel DE11 die auf Hafniumoxid basierende dielektrische Schicht HBL1 und die Leckblockierschicht 107 umfassen. Die Leckblockierschicht 107 kann sich zwischen der dielektrischen Schicht HBL1 auf Hafniumoxidbasis und der Wärmequellenschicht 103 befinden.
  • Die dielektrische Schicht HBL1 auf Hafniumoxidbasis kann die tetragonale Kristallstruktur aufweisen. Jede der Hafniumoxidschichten 105 und der Keimschicht 106 kann die tetragonale Kristallstruktur aufweisen. Die Leckblockierschicht 107 kann einen Leckstrom des dielektrischen Schichtstapels DE11 reduzieren.
  • Die Bildung der Wärmequellenschicht 103 kann die für die Kristallisation des dielektrischen Schichtstapels DE11 erforderliche Wärmeenergie bei niedriger Temperatur bereitstellen. Mit anderen Worten kann die Wärmequellenschicht 103 als Wärmequelle zum Kristallisieren der dielektrischen Schicht HBL1 auf Hafniumoxidbasis in die tetragonale Kristallstruktur dienen. Die Wärmequellenschicht 103 kann die Wärmeenergie bei einer niedrigen Temperatur von 300°C bis 500°C bereitstellen. Die Wärmequellenschicht 103 kann eine hohe Zugspannung aufweisen. Beispielsweise kann die Wärmequellenschicht 103 eine Zugspannung von 0,5GPa bis 2,0GPa aufweisen. Die hohe Zugspannung kann auch die tetragonale Kristallisation der Hafniumoxidschicht 105 fördern.
  • Die Wärmequellenschicht 103 kann ein leitendes Material sein. Die Wärmequellenschicht 103 kann direkt mit der zweiten Elektrode 102 in Kontakt gebracht werden. Die Wärmequellenschicht 103 kann direkt mit der Leckblockierschicht 107 in Kontakt gebracht werden. Die Wärmequellenschicht 103 kann ein Material auf Metallbasis sein. Beispielsweise kann die Wärmequellenschicht 103 ein Metall, Metallnitrid oder Metallsiliziumnitrid umfassen. Gemäß einer Ausführungsform kann die Wärmequellenschicht 103 Titannitrid (TiN), Titansiliziumnitrid (TiSiN), Wolfram (W), Wolframnitrid (WN), Molybdännitrid (MoN) oder Niobnitrid (NbN) umfassen.
  • Aufgrund der Wärmequellenschicht 103 und der Keimschicht 106 ist ein Hochtemperatur-Kristallisationsglühprozess, der zuvor für die tetragonale Kristallisation der Hafniumoxidschicht 105 angewendet wurde, nicht erforderlich. Da beispielsweise die Keimschicht 106 vorhanden ist, kann die Hafniumoxidschicht 105 selbst bei thermischer Einwirkung bzw. Exposition bei niedriger Temperatur in die tetragonale Kristallstruktur kristallisiert werden, wenn die Wärmequellenschicht 103 abgeschieden wird. Die Wärmequellenschicht 103 kann durch Atomlagenabscheidung (ALD) gebildet und bei einer Temperatur von 300°C bis 500°C abgeschieden werden. Während der Abscheidung der Wärmequellenschicht 103 kann die Keimschicht 106 auch in die tetragonale Kristallstruktur kristallisiert werden. Infolgedessen kann die dielektrische Schicht HBL1 auf Hafniumoxidbasis durch die Niedertemperaturwärme der Wärmequellenschicht 103 in die tetragonale Kristallstruktur kristallisiert werden.
  • In einer Ausführungsform kann die Wärmequellenschicht 103 einem Teil der zweiten Elektrode 102 entsprechen. Wenn beispielsweise Titannitrid (TiN) und Siliziumgermanium (SiGe) als zweite Elektrode 102 gestapelt werden, kann das Titannitrid (TiN) als Wärmequellenschicht 103 dienen.
  • Die Hafniumoxidschicht 105 kann direkt mit der ersten Elektrode 101 in Kontakt gebracht werden, und die Keimschicht 106 kann direkt mit der Leckblockierschicht 107 in Kontakt gebracht werden. Die Keimschicht 106 kann auf der Hafniumoxidschicht 105 gebildet werden und die Keimschicht 106 und die Hafniumoxidschicht 105 können direkt miteinander in Kontakt stehen. Die Keimschicht 106 kann zwischen der Hafniumoxidschicht 105 und der Leckblockierschicht 107 gebildet werden. Die Hafniumoxidschicht 105, die Keimschicht 106 und die Leckblockierschicht 107 können von der ALD abgeschieden werden.
  • Die Keimschicht 106 kann als Kristallisationskeim dienen, der die tetragonale Kristallisation der Hafniumoxidschicht 105 fördert, während die Wärmequellenschicht 103 gebildet wird. Mit anderen Worten kann die Keimschicht 106 der Hafniumoxidschicht 105 helfen, in die tetragonale Kristallstruktur zu kristallisieren. Da die Keimschicht 106 eine hohe Dielektrizitätskonstante von 40 oder mehr aufweist, kann die Kapazität des Kondensators 111 erhöht werden, und da die Hafniumoxidschicht 105 eine hohe Dielektrizitätskonstante von 60 oder mehr aufweist, kann die Kapazität des Kondensators 111 weiter erhöht werden. Die Keimschicht 106 kann dazu dienen, den Leckstrom des dielektrischen Schichtstapels DE11 zu unterdrücken.
  • Die Keimschicht 106 kann ein High-k-Material mit der tetragonalen Kristallstruktur umfassen. Die Keimschicht 106 kann ein Material auf Zirkonoxidbasis umfassen. Die Keimschicht 106 kann aus tetragonalem Zirkonoxid bestehen oder dieses umfassen. In einigen Ausführungsformen kann die Keimschicht 106 Materialien mit einer anderen tetragonalen Kristallstruktur als dem tetragonalen Zirkonoxid umfassen. Beispielsweise kann die Keimschicht 106 mindestens eines von Nioboxid, Germaniumoxid, Zinnoxid, Molybdänoxid, Tantaloxid oder Titanoxid umfassen.
  • Die Hafniumoxidschicht 105 kann eine höhere Dielektrizitätskonstante als die Keimschicht 106 aufweisen. Die Hafniumoxidschicht 105 kann eine um etwa 25% bis ungefähr 55% höhere Dielektrizitätskonstante aufweisen als die Keimschicht 106. Beispielsweise kann die Keimschicht 106 eine Dielektrizitätskonstante von ungefähr 40 aufweisen und die Hafniumoxidschicht 105 kann eine Dielektrizitätskonstante von ungefähr 60 oder höher aufweisen. Das tetragonale Zirkonoxid als Keimschicht 106 kann eine Dielektrizitätskonstante von ungefähr 40 aufweisen. Der Kondensator 111 mit der Hafniumoxidschicht 105 kann eine hohe Kapazität aufweisen. Der Kondensator 111, der die Hafniumoxidschicht 105 umfasst, kann eine höhere Kapazität aufweisen als ein Kondensator, der nur die Keimschicht 106 umfasst. Folglich kann die Hafniumoxidschicht 105 mit der tetragonalen Kristallstruktur, die eine um 25% bis 55% höhere Dielektrizitätskonstante als die Keimschicht 106 aufweist, angewendet werden, um die Kapazität des Kondensators 111 um 25% bis 55% zu erhöhen.
  • Die Hafniumoxidschicht 105 kann eine höhere Bandlücke als die Keimschicht 106 aufweisen. Dementsprechend kann der dielektrische Schichtstapel DE11 mit der Hafniumoxidschicht 105 bei der Unterdrückung eines Leckstroms vorteilhaft sein. Die Hafniumoxidschicht 105 kann eine effektive Austrittsarbeit (effective work function - eWF) zwischen der zweiten Elektrode 102 und dem dielektrischen Schichtstapel DE11 verbessern. Wenn beispielsweise Titannitrid (TiN) als zweite Elektrode 102 angewendet wird, kann durch die Hafniumoxidschicht 105 eine effektive Austrittsarbeit von ungefähr 4,7 eV erhalten werden. Unterdessen kann tetragonales Zirkonoxid (ZrO2) eine effektive Austrittsarbeit von ungefähr 4,5 eV erhalten. Da daher durch die Hafniumoxidschicht 105 eine höhere effektive Austrittsarbeit als das tetragonale Zirkonoxid erhalten werden kann, kann der Leckstrom des dielektrischen Schichtstapels DE11 unterdrückt werden.
  • Die Hafniumoxidschicht 105 kann eine geringere Dicke als die Keimschicht 106 aufweisen. Die Hafniumoxidschicht 105 kann eine höhere Dielektrizitätskonstante als die Keimschicht 106 aufweisen. Die Hafniumoxidschicht 105 kann eine hohe Dielektrizitätskonstante von ungefähr 60 oder höher aufweisen.
  • Die Hafniumoxidschicht 105 und die Keimschicht 106 können direkt miteinander in Kontakt gebracht werden, und daher kann die Keimschicht beim Kristallisieren der Hafniumoxidschicht 105 in die tetragonale Kristallstruktur vorteilhaft sein.
  • Der dielektrische Schichtstapel DE11 kann eine Mehrschichtstruktur bzw. mehrschichtige Struktur umfassen, in der die Hafniumoxidschicht 105 und die Keimschicht 106 direkt miteinander in Kontakt stehen. Der dielektrische Schichtstapel DE11 kann eine oder mehrere direkt kontaktierte Grenzflächen umfassen.
  • Der dielektrische Schichtstapel DE11 kann die mehrschichtige Struktur aufweisen, die eine direkt kontaktierte Grenzfläche I1 umfasst, in der die Hafniumoxidschicht 105 und die Keimschicht 106 direkt kontaktiert sind. Wenn die Keimschicht 106 tetragonales Zirkonoxid umfasst, kann ein Stapel, in dem die Hafniumoxidschicht 105 und die Keimschicht 106 nacheinander gestapelt sind, als ein „H-Z-Stapel“ bezeichnet werden. Die direkt kontaktierte Grenzfläche I1 kann sich im H-Z-Stapel befinden. Die direkt kontaktierte Grenzfläche I1 zwischen der Hafniumoxidschicht 105 und der Keimschicht 106 kann eine direkt kontaktierte Grenzfläche zwischen den tetragonalen Kristallstrukturen sein. Da sich zwischen der Hafniumoxidschicht 105 und der Keimschicht 106 kein Material befindet, dürfen die Kristallkörner der Hafniumoxidschicht 105 und die Kristallkörner der Keimschicht 106 nicht getrennt werden.
  • Die Hafniumoxidschicht 105 kann eine reine tetragonale Kristallstruktur aufweisen. Mit anderen Worten kann die Kristallstruktur der Hafniumoxidschicht 105 nicht eine Mischung aus einer amorphen Struktur, einer monoklinischen Kristallstruktur und einer tetragonalen Kristallstruktur sein, sondern kann nur die tetragonale Kristallstruktur aufweisen. Die Hafniumoxidschicht 105 mit der reinen tetragonalen Kristallstruktur kann eine höhere Dielektrizitätskonstante aufweisen als eine Hafniumoxidschicht, in die die Kristallstrukturen eingemischt sind. Die Hafniumoxidschicht 105 mit der reinen tetragonalen Kristallstruktur kann eine höhere Dielektrizitätskonstante aufweisen als eine Hafniumoxidschicht mit der monoklinischen Kristallstruktur. Die Hafniumoxidschicht mit der monoklinischen Kristallstruktur kann eine Dielektrizitätskonstante von ungefähr 40 aufweisen und die Hafniumoxidschicht 105 mit der tetragonalen Kristallstruktur kann eine Dielektrizitätskonstante von ungefähr 60 aufweisen.
  • Die Hafniumoxidschicht 105 kann ferner einen Dotierstoff umfassen, der die Kristallisation fördern kann. Der kristallisationsfördernde Dotierstoff kann Strontium (Sr), Lanthan (La), Gadolinium (Gd), Aluminium (Al), Silizium(Si), Yttrium (Y), Zirkonium (Zr), Niob (Nb), Wismut (Bi), Germanium (Ge), Dysprosium (Dy), Titan (Ti), Cer (Ce), Magnesium (Mg), Stickstoff (N) oder Kombinationen davon umfassen. Die Hafniumoxidschicht 105 kann eine tetragonale Kristallstruktur aufweisen, die mit dem Dotierstoff dotiert ist. Beispielsweise kann die Hafniumoxidschicht 105 eine mit Lanthan dotierte tetragonale Hafniumoxidschicht (La-dotiertes tetragonales HfO2) sein. Der kristallisationsfördernde Dotierstoff kann nicht nur die Kristallisation der Hafniumoxidschicht 105 fördern, sondern auch die Dielektrizitätskonstante der Hafniumoxidschicht 105 erhöhen.
  • Wie oben beschrieben, kann die Hafniumoxidschicht 105 eine ultrahohe Dielektrizitätskonstante, einen niedrigen Leckstrom und eine hohe effektive Austrittsarbeit bereitstellen.
  • Der dielektrische Schichtstapel DE11 kann ferner eine Dotierungsschicht 104 umfassen. Die Dotierungsschicht 104 kann zunehmend die Kristallisation der Hafniumoxidschicht 105 fördern und den Leckstrom des dielektrischen Schichtstapels DE11 zunehmend unterdrücken.
  • Die Dotierungsschicht 104 kann ultradünn sein und kann in der Keimschicht 106 angeordnet oder in diese eingebettet sein. Die Dotierungsschicht 104 kann die Kristallkörner der Keimschicht 106 nicht trennen. Mit anderen Worten kann, selbst wenn die Dotierungsschicht 104 in der Keimschicht 106 angeordnet oder eingebettet ist, die tetragonale Kristallstruktur der Keimschicht 106 nicht getrennt werden. Die Dotierungsschicht 104 kann in der Keimschicht 106 dotiert und gebildet sein. Die Dotierungsschicht 104 kann von der direkt kontaktierten Grenzfläche I1 beabstandet sein, um in die Keimschicht 106 eingebettet zu werden.
  • Wenn die Keimschicht 106 das tetragonale Zirkonoxid umfasst, kann die Dotierungsschicht 104 das mit einem Dotierstoff dotierte tetragonale Zirkonoxid umfassen. In einer Ausführungsform kann der Dotierstoff der Dotierungsschicht 104 Aluminium (A1) oder Beryllium (Be) umfassen. Beispielsweise kann die Dotierungsschicht 104 mit Aluminium dotiertes tetragonales Zirkonoxid oder mit Beryllium dotiertes tetragonales Zirkoniumoxid umfassen. Die Aluminiumkonzentration der mit Aluminium dotierten tetragonalen Zirkonoxidschicht kann 1~10at% betragen.
  • Die Dicken der Hafniumoxidschicht 105 und der Keimschicht 106 können durch die Dotierungsschicht 104 eingestellt werden. Da die Dotierungsschicht 104 umfasst ist, kann die auf Hafniumoxid basierende dielektrische Schicht HBL1 mit nicht weniger als einer vorbestimmten Dicke gebildet werden. Die Dicke der Hafniumoxidschicht 105, die durch die Dotierungsschicht 104 ausreichend kristallisiert wird, kann eingestellt werden. Beispielsweise kann die Dicke der kristallisierten Hafniumoxidschicht 105 auf einen Wert von 20Å bis 80Å eingestellt werden. Die Keimschicht 106 kann eine größere Dicke als die Hafniumoxidschicht 105 aufweisen. Das als Keimschicht 106 verwendete Zirkonoxid kann aufgrund einer großen Dicke während der Abscheidung leicht die tetragonale Kristallstruktur erhalten. Die Keimschicht 106 kann aufgrund der Dicke während der Abscheidung die tetragonale Kristallstruktur aufweisen und die tetragonale Kristallstruktur kann durch die anschließende thermische Exposition bei niedriger Temperatur zunehmend gefördert werden. Die Hafniumoxidschicht 105 kann dünn abgeschieden werden, um eine nicht tetragonale Kristallstruktur aufzuweisen, und durch die Keimschicht 106 und die anschließende thermische Exposition bei niedriger Temperatur in die tetragonale Kristallstruktur kristallisiert werden.
  • Die Dotierungsschicht 104 kann eine höhere Bandlücke als die Keimschicht 106 und die Hafniumoxidschicht 105 aufweisen. Die Hafniumoxidschicht 105 kann eine Bandlücke von ungefähr 6eV aufweisen und die Keimschicht 106 kann eine Bandlücke von ungefähr 5,8eV aufweisen. Die Dotierungsschicht 104 kann eine Bandlücke von ungefähr 8,8eV bis ungefähr 10,6eV aufweisen.
  • Wie oben beschrieben, kann die Dotierungsschicht 104 zunehmend die Kristallisation der Hafniumoxidschicht 105 fördern, und die hohe Bandlücke der Dotierungsschicht 104 kann den Leckstrom des Kondensators 111 unterdrücken.
  • Die Leckblockierschicht 107 kann ein Material mit hoher Bandlücke umfassen. Die Leckblockierschicht 107 kann ein Material mit einer höheren Bandlücke als die Keimschicht 106 und die Hafniumoxidschicht 105 umfassen. Die Leckblockierschicht 107, die Keimschicht 106 und die Hafniumoxidschicht 105 können unterschiedliche Materialien sein. Die Leckblockierschicht 107 kann ein Material mit hoher Dielektrizitätskonstante umfassen, weist jedoch eine niedrigere Dielektrizitätskonstante als die Hafniumoxidschicht 105 und die Keimschicht 106 auf. Die Leckblockierschicht 107 kann eine höhere Dielektrizitätskonstante als Siliziumoxid und Siliziumnitrid aufweisen. In einer Ausführungsform kann die Leckblockierschicht 107 Aluminiumoxid oder Berylliumoxid umfassen. Das Berylliumoxid kann amorph sein. Das Berylliumoxid kann eine Wurtzit-Kristallstruktur oder eine Steinsalzstruktur aufweisen. Die Leckblockierschicht 107 kann durch die ALD gebildet werden. Die Leckblockierschicht 107 kann eine wesentlich geringere Dicke aufweisen als die Keimschicht 106 und die Hafniumoxidschicht 105. Die Leckblockierschicht 107 und die Dotierungsschicht 104 können die gleiche Dicke aufweisen. Da die Leckblockierschicht 107 eine niedrigere Dielektrizitätskonstante als die Keimschicht 106 und die Hafniumoxidschicht 105 aufweist, können die Leckblockierschicht 107 und die Dotierungsschicht 104 mit einer ultradünnen Dicke gebildet werden, um die Kapazität des Kondensators 111 zu erhöhen. Die Leckblockierschicht 107 kann eine größere Dicke als die Dotierungsschicht 104 aufweisen.
  • In einigen Ausführungsformen kann die Leckblockierschicht 107 aus dem gleichen Material wie die Dotierungsschicht 104 gebildet sein. Beispielsweise kann in einer Ausführungsform die Leckblockierschicht 107 aus mit Aluminium dotiertem Zirkonoxid oder mit Beryllium dotiertem Zirkoniumoxid bestehen oder dieses umfassen. In diesem Fall kann die Leckblockierschicht 107 die tetragonale Kristallstruktur aufweisen.
  • 2B zeigt ein detailliertes Diagramm, das die Keimschicht 106 darstellt.
  • Bezugnehmend auf 2B kann die Dotierungsschicht 104 innerhalb der Keimschicht 106 angeordnet oder in diese eingebettet sein. Die Keimschicht 106, in der die Dotierungsschicht 104 angeordnet oder eingebettet ist, kann als undotierte untere Keimschicht 106L, die Dotierungsschicht 104 und eine undotierte obere Keimschicht 106U definiert werden. Jede der undotierten unteren Keimschicht 106L, der Dotierungsschicht 104 und der undotierten oberen Keimschicht 106U kann die tetragonale Kristallstruktur aufweisen. Die undotierte untere Keimschicht 106L, die Dotierungsschicht 104 und die undotierte obere Keimschicht 106U können Kristallkörner 106G umfassen, die nicht getrennt, sondern kontinuierlich sind. Die Dotierungsschicht 104 kann die Kristallkörner 106G der undotierten unteren Keimschicht 106L und die Kristallkörner 106G der undotierten oberen Keimschicht 106U nicht trennen. Die undotierte obere Keimschicht 106U kann eine größere Dicke als die undotierte untere Keimschicht 106L (T2>T1) aufweisen, und die Dotierungsschicht 104 kann eine wesentlich geringere Dicke als die undotierte obere Keimschicht 106U und die undotierte untere Keimschicht 106L aufweisen. Die Dotierungsschicht 104 kann sich zwischen der undotierten unteren Keimschicht 106L und der undotierten oberen Keimschicht 106U befinden und eine ultradünne Dicke aufweisen, um die Kristallkörner 106G der undotierten unteren Keimschicht 106L und die Kristallkörner 106G der undotierten oberen Keimschicht 106U nicht zu trennen.
  • Jede der undotierten unteren Keimschicht 106L und der undotierten oberen Keimschicht 106U kann undotiertes tetragonales Zirkoniumoxid sein und die Dotierungsschicht 104 kann dotiertes tetragonales Zirkoniumoxid sein. Die Dotierungsschicht 104 kann Aluminium oder Beryllium als Dotierstoff umfassen.
  • Wie oben beschrieben, umfasst die Dotierungsschicht 104 den Dotierstoff, kann jedoch keine Oxidschicht des Dotierstoffs sein. Beispielsweise kann die Dotierungsschicht 104 eher mit Aluminium dotiertes tetragonales Zirkonoxid als eine Aluminiumoxidschicht (Al2O3) sein. Zusätzlich kann die Dotierungsschicht 104 eher Beryllium-dotiertes tetragonales Zirkoniumoxid als eine Berylliumoxidschicht sein.
  • Die undotierte untere Keimschicht 106L, die Dotierungsschicht 104 und die undotierte obere Keimschicht 106U können eine erste Zirkonoxidschicht, eine mit Aluminium dotierte Zirkonoxidschicht bzw. eine zweite Zirkonoxidschicht sein. Die Keimschicht 106, in der die Dotierungsschicht 104 angeordnet oder eingebettet ist, kann einen „Z-AZ-Z-Stapel“ umfassen, in dem die erste Zirkonoxidschicht, die mit Aluminium dotierte Zirkonoxidschicht und die zweite Zirkonoxidschicht nacheinander gestapelt sind.
  • In einigen Ausführungsformen kann die Dotierungsschicht 104 eine Aluminiumoxidschicht mit einer ultradünnen und diskontinuierlichen Dicke umfassen. Die ultradünne und diskontinuierliche Dicke kann eine Dicke angeben, die die Kristallkörner 106G der undotierten unteren Keimschicht 106L und die Kristallkörner 106G der undotierten oberen Keimschicht 106U nicht trennt.
  • 2C zeigt ein detailliertes Diagramm, das eine Keimschicht 106' gemäß einem modifizierten Beispiel darstellt.
  • Bezugnehmend auf 2C kann die Keimschicht 106' eine Aluminiumoxid- (Al2O3) Schicht 104' umfassen, die zwischen einer undotierten unteren Keimschicht 106L und einer undotierten oberen Keimschicht 106U gebildet ist. Die Aluminiumoxidschicht 104' kann eine kontinuierliche Dicke aufweisen und somit können die Kristallkörner 106G der undotierten unteren Keimschicht 106L und die Kristallkörner 106G der undotierten oberen Keimschicht 106U durch die Aluminiumoxidschicht 104' getrennt sein (siehe Bezugszeichen ‚106S‘). Die Kristallkörner 106G der Keimschicht 106' sind vertikal durch die Aluminiumoxidschicht 104' getrennt. Die Aluminiumoxidschicht 104' kann eine größere Dicke als die Dotierungsschicht 104 aufweisen und eine kontinuierliche Schicht sein. Die Keimschicht 106' kann als „Z-A-Z-Stapel“ bezeichnet werden.
  • Wenn die Kristallkörner 106G der Keimschicht 106' durch die Aluminiumoxidschicht 104' getrennt werden, nimmt die Dielektrizitätskonstante der Keimschicht 106' ab. Wenn die Dielektrizitätskonstante der Keimschicht 106' abnimmt, kann eine äquivalente Oxidschichtdicke Tox nicht verringert werden.
  • Wie oben beschrieben, kann die Keimschicht 106 mit der darin eingebetteten Dotierungsschicht 104 und der Wärmequellenschicht 103 die Kristallisation der Hafniumoxidschicht 105 in die tetragonale Kristallstruktur fördern. Zusätzlich kann die Keimschicht 106 die Hafniumoxidschicht 105 selbst bei niedriger Temperatur thermisch in die tetragonale Kristallstruktur kristallisieren. Weiterhin kann die Keimschicht 106 mit der darin eingebetteten Dotierungsschicht 104 und der Hafniumoxidschicht 105 die äquivalente Oxidschichtdicke Tox verringern, während die Dielektrizitätskonstante des dielektrischen Schichtstapels DE11 erhöht wird. Die Dotierungsschicht 104 und die Leckblockierschicht 107 können den Leckstrom des dielektrischen Schichtstapels DE11 unterdrücken. Die Dotierungsschicht 104 kann eine diskontinuierliche Dicke aufweisen, so dass die Kristallkörner 106G der undotierten unteren Keimschicht 106L und die Kristallkörner 106G der undotierten oberen Keimschicht 106U nicht durch die Dotierungsschicht 104 getrennt werden können.
  • 3 zeigt eine Querschnittsansicht, die einen Kondensator 111' gemäß einer Modifikation von 2A darstellt.
  • Bezugnehmend auf 3 kann der Kondensator 111' dem Kondensator 111 von 2A ähnlich sein. Der Kondensator 111' kann eine erste Elektrode 101, einen dielektrischen Schichtstapel DE11' und eine zweite Elektrode 102 umfassen. Der Kondensator 111' kann ferner eine Wärmequellenschicht 103 zwischen dem dielektrischen Schichtstapel DE11' und der zweiten Elektrode 102 umfassen. Der dielektrische Schichtstapel DE11' kann eine auf Hafniumoxid basierende dielektrische Schicht HBL1 und eine Leckblockierschicht 107 aufweisen und ferner eine Grenzflächensteuerschicht 108 umfassen, die zwischen der Leckblockierschicht 107 und der Wärmequellenschicht 103 angeordnet ist. Die Grenzflächensteuerschicht 108 kann aus einem anderen Material als die dielektrische Schicht HBL1 auf Hafniumoxidbasis und die Leckblockierschicht 107 bestehen.
  • Die Grenzflächensteuerschicht 108 kann dazu dienen, die auf Hafniumoxid basierende dielektrische Schicht HBL1 zu schützen, wenn die zweite Elektrode 102 und die Wärmequellenschicht 103 gebildet werden. Zusätzlich kann die Grenzflächensteuerschicht 108 einen Leckstrom des dielektrischen Schichtstapels DE11' reduzieren.
  • Die Grenzflächensteuerschicht 108 kann aus einem Material bestehen, das leichter reduziert werden kann als die dielektrische Schicht HBL1 auf Hafniumoxidbasis, wenn die Wärmequellenschicht 103 und die zweite Elektrode 102 abgeschieden werden. Die Grenzflächensteuerschicht 108 kann als Leckstrombarriere mit einer hohen effektiven Austrittsarbeit (eWF) und einem großen Leitungsbandversatz (conduction band offset - CBO) dienen. Zusätzlich kann die Grenzflächensteuerschicht 108 die äquivalente Oxidschichtdicke Tox des dielektrischen Schichtstapels DE11 nicht erhöhen.
  • Die Grenzflächensteuerschicht 108 kann aus einem Material mit hoher Elektronegativität bestehen. Die Grenzflächensteuerschicht 108 kann eine höhere Pauling-Elektronegativität aufweisen als die auf Hafniumoxid basierende dielektrische Schicht HBL1. Die Grenzflächensteuerschicht 108 kann ein Material mit einer höheren Pauling-Elektronegativität (im Folgenden als „Elektronegativität“ abgekürzt) als eine Hafniumoxidschicht 105 und eine Keimschicht 106 umfassen. Wenn ein Material eine hohe Elektronegativität aufweist, ist das Material schwer zu oxidieren und leicht zu reduzieren. Somit kann der Grenzflächensteuerschicht 108 anstelle der auf Hafniumoxid basierenden dielektrischen Schicht HBL1 Sauerstoff entzogen werden. Infolgedessen kann die Grenzflächensteuerschicht 108 einen Sauerstoffverlust der dielektrischen Schicht HBL1 auf Hafniumoxidbasis verhindern.
  • Die Grenzflächensteuerschicht 108 kann ein Atom mit hoher Elektronegativität umfassen, beispielsweise ein Metallatom, ein Siliziumatom oder ein Germaniumatom. Die Grenzflächensteuerschicht 108 kann Titan (Ti), Tantal (Ta), Aluminium (Al), Zinn (Sn), Molybdän (Mo), Ruthenium (Ru), Iridium (Ir), Niob (Nb), Germanium (Ge), Silizium (Si), Nickel (Ni) oder Kombinationen davon umfassen.
  • Die Grenzflächensteuerschicht 108 kann Titanoxid, Tantaloxid, Nioboxid, Aluminiumoxid, Siliziumoxid (SiO2), Zinnoxid, Germaniumoxid, Molybdändioxid, Molybdändioxid, Iridiumoxid, Rutheniumoxid, Nickeloxid oder Kombinationen davon umfassen.
  • 4A bis 13B zeigen Querschnittsansichten, die Kondensatoren gemäß verschiedenen Modifikationen darstellen.
  • Bezugnehmend auf 4A kann ein Kondensator 112A dem Kondensator 111 von 2A ähnlich sein. Der Kondensator 112A kann eine erste Elektrode 101, einen dielektrischen Schichtstapel DE12 und eine zweite Elektrode 102 umfassen. Der Kondensator 112A kann ferner eine Wärmequellenschicht 103 zwischen dem dielektrischen Schichtstapel DE12 und der zweiten Elektrode 102 umfassen.
  • Der dielektrische Schichtstapel DE12 kann eine dielektrische Schicht HBL2 auf Hafniumoxidbasis und eine Leckblockierschicht 107 umfassen. Die dielektrische Schicht HBL2 auf Hafniumoxidbasis kann eine Vielzahl von Hafniumoxidschichten 105A und 105B und eine Keimschicht 106 umfassen. Die Vielzahl der Hafniumoxidschichten 105A und 105B kann die erste Hafniumoxidschicht 105A und die zweite Hafniumoxidschicht 105B umfassen. Der dielektrische Schichtstapel DE12 kann eine Struktur aufweisen, in der die erste Hafniumoxidschicht 105A, die Keimschicht 106, die zweite Hafniumoxidschicht 105B und die Leckblockierschicht 107 nacheinander gestapelt sind.
  • Die erste Hafniumoxidschicht 105A kann direkt mit der ersten Elektrode 101 in Kontakt gebracht werden und die zweite Hafniumoxidschicht 105B kann direkt mit der Leckblockierschicht 107 in Kontakt gebracht werden. Die Keimschicht 106 kann zwischen der ersten Hafniumoxidschicht 105A und der zweiten Hafniumoxidschicht 105B gebildet sein. Die erste Hafniumoxidschicht 105A kann direkt mit der Keimschicht 106 in Kontakt gebracht werden und die Keimschicht 106 kann direkt mit der zweiten Hafniumoxidschicht 105B in Kontakt gebracht werden. Die zweite Hafniumoxidschicht 105B kann zwischen der Keimschicht 106 und der Leckblockierschicht 107 gebildet sein.
  • Die erste Hafniumoxidschicht 105A kann eine erste Dicke Tll aufweisen und die zweite Hafniumoxidschicht 105B kann eine zweite Dicke T12 aufweisen. Die erste Hafniumoxidschicht 105A kann eine größere Dicke aufweisen als die zweite Hafniumoxidschicht 105B (T11>T12). Dementsprechend kann die Besetzung der ersten Hafniumoxidschicht 105A in dem dielektrischen Schichtstapel DE12 größer sein als die der zweiten Hafniumoxidschicht 105B.
  • Jede der ersten Hafniumoxidschicht 105A und der zweiten Hafniumoxidschicht 105B kann eine reine tetragonale Kristallstruktur aufweisen, und somit können die erste Hafniumoxidschicht 105A und die zweite Hafniumoxidschicht 105B die gleiche Dielektrizitätskonstante aufweisen. Die erste Hafniumoxidschicht 105A und die zweite Hafniumoxidschicht 105B können höhere Dielektrizitätskonstanten als die Keimschicht 106 aufweisen.
  • In einigen Ausführungsformen kann die erste Hafniumoxidschicht 105A eine reine tetragonale Kristallstruktur aufweisen und die zweite Hafniumoxidschicht 105B kann eine tetragonale Kristallstruktur und eine monoklinische Kristallstruktur aufweisen. Die erste Hafniumoxidschicht 105A kann eine höhere Dielektrizitätskonstante aufweisen als die zweite Hafniumoxidschicht 105B. Obwohl die zweite Hafniumoxidschicht 105B eine niedrigere Dielektrizitätskonstante als die erste Hafniumoxidschicht 105A aufweist, kann die zweite Hafniumoxidschicht 105B eine höhere Dielektrizitätskonstante als die Keimschicht 106 aufweisen. Selbst wenn die zweite Hafniumoxidschicht 105B eine Struktur aufweist, in der die tetragonale Kristallstruktur und die monoklinische Kristallstruktur gemischt sind, kann die tetragonale Kristallstruktur die zweite Hafniumoxidschicht 105B anstelle der monoklinischen Kristallstruktur dominieren. Da darüber hinaus die erste Hafniumoxidschicht 105A dicker als die zweite Hafniumoxidschicht 105B ist, kann die tetragonale Kristallstruktur in dem dielektrischen Schichtstapel DE12 dominant sein.
  • Der dielektrische Schichtstapel DE12 kann ferner eine Dotierungsschicht 104 umfassen. Die Dotierungsschicht 104 des dielektrischen Schichtstapels DE12 kann dieselbe sein wie die Dotierungsschicht 104 des dielektrischen Schichtstapels DE11. Die Dotierungsschicht 104 kann ultradünn sein und kann in der Keimschicht 106 angeordnet oder in diese eingebettet sein. Die Dotierungsschicht 104 kann zunehmend die Kristallisation der ersten und zweiten Hafniumoxidschicht 105A und 105B fördern und zunehmend einen Leckstrom des dielektrischen Schichtstapels DE12 unterdrücken.
  • Die Dicken der ersten und zweiten Hafniumoxidschicht 105A und 105B und die Dicke der Keimschicht 106 können durch die Dotierungsschicht 104 eingestellt werden. Die Dicken der ersten und zweiten Hafniumoxidschicht 105A und 105B, die ausreichend kristallisiert sind, können durch die Dotierungsschicht 104 eingestellt werden. Beispielsweise können die Dicken der kristallisierten ersten und zweiten Hafniumoxidschichten 105A und 105B auf 20Å bis 80Å eingestellt werden. Ein Leckstrom des Kondensators 112A kann durch die Dotierungsschicht 104 unterdrückt werden.
  • Die Dotierungsschicht 104 kann eine größere Bandlücke als die Keimschicht 106, die erste Hafniumoxidschicht 105A und die zweite Hafniumoxidschicht 105B aufweisen. Die erste und die zweite Hafniumoxidschicht 105A und 105B können eine Bandlücke von ungefähr 6eV aufweisen und die Keimschicht 106 kann eine Bandlücke von ungefähr 5,8eV aufweisen. Die Dotierungsschicht 104 kann eine Bandlücke von ungefähr 8,8eV bis ungefähr 10,6eV aufweisen. Die Dotierungsschicht 104 kann diskontinuierlich sein.
  • Der dielektrische Schichtstapel DE12 kann eine mehrschichtige Struktur aufweisen, die eine Vielzahl von direkt kontaktierten Grenzflächen I1 und I2 umfasst. Die Vielzahl der direkt kontaktierten Grenzflächen I1 und I2 kann die direkt kontaktierte Grenzfläche I1 zwischen der ersten Hafniumoxidschicht 105A und der Keimschicht 106 und die direkt kontaktierte Grenzfläche I2 zwischen der Keimschicht 106 und der zweiten Hafniumoxidschicht 105B umfassen. Wenn die Keimschicht 106 tetragonales Zirkonoxid umfasst, können ein Stapel der ersten Hafniumoxidschicht 105A und der Keimschicht 106 als „HZ-Stapel“ bezeichnet werden und ein Stapel der Keimschicht 106 und der zweiten Hafniumoxidschicht 105B kann als ein „ZH-Stapel“ bezeichnet werden. Die direkt kontaktierte Grenzfläche I1 kann sich im H-Z-Stapel befinden und die direkt kontaktierte Grenzfläche I2 kann sich im Z-H-Stapel befinden. Der dielektrische Schichtstapel DE12 kann ferner eine direkt kontaktierte Grenzfläche (nicht dargestellt) der zweiten Hafniumoxidschicht 105B und der Leckblockierschicht 107 umfassen. Die Kristallisation der ersten und zweiten Hafniumoxidschicht 105A und 105B kann zunehmend durch die direkt kontaktierten Grenzflächen I1 und I2 gefördert werden, die direkt mit der Keimschicht 106 in Kontakt stehen.
  • In 4A kann ein Stapel der ersten Hafniumoxidschicht 105A (H), der Keimschicht 106 aus Zirkonoxid (Z), der Dotierungsschicht 104 aus einer mit Aluminium dotierten Zirkonoxidschicht (ZA) und der zweiten Hafniumoxidschicht 105B (H) als ein „HZ-AZ-ZH-Stapel“ bezeichnet werden.
  • Unter Bezugnahme auf 4B kann ein Kondensator 112B dem Kondensator 112A von 4A ähnlich sein. Im Folgenden können detaillierte Beschreibungen der doppelten Komponenten weggelassen werden.
  • Der Kondensator 112B kann eine erste Elektrode 101, einen dielektrischen Schichtstapel DE13, eine zweite Elektrode und eine Wärmequellenschicht 103, die zwischen dem dielektrischen Schichtstapel und der zweiten Elektrode 102 angeordnet ist, umfassen. Der dielektrische Schichtstapel DE13 kann eine dielektrische Schicht HBL2 auf Hafniumoxidbasis und eine Leckblockierschicht 107 umfassen. Die dielektrische Schicht HBL2 auf Hafniumoxidbasis kann eine erste Hafniumoxidschicht 105A, eine zweite Hafniumoxidschicht 105B und eine Keimschicht 106 umfassen. Der dielektrische Schichtstapel DE13 kann ferner eine Grenzflächensteuerschicht 108 umfassen, die zwischen der Leckblockierschicht 107 und der Wärmequellenschicht 103 angeordnet ist. Die Grenzflächensteuerschicht 108 kann dieselbe sein wie die Grenzflächensteuerschicht 108 von 3.
  • Unter Bezugnahme auf 4C kann ein Kondensator 112C dem Kondensator 112A von 4A ähnlich sein. Der Kondensator 112C kann eine erste Elektrode 101, einen dielektrischen Schichtstapel DE14, eine zweite Elektrode und eine Wärmequellenschicht 103, die zwischen dem dielektrischen Schichtstapel und der zweiten Elektrode 102 angeordnet ist, umfassen. Im Folgenden können detaillierte Beschreibungen der doppelten Komponenten weggelassen werden.
  • Der dielektrische Schichtstapel DE14 kann eine dielektrische Schicht HBL3 auf Hafniumoxidbasis und eine Leckblockierschicht 107 umfassen. Die dielektrische Schicht HBL3 auf Hafniumoxidbasis kann eine erste Hafniumoxidschicht 105A, eine zweite Hafniumoxidschicht 105B und eine erste Keimschicht 106A umfassen. Die dielektrische Schicht HBL3 auf Hafniumoxidbasis kann ferner eine zweite Keimschicht 106B zwischen der zweiten Hafniumoxidschicht 105B und der Leckblockierschicht 107 umfassen. Die erste und die zweite Keimschicht 106A und 106B können aus demselben Material bestehen. Jede der ersten und zweiten Keimschicht 106A und 106B kann eine tetragonale Kristallstruktur aufweisen. Jede der ersten und zweiten Keimschicht 106A und 106B kann aus tetragonalem Zirkonoxid bestehen oder dieses umfassen. Die erste Keimschicht 106A kann tetragonales Zirkonoxid sein, in dem eine Dotierungsschicht 104 angeordnet oder eingebettet ist, und die zweite Keimschicht 106B kann aus undotiertem tetragonalem Zirkoniumoxid hergestellt sein oder dieses umfassen. Das undotierte tetragonale Zirkonoxid umfasst nicht die Dotierungsschicht 104. Die erste Keimschicht 106A kann eine größere Dicke als die zweite Keimschicht 106B aufweisen, und daher kann die erste Keimschicht 106A einen größeren Teil des dielektrischen Schichtstapels DE14 einnehmen als die zweite Keimschicht 106B.
  • Wie oben beschrieben, kann die Dotierungsschicht 104 innerhalb der ersten Keimschicht 106A angeordnet oder in diese eingebettet sein, jedoch nicht in der zweiten Keimschicht 106B gebildet sein. Die Kristallisation der zweiten Hafniumoxidschicht 105B kann zunehmend durch die erste und die zweite Keimschicht 106A und 106B gefördert werden.
  • In einigen Ausführungsformen kann die Leckblockierschicht 107 innerhalb der zweiten Keimschicht 106B angeordnet oder in diese eingebettet sein.
  • Wenn die Keimschichten 106 das tetragonale Zirkoniumoxid umfassen, kann ein Stapel der ersten Hafniumoxidschicht 105A und der ersten Keimschicht 106A und ein Stapel der zweiten Hafniumoxidschicht 105B und der zweiten Keimschicht 106B als ein „HZ-Stapel“ bezeichnet werden, und ein Stapel der ersten Keimschicht 106A und der zweiten Hafniumoxidschicht 105B kann als ein „ZH-Stapel“ bezeichnet werden. Eine direkt kontaktierte Grenzfläche I1 kann sich im H-Z-Stapel befinden und eine direkt kontaktierte Grenzfläche I2 kann sich im Z-H-Stapel befinden. Die Kristallisation der ersten und zweiten Hafniumoxidschicht 105A und 105B kann zunehmend durch die direkt kontaktierten Grenzflächen I1 und I2 gefördert werden.
  • Unter Bezugnahme auf 4D kann ein Kondensator 112D dem Kondensator 112C von 4C ähnlich sein. Der Kondensator 112D kann eine erste Elektrode 101, einen dielektrischen Schichtstapel DE15, eine zweite Elektrode und eine Wärmequellenschicht 103, die zwischen dem dielektrischen Schichtstapel und der zweiten Elektrode 102 angeordnet ist, umfassen. Im Folgenden können detaillierte Beschreibungen der doppelten Komponenten weggelassen werden.
  • Der dielektrische Schichtstapel DE15 kann eine dielektrische Schicht HBL3 auf Hafniumoxidbasis und eine Leckblockierschicht 107 umfassen. Die dielektrische Schicht HBL3 auf Hafniumoxidbasis kann eine erste Hafniumoxidschicht 105A, eine erste Keimschicht 106A, eine zweite Hafniumoxidschicht 105B und eine zweite Keimschicht 106B umfassen. Der dielektrische Schichtstapel DE15 kann ferner eine Grenzflächensteuerschicht 108 umfassen, die zwischen der Leckblockierschicht 107 und der Wärmequellenschicht 103 angeordnet ist.
  • In den 4C und 4D können die erste Keimschicht 106A, die zweite Keimschicht 106B und die Wärmequellenschicht 103 die tetragonale Kristallisation der ersten und zweiten Hafniumoxidschicht 105A und 105B fördern. Die Bildung der Wärmequellenschicht 103 kann Wärmeenergie bei niedriger Temperatur bereitstellen, um die erste und die zweite Hafniumoxidschicht 105A und 105B in tetragonale Kristallstrukturen zu kristallisieren. Die erste und die zweite Hafniumoxidschicht 105A und 105B können durch die erste Keimschicht 106A leichter in die tetragonalen Kristallstrukturen kristallisiert werden. Die zweite Hafniumoxidschicht 105B kann durch die zweite Keimschicht 106B in die tetragonale Kristallstruktur kristallisiert werden. Die zweite Hafniumoxidschicht 105B kann durch die erste und zweite Keimschicht 106A und 106B in die tetragonale Kristallstruktur kristallisiert werden.
  • Sowohl die erste Hafniumoxidschicht 105A als auch die zweite Hafniumoxidschicht 105B können reine tetragonale Kristallstrukturen aufweisen.
  • In einigen Ausführungsformen kann die erste Hafniumoxidschicht 105A die reine tetragonale Kristallstruktur aufweisen, und die zweite Hafniumoxidschicht 105B kann die tetragonale Kristallstruktur und die monoklinische Kristallstruktur aufweisen. Die erste Hafniumoxidschicht 105A kann eine höhere Dielektrizitätskonstante aufweisen als die zweite Hafniumoxidschicht 105B. Obwohl die zweite Hafniumoxidschicht 105B eine niedrigere Dielektrizitätskonstante als die erste Hafniumoxidschicht 105A aufweist, kann die zweite Hafniumoxidschicht 105B eine höhere Dielektrizitätskonstante als die erste und zweite Keimschicht 106A und 106B aufweisen. Obwohl die zweite Hafniumoxidschicht 105B eine Struktur aufweist, in der die tetragonale Kristallstruktur und die monoklinische Kristallstruktur gemischt sind, kann die tetragonale Kristallstruktur die zweite Hafniumoxidschicht 105B anstelle der monoklinischen Kristallstruktur dominieren. Da die erste Hafniumoxidschicht 105A eine größere Dicke als die zweite Hafniumoxidschicht 105B aufweist, kann die tetragonale Kristallstruktur in den dielektrischen Schichtstapeln DE14 und DE15 dominant sein.
  • In einigen Ausführungsformen können in den 4A bis 4D jeweils die erste und die zweite Hafniumoxidschicht 105A und 105B der 4A bis 4D einen Dotierstoff umfassen. Der Dotierstoff kann der gleiche oder ein anderer als der Dotierstoff der Dotierungsschicht 104 sein. Der Dotierstoff kann mindestens eines von Strontium (Sr), Lanthan (La), Gadolinium (Gd), Aluminium (Al), Silizium(Si), Yttrium (Y), Zirkonium (Zr), Niob (Nb), Wismut (Bi), Germanium (Ge), Dysprosium (Dy), Titan (Ti), Cer (Ce), Magnesium (Mg) oder Stickstoff (N) umfassen. Jede der ersten und zweiten Hafniumoxidschichten 105A und 105B kann eine dotierte tetragonale Kristallstruktur aufweisen.
  • Unter Bezugnahme auf 5A kann ein Kondensator 113A eine erste Elektrode 101, einen dielektrischen Schichtstapel DE16, eine zweite Elektrode und eine Wärmequellenschicht 103, die zwischen dem dielektrischen Schichtstapel und der zweiten Elektrode 102 angeordnet ist, umfassen.
  • Der dielektrische Schichtstapel DE16 kann eine dielektrische Schicht HBL4 auf Hafniumoxidbasis und eine Leckblockierschicht 107 umfassen.
  • Die dielektrische Schicht HBL4 auf Hafniumoxidbasis kann einen Stapel einer ersten Hafniumoxidschicht 115A, einer ersten Keimschicht 116A, einer zweiten Hafniumoxidschicht 115B, einer zweiten Keimschicht 116B und einer dritten Hafniumoxidschicht 115C umfassen. Die erste Hafniumoxidschicht 115A und die erste Keimschicht 116A können direkt miteinander in Kontakt gebracht werden. Die erste Hafniumoxidschicht 115A kann direkt mit der ersten Elektrode 101 in Kontakt gebracht werden, und die erste Keimschicht 116A kann direkt mit der ersten Hafniumoxidschicht 115A in Kontakt gebracht werden. Die zweite Hafniumoxidschicht 115B kann direkt mit der ersten Keimschicht 116A in Kontakt gebracht werden. Die zweite Keimschicht 116B kann direkt mit der zweiten Hafniumoxidschicht 115B und der dritten Hafniumoxidschicht 115C in Kontakt gebracht werden. Eine direkt kontaktierte Grenzfläche I1 kann sich in dem Stapel zwischen der ersten Hafniumoxidschicht 115A und der ersten Keimschicht 116A befinden. Eine direkt kontaktierte Grenzfläche I2 kann sich in dem Stapel zwischen der ersten Keimschicht 116A und der zweiten Hafniumoxidschicht 115B befinden. Eine direkt kontaktierte Grenzfläche I1 kann sich in dem Stapel zwischen der zweiten Hafniumoxidschicht 115B und der zweiten Keimschicht 116B befinden. Eine direkt kontaktierte Grenzfläche I2 kann sich in dem Stapel zwischen der zweiten Keimschicht 116B und der dritten Hafniumoxidschicht 115C befinden.
  • Die Dotierungsschicht 104 kann nicht in der ersten Keimschicht 116A gebildet sein, sondern ist in die zweite Keimschicht 116B eingebettet.
  • Die erste Keimschicht 116A kann eine geringere Dicke als die zweite Keimschicht 116B aufweisen.
  • Die erste Hafniumoxidschicht 115A kann eine größere Dicke als die zweite und dritte Hafniumoxidschicht 115B und 115C aufweisen. In einer Variation der beschriebenen Ausführungsform von 5A können die erste, zweite und dritte Hafniumoxidschicht 115A, 115B und 115C die gleiche Dicke aufweisen.
  • Unter Bezugnahme auf 5B kann ein Kondensator 113B dem Kondensator 113A von 5A ähnlich sein. Im Folgenden können detaillierte Beschreibungen der doppelten Komponenten weggelassen werden.
  • Der Kondensator 113B kann eine erste Elektrode 101, einen dielektrischen Schichtstapel DE17, eine zweite Elektrode und eine Wärmequellenschicht 103, die zwischen dem dielektrischen Schichtstapel DE17 und der zweiten Elektrode 102 angeordnet ist, umfassen. Der dielektrische Schichtstapel DE17 kann eine dielektrische Schicht HBL4 auf Hafniumoxidbasis und eine Leckblockierschicht 107 umfassen. Die dielektrische Schicht HBL4 auf Hafniumoxidbasis kann einen Stapel einer ersten Hafniumoxidschicht 115A, einer ersten Keimschicht 116A, einer zweiten Hafniumoxidschicht 115B, einer zweiten Keimschicht 116B und einer dritten Hafniumoxidschicht 115C umfassen. Der dielektrische Schichtstapel DE17 kann ferner eine Grenzflächensteuerschicht 108 umfassen, die zwischen der Leckblockierschicht 107 und der Wärmequellenschicht 103 angeordnet ist.
  • In den 5A und 5B können die erste Keimschicht 116A, die zweite Keimschicht 116B und die Wärmequellenschicht 103 die tetragonale Kristallisation der ersten Hafniumoxidschicht 115A, der zweiten Hafniumoxidschicht 115B und der dritten Hafniumoxidschicht 115C fördern. Die Bildung der Wärmequellenschicht 103 kann Wärmeenergie bei niedriger Temperatur bereitstellen, um die erste bis dritte Hafniumoxidschicht 115A bis 115C in die tetragonalen Kristallstrukturen zu kristallisieren. Die erste und die zweite Hafniumoxidschicht 115A und 115B können durch die erste Keimschicht 116A leichter in die tetragonalen Kristallstrukturen kristallisiert werden. Die zweite und dritte Hafniumoxidschicht 115B und 115C können durch die zweite Keimschicht 116B leichter in die tetragonalen Kristallstrukturen kristallisiert werden.
  • Die Kristallisation der ersten und zweiten Hafniumoxidschicht 105A und 105B kann zunehmend durch die direkt kontaktierten Grenzflächen I1 und I2 gefördert werden.
  • Alle ersten bis dritten Hafniumoxidschichten 115A bis 115C können reine tetragonale Kristallstrukturen aufweisen. In einigen Ausführungsformen können die erste und die zweite Hafniumoxidschicht 115A und 115B die reinen tetragonalen Kristallstrukturen aufweisen, und die dritte Hafniumoxidschicht 115C kann eine Struktur aufweisen, in der eine monoklinische Kristallstruktur und die tetragonale Kristallstruktur gemischt sind, wobei die tetragonale Kristallstruktur die dominante Struktur der dritten Hafniumoxidschicht 115C ist. Die tetragonale Kristallstruktur, die die dominante Struktur ist, wie dieser Begriff hier verwendet wird, bedeutet, dass in der dritten Hafniumoxidschicht 115C, wenn sie sowohl aus der monoklinischen Struktur als auch der tetragonalen Kristallstruktur besteht, die tetragonale Kristallstruktur mindestens 60 Prozent des Gesamtmaterials der dritten Hafniumoxidschicht 115C betragen kann.
  • Unter Bezugnahme auf 5C kann ein Kondensator 113C dem Kondensator 113A von 5A mit Ausnahme einer dritten Keimschicht 116C ähnlich sein. Im Folgenden können detaillierte Beschreibungen der doppelten Komponenten weggelassen werden.
  • Der Kondensator 113C kann eine erste Elektrode 101, einen dielektrischen Schichtstapel DE18, eine zweite Elektrode und eine Wärmequellenschicht 103, die zwischen dem dielektrischen Schichtstapel DE18 und der zweiten Elektrode 102 angeordnet ist, umfassen. Der dielektrische Schichtstapel DE18 kann eine dielektrische Schicht HBL5 auf Hafniumoxidbasis und eine Leckblockierschicht 107 umfassen, die auf der dielektrischen Schicht HBL5 auf Hafniumoxidbasis gebildet ist.
  • Die dielektrische Schicht HBL5 auf Hafniumoxidbasis kann einen Stapel einer ersten Hafniumoxidschicht 115A, einer ersten Keimschicht 116A, einer zweiten Hafniumoxidschicht 115B, einer zweiten Keimschicht 116B, einer dritten Hafniumoxidschicht 115C und einer dritten Keimschicht 116C umfassen.
  • Die dritte Keimschicht 116C kann sich zwischen der dritten Hafniumoxidschicht 115C und der Leckblockierschicht 107 befinden. Die erste bis dritte Keimschicht 116A bis 116C kann aus dem gleichen Material bestehen. Die erste bis dritte Keimschicht 116A bis 116C können tetragonale Kristallstrukturen aufweisen. Die erste bis dritte Keimschicht 116A bis 116C kann aus tetragonalem Zirkoniumoxid bestehen oder dieses umfassen. Die zweite Keimschicht 116B kann tetragonales Zirkonoxid sein, in dem eine Dotierungsschicht 104 angeordnet oder eingebettet ist, und die erste und dritte Keimschicht 116A und 116C können aus undotiertem tetragonalem Zirkonoxid hergestellt sein oder dieses umfassen. Hierin umfasst das undotierte tetragonale Zirkonoxid die Dotierungsschicht 104 nicht.
  • Wie oben beschrieben, kann die Dotierungsschicht 104 innerhalb der zweiten Keimschicht 116B angeordnet oder in diese eingebettet sein, jedoch nicht in der ersten und dritten Keimschicht 116A und 116C gebildet sein. Die Kristallisation der dritten Hafniumoxidschicht 115C kann zunehmend durch die dritte und zweite Keimschicht 116C und 116B gefördert werden.
  • In einigen Ausführungsformen kann die Leckblockierschicht 107 innerhalb der dritten Keimschicht 116C angeordnet oder in diese eingebettet sein.
  • Eine direkt kontaktierte Grenzfläche I1 kann sich in dem Stapel zwischen der ersten Hafniumoxidschicht 115A und der ersten Keimschicht 116A befinden. Eine direkt kontaktierte Grenzfläche I2 kann sich in dem Stapel zwischen der ersten Keimschicht 116A und der zweiten Hafniumoxidschicht 115B befinden. Eine direkt kontaktierte Grenzfläche I1 kann sich in dem Stapel zwischen der zweiten Hafniumoxidschicht 115B und der zweiten Keimschicht 116B befinden. Eine direkt kontaktierte Grenzfläche I2 kann sich in dem Stapel zwischen der zweiten Keimschicht 116B und der dritten Hafniumoxidschicht 115C befinden. Eine direkt kontaktierte Grenzfläche I1 kann sich in dem Stapel zwischen der dritten Hafniumoxidschicht 115C und der dritten Keimschicht 116C befinden. Die Kristallisation der ersten, zweiten und dritten Hafniumoxidschicht 115A, 115B und 115C kann zunehmend durch die direkt kontaktierten Grenzflächen I1 und I2 gefördert werden.
  • Unter Bezugnahme auf 5D kann ein Kondensator 113D dem Kondensator 113C von 5C mit Ausnahme der zusätzlichen Grenzflächensteuerschicht 108 ähnlich sein. Im Folgenden können detaillierte Beschreibungen der doppelten Komponenten weggelassen werden.
  • Der Kondensator 113D kann eine erste Elektrode 101, einen dielektrischen Schichtstapel DE19, eine zweite Elektrode 102 und eine Wärmequellenschicht 103, die zwischen dem dielektrischen Schichtstapel DE19 und der zweiten Elektrode 102 angeordnet ist, umfassen. Der dielektrische Schichtstapel DE19 kann eine dielektrische Schicht HBL5 auf Hafniumoxidbasis und eine Leckblockierschicht 107 umfassen, die auf der dielektrischen Schicht HBL5 auf Hafniumoxidbasis gebildet ist. Die dielektrische Schicht HBL5 auf Hafniumoxidbasis kann einen Stapel einer ersten Hafniumoxidschicht 115A, einer ersten Keimschicht 116A, einer zweiten Hafniumoxidschicht 115B, einer zweiten Keimschicht 116B, einer dritten Hafniumoxidschicht 115C und einer dritten Keimschicht 116C umfassen. Der dielektrische Schichtstapel DE19 kann ferner eine Grenzflächensteuerschicht 108 umfassen, die zwischen der Leckblockierschicht 107 und der Wärmequellenschicht 103 angeordnet ist.
  • In einigen Ausführungsformen können die Strukturen der 5A bis 5D ferner einen Dotierstoff in mindestens einer der ersten bis dritten Hafniumoxidschichten 105A, 105B und 105C umfassen. In einigen Ausführungsformen können die Strukturen der 5A bis 5D können ferner einen Dotierstoff in jeder der ersten bis dritten Hafniumoxidschichten 105A, 105B und 105C umfassen. Der Dotierstoff kann zumindest eines von Strontium (Sr), Lanthan (La), Gadolinium (Gd), Aluminium (Al), Silizium (Si), Yttrium (Y), Zirkonium (Zr), Niob (Nb), Wismut (Bi), Germanium (Ge), Dysprosium (Dy), Titan (Ti), Cer (Ce), Magnesium (Mg) oder Stickstoff (N) umfassen. Daher kann in einigen Ausführungsformen jede der ersten bis dritten Hafniumoxidschichten 105A, 105B und 105C eine mit Dotierstoff dotierte tetragonale Kristallstruktur aufweisen.
  • Unter Bezugnahme auf 6A kann ein Kondensator 114A eine erste Elektrode 101, einen dielektrischen Schichtstapel DE20, eine zweite Elektrode 102 und eine Wärmequellenschicht 103, die zwischen dem dielektrischen Schichtstapel DE20 und der zweiten Elektrode 102 angeordnet ist, umfassen.
  • Der dielektrische Schichtstapel DE20 kann eine dielektrische Schicht HBL6 auf Hafniumoxidbasis und eine Leckblockierschicht 107 umfassen, die auf der dielektrischen Schicht HBL6 auf Hafniumoxidbasis gebildet ist. Die dielektrische Schicht HBL6 auf Hafniumoxidbasis kann eine erste Keimschicht 116A, eine erste Hafniumoxidschicht 115A, eine zweite Keimschicht 116B und eine zweite Hafniumoxidschicht 115B umfassen. Die erste Keimschicht 116A kann direkt mit der ersten Elektrode 101 in Kontakt gebracht werden.
  • Die erste Keimschicht 116A und die zweite Keimschicht 116B können aus dem gleichen Material hergestellt sein. Die erste und die zweite Keimschicht 116A und 116B können tetragonale Kristallstrukturen aufweisen. Die erste und die zweite Keimschicht 116A und 116B können aus tetragonalem Zirkoniumoxid bestehen oder dieses umfassen. Die erste Keimschicht 116A kann aus undotiertem tetragonalem Zirkoniumoxid hergestellt sein oder dieses umfassen, und die zweite Keimschicht 116B kann aus tetragonalem Zirkoniumoxid hergestellt sein oder dieses umfassen, in dem eine Dotierungsschicht 104 angeordnet oder eingebettet ist. Das undotierte tetragonale Zirkonoxid umfasst nicht die Dotierungsschicht 104.
  • Wie oben beschrieben, kann die Dotierungsschicht 104 innerhalb der zweiten Keimschicht 116B angeordnet oder in diese eingebettet sein, jedoch nicht in der ersten Keimschicht 116A gebildet sein. Die Kristallisation der zweiten Hafniumoxidschicht 115B kann durch die zweite Keimschicht 116B gefördert werden. Die Kristallisation der ersten Hafniumoxidschicht 115A kann zunehmend durch die erste und die zweite Keimschicht 116A und 116B gefördert werden.
  • Eine direkt kontaktierte Grenzfläche I2 kann sich in einem Stapel der ersten Keimschicht 116A und der ersten Hafniumoxidschicht 115A zwischen der ersten Keimschicht 116A und der ersten Hafniumoxidschicht 115A befinden. Eine direkt kontaktierte Grenzfläche I1 kann sich in einem Stapel der ersten Hafniumoxidschicht 115A und der zweiten Keimschicht 116B zwischen der ersten Hafniumoxidschicht 115A und der zweiten Keimschicht 116B befinden. Eine direkt kontaktierte Grenzfläche I2 kann sich in einem Stapel der zweiten Keimschicht 116B und der zweiten Hafniumoxidschicht 115B zwischen der zweiten Keimschicht 116B und der zweiten Hafniumoxidschicht 115B befinden.
  • Unter Bezugnahme auf 6B kann ein Kondensator 114B eine ähnliche Struktur wie die Struktur von 5A mit Ausnahme einer dritten Keimschicht 116C aufweisen. Insbesondere kann der Kondensator 114B eine erste Elektrode 101, einen dielektrischen Schichtstapel DE21, eine zweite Elektrode 102 und eine Wärmequellenschicht 103, die zwischen dem dielektrischen Schichtstapel DE21 und der zweiten Elektrode 102 angeordnet ist, umfassen.
  • Der dielektrische Schichtstapel DE21 kann eine dielektrische Schicht HBL7 auf Hafniumoxidbasis und eine Leckblockierschicht 107 umfassen, die auf der dielektrischen Schicht HBL7 auf Hafniumoxidbasis gebildet ist. Die dielektrische Schicht HBL7 auf Hafniumoxidbasis kann eine erste Keimschicht 116A, eine erste Hafniumoxidschicht 115A, eine zweite Keimschicht 116B, eine zweite Hafniumoxidschicht 115B und eine dritte Keimschicht 116C umfassen.
  • Die erste Keimschicht 116A, die zweite Keimschicht 116B und die dritte Keimschicht 116C können aus demselben Material gebildet sein. Die erste bis dritte Keimschicht 161A, 116B und 116C können tetragonale Kristallstrukturen aufweisen.
  • Die erste bis dritte Keimschicht 116A, 116B und 116C kann aus tetragonalem Zirkoniumoxid bestehen oder dieses umfassen. Die zweite Keimschicht 116B kann aus tetragonalem Zirkonoxid hergestellt sein oder dieses umfassen, in dem eine Dotierungsschicht 104 angeordnet oder eingebettet ist, und die erste und dritte Keimschicht 116A und 116C können aus undotiertem tetragonalem Zirkoniumoxid hergestellt sein oder dieses umfassen. Das undotierte tetragonale Zirkonoxid umfasst nicht die Dotierungsschicht 104.
  • Wie oben beschrieben, kann die Dotierungsschicht 104 innerhalb der zweiten Keimschicht 116B angeordnet oder in diese eingebettet sein, jedoch nicht in der ersten und dritten Keimschicht 116A und 116C gebildet sein. Die Kristallisation der ersten Hafniumoxidschicht 115A kann durch die erste und zweite Keimschicht 116A und 116B gefördert werden. Die Kristallisation der zweiten Hafniumoxidschicht 115B kann zunehmend durch die zweite und dritte Keimschicht 116B und 116C gefördert werden.
  • In einigen Ausführungsformen kann die Leckblockierschicht 107 in der dritten Keimschicht 116C angeordnet oder in diese eingebettet sein.
  • Eine direkt kontaktierte Grenzfläche I2 kann sich in dem Stapel zwischen der ersten Keimschicht 116A und der ersten Hafniumoxidschicht 115A befinden. Eine direkt kontaktierte Grenzfläche I1 kann sich in dem Stapel zwischen der ersten Hafniumoxidschicht 115A und der zweiten Keimschicht 116B befinden. Eine direkt kontaktierte Grenzfläche I2 kann sich in dem Stapel zwischen der zweiten Keimschicht 116B und der zweiten Hafniumoxidschicht 115B befinden. Eine direkt kontaktierte Grenzfläche I1 kann sich in dem Stapel zwischen der zweiten Hafniumoxidschicht 115B und der dritten Keimschicht 116C befinden.
  • In einigen Ausführungsformen kann jede der dielektrischen Schichten DE20 und DE21 der 6A und 6B ferner eine Grenzflächensteuerschicht (nicht dargestellt) zwischen der Leckblockierschicht 107 und der Wärmequellenschicht 103 umfassen. Die Grenzflächensteuerschicht kann der Grenzflächensteuerschicht 108 in den oben beschriebenen Ausführungsformen entsprechen.
  • Unter Bezugnahme auf 7A kann ein Kondensator 115 eine erste Elektrode 101, einen dielektrischen Schichtstapel DE22', eine zweite Elektrode 102 und eine Wärmequellenschicht 103, die zwischen dem dielektrischen Schichtstapel DE22' und der zweiten Elektrode 102 angeordnet ist, umfassen. Beschreibungen der ersten Elektrode 101, einer Leckblockierschicht 107, der Wärmequellenschicht 103 und der zweiten Elektrode 102 werden unter Bezugnahme auf die oben beschriebenen Ausführungsformen bereitgestellt.
  • Der dielektrische Schichtstapel DE22' kann eine dielektrische Schicht HBL8' auf Hafniumoxidbasis und die Leckblockierschicht 107 umfassen. Die dielektrische Schicht HBL8 auf Hafniumoxidbasis kann eine Keimschicht 206, eine Hafniumoxidschicht 205 und eine Dotierungsschicht 204 umfassen.
  • Die Keimschicht 206 kann direkt mit der ersten Elektrode 101 und der Hafniumoxidschicht 205 in Kontakt gebracht werden und somit die Hafniumoxidschicht 205 effektiv zu einer tetragonalen Kristallstruktur kristallisieren.
  • Eine direkt kontaktierte Grenzfläche I2 kann sich in dem Stapel zwischen der Keimschicht 206 und der Hafniumoxidschicht 205 befinden.
  • Der dielektrische Schichtstapel DE22' kann eine mehrschichtige Struktur umfassen, in der die Hafniumoxidschicht 205 und die Keimschicht 206 direkt miteinander in Kontakt stehen. Der dielektrische Schichtstapel DE22 kann eine oder mehrere direkt kontaktierte Grenzfläche umfassen.
  • Der dielektrische Schichtstapel DE22' kann die mehrschichtige Struktur mit der direkt kontaktierten Grenzfläche I2 aufweisen, an der die Hafniumoxidschicht 205 und die Keimschicht 206 direkt miteinander in Kontakt stehen. Wenn die Keimschicht 206 tetragonales Zirkonoxid umfasst, können der Stapel der Keimschicht 206 und die Hafniumoxidschicht 205 als „Z-H-Stapel“ bezeichnet werden. Die direkt kontaktierte Grenzfläche I2 kann sich im Z-H-Stapel befinden. Die direkt kontaktierte Grenzfläche I2 zwischen der Keimschicht 206 und der Hafniumoxidschicht 205 kann eine direkt kontaktierte Grenzfläche zwischen den tetragonalen Kristallstrukturen sein.
  • Die Hafniumoxidschicht 205 kann eine reine tetragonale Kristallstruktur aufweisen.
  • Der dielektrische Schichtstapel DE22' kann ferner eine Dotierungsschicht 204 umfassen. Die Dotierungsschicht 204 kann zunehmend die Kristallisation der Hafniumoxidschicht 205 fördern und zunehmend einen Leckstrom des dielektrischen Schichtstapels DE22' unterdrücken. Die Dotierungsschicht 204 kann ultradünn sein und kann in der Hafniumoxidschicht 205 angeordnet oder in diese eingebettet sein. Die Dotierungsschicht 204 kann Kristallkörner der Hafniumoxidschicht 205 nicht trennen. Mit anderen Worten kann die Dotierungsschicht 204 die tetragonale Kristallstruktur der Hafniumoxidschicht 205 nicht trennen. Die Dotierungsschicht 204 kann durch Dotieren der Hafniumoxidschicht 205 mit einem Dotierstoff gebildet werden. Die Dotierungsschicht 204 kann von der direkt kontaktierten Grenzfläche I2 beabstandet sein, um in die Hafniumoxidschicht 205 eingebettet zu werden.
  • Wenn die Hafniumoxidschicht 205 tetragonales Hafniumoxid umfasst, kann die Dotierungsschicht 204 tetragonales Hafniumoxid umfassen, das mit einem Dotierstoff dotiert ist. In einer Ausführungsform kann der Dotierstoff der Dotierungsschicht 204 Aluminium (Al) oder Beryllium (Be) umfassen. Beispielsweise kann die Dotierungsschicht 204 mit Aluminium dotiertes tetragonales Hafniumoxid oder mit Beryllium dotiertes tetragonales Hafniumoxid umfassen.
  • Die Hafniumoxidschicht 205 kann durch die Keimschicht 206 und die Wärmequellenschicht 103 in die tetragonale Kristallstruktur kristallisiert werden.
  • Die Dotierungsschicht 204 kann eine höhere Bandlücke als die Keimschicht 206 und die Hafniumoxidschicht 205 aufweisen.
  • Auf diese Weise kann nicht nur die Dotierungsschicht 204 die Kristallisation der Hafniumoxidschicht 205 weiter fördern, sondern auch die hohe Bandlücke der Dotierungsschicht 204 kann einen Leckstrom des Kondensators 115 unterdrücken.
  • Die Leckblockierschicht 107 kann zwischen der Hafniumoxidschicht 205 und der Wärmequellenschicht 103 gebildet sein. In einer Ausführungsform kann die Leckblockierschicht 107 Aluminiumoxid oder Berylliumoxid umfassen.
  • In einigen Ausführungsformen kann die Leckblockierschicht 107 innerhalb der oberen Fläche der Hafniumoxidschicht 205 angeordnet oder in diese eingebettet sein. Die Leckblockierschicht 107 kann mit Aluminium dotiertes Hafniumoxid oder mit Beryllium dotiertes Hafniumoxid umfassen.
  • 7B zeigt ein detailliertes Diagramm der Hafniumoxidschicht 205.
  • Unter Bezugnahme auf 7B kann die Dotierungsschicht 204 innerhalb der Hafniumoxidschicht 205 angeordnet oder in diese eingebettet sein. Die Hafniumoxidschicht 205, in der die Dotierungsschicht 204 angeordnet oder eingebettet ist, kann als eine undotierte untere Hafniumoxidschicht 205L, die Dotierungsschicht 204 und eine undotierte obere Hafniumoxidschicht 205U definiert werden. Jede der undotierten unteren Hafniumoxidschicht 205L, der Dotierungsschicht 204 und der undotierten oberen Hafniumoxidschicht 205U kann eine tetragonale Kristallstruktur aufweisen. Die undotierte untere Hafniumoxidschicht 205L, die Dotierungsschicht 204 und die undotierte obere Hafniumoxidschicht 205U können Kristallkörner 205G umfassen, die nicht getrennt, sondern kontinuierlich sind. Die Dotierungsschicht 204 kann die Kristallkörner 205G der undotierten unteren Hafniumoxidschicht 205L und die Kristallkörner 205G der undotierten oberen Hafniumoxidschicht 205U nicht trennen. Die undotierte untere Hafniumoxidschicht 205L kann eine größere Dicke als die undotierte obere Hafniumoxidschicht 205U (T21>T22) aufweisen, und die Dotierungsschicht 204 kann eine wesentlich geringere Dicke als die undotierte obere Hafniumoxidschicht 205U und die undotierte untere Hafniumoxidschicht 205L aufweisen. Die Dotierungsschicht 204 kann sich zwischen der undotierten unteren Hafniumoxidschicht 205L und der undotierten oberen Hafniumoxidschicht 205U befinden und eine ultradünne Dicke aufweisen, um die Kristallkörner 205G der undotierten unteren Hafniumoxidschicht 205L und die Kristallkörner 205G der undotierten oberen Hafniumoxidschicht 205U nicht zu trennen. In einigen Ausführungsformen können die undotierte untere Hafniumoxidschicht 205L und die undotierte obere Hafniumoxidschicht 205U die gleiche Dicke aufweisen. In einigen Ausführungsformen kann die undotierte untere Hafniumoxidschicht 205L eine geringere Dicke als die undotierte obere Hafniumoxidschicht 205U aufweisen.
  • In einigen Ausführungsformen kann die Dotierungsschicht 204 eine Aluminiumoxidschicht mit einer ultrakleinen und diskontinuierlichen Dicke umfassen. Die ultrakleine und diskontinuierliche Dicke kann eine Dicke angeben, die die Kristallkörner 205G der undotierten unteren Hafniumoxidschicht 205L und die Kristallkörner 205G der undotierten oberen Hafniumoxidschicht 205U nicht trennt.
  • Jede der undotierten unteren Hafniumoxidschicht 205L und der undotierten oberen Hafniumoxidschicht 205U kann undotiertes tetragonales Hafniumoxid sein, und die Dotierungsschicht 204 kann dotiertes tetragonales Hafniumoxid sein. Die Dotierungsschicht 204 kann Aluminium oder Beryllium als Dotierstoff umfassen.
  • Wie oben beschrieben, kann die Dotierungsschicht 204 keine Oxidschicht des Dotierstoffs sein, obwohl die Dotierungsschicht 204 den Dotierstoff umfasst. Beispielsweise kann die Dotierungsschicht 204 eher eine mit Aluminium dotierte tetragonale Hafniumoxidschicht als eine Aluminiumoxidschicht (Al2O3) sein. Zusätzlich kann die Dotierungsschicht 204 eher Beryllium-dotiertes tetragonales Hafniumoxid als eine Berylliumoxidschicht sein.
  • Die undotierte untere Hafniumoxidschicht 205L, die Dotierungsschicht 204 und die undotierte obere Hafniumoxidschicht 205U können als erste Hafniumoxidschicht, Aluminium-dotierte Hafniumoxidschicht bzw. zweite Hafniumoxidschicht bezeichnet werden. Das Hafniumoxid 205, in dem die Dotierungsschicht 204 angeordnet oder eingebettet ist, kann einen „H-AH-H-Stapel“ umfassen, in dem die erste Hafniumoxidschicht, die mit Aluminium dotierte Hafniumoxidschicht und die zweite Hafniumoxidschicht nacheinander gestapelt sind.
  • Unter Bezugnahme auf 8A kann ein Kondensator 115A eine erste Elektrode 101, einen dielektrischen Schichtstapel DE22, eine zweite Elektrode 102 und eine Wärmequellenschicht 103, die zwischen dem dielektrischen Schichtstapel DE22 und der zweiten Elektrode 102 angeordnet ist, umfassen. Beschreibungen der ersten Elektrode 101, einer Leckblockierschicht 107, der Wärmequellenschicht 103 und der zweiten Elektrode 102 können unter Bezugnahme auf die oben beschriebenen Ausführungsformen bereitgestellt werden.
  • Der dielektrische Schichtstapel DE22 kann eine dielektrische Schicht HBL8 auf Hafniumoxidbasis und die Leckblockierschicht 107 umfassen. Die dielektrische Schicht HBL8 auf Hafniumoxidbasis kann eine erste Keimschicht 206A, eine Hafniumoxidschicht 205, eine Dotierungsschicht 204 und eine zweite Keimschicht 206B umfassen. Die Dotierungsschicht 204 kann in der Hafniumoxidschicht 205 angeordnet oder in diese eingebettet sein.
  • Die erste Keimschicht 206A und die zweite Keimschicht 206B können direkt mit der Hafniumoxidschicht 205 in Kontakt gebracht werden und somit die Hafniumoxidschicht 205 effektiv zu einer tetragonalen Kristallstruktur kristallisieren.
  • Eine direkt kontaktierte Grenzfläche I2 kann sich in dem Stapel zwischen der ersten Keimschicht 206A und der Hafniumoxidschicht 205 befinden. Eine direkt kontaktierte Grenzfläche I1 kann sich in dem Stapel zwischen der Hafniumoxidschicht 205 und der zweiten Keimschicht 206B befinden.
  • Der dielektrische Schichtstapel DE22 kann eine mehrschichtige Struktur umfassen, in der die Hafniumoxidschicht 205 und die erste und zweite Keimschicht 206A und 206B direkt miteinander in Kontakt stehen. Der dielektrische Schichtstapel DE22 kann eine oder mehrere direkt kontaktierte Grenzflächen umfassen.
  • Der dielektrische Schichtstapel DE22 kann eine mehrschichtige Struktur aufweisen, die die direkt kontaktierte Grenzfläche I1 und I2 umfasst, an der die Hafniumoxidschicht 205 und die erste und zweite Keimschicht 206A bzw. 206B direkt miteinander in Kontakt stehen. Wenn die erste Keimschicht 206A tetragonales Zirkonoxid umfasst, kann der Stapel der ersten Keimschicht 206A und der Hafniumoxidschicht 205 als ein „ZH-Stapel“ bezeichnet werden, und der Stapel der Hafniumoxidschicht 205 und der zweiten Keimschicht 206B kann als ein „HZ-Stapel“ bezeichnet werden. Die direkt kontaktierte Grenzfläche I2 kann sich im Z-H-Stapel befinden, und die direkt kontaktierte Grenzfläche I1 kann sich im H-Z-Stapel befinden. Jede der direkt kontaktierten Grenzflächen I1 und I2 kann eine direkt kontaktierte Grenzfläche zwischen den tetragonalen Kristallstrukturen sein.
  • Die Hafniumoxidschicht 205 kann eine reine tetragonale Kristallstruktur aufweisen.
  • Die dielektrische Schicht DE22 kann ferner die Dotierungsschicht 204 umfassen. Die Dotierungsschicht 204 kann zunehmend die Kristallisation der Hafniumoxidschicht 205 fördern und zunehmend einen Leckstrom des dielektrischen Schichtstapels DE22 unterdrücken. Die Dotierungsschicht 204 kann ultradünn sein und kann in die Hafniumoxidschicht 205 eingebettet sein. Die Dotierungsschicht 204 kann Kristallkörner der Hafniumoxidschicht 205 nicht trennen. Mit anderen Worten kann die Dotierungsschicht 204 die tetragonale Kristallstruktur der Hafniumoxidschicht 205 nicht trennen. Die Dotierungsschicht 204 kann durch Dotieren der Hafniumoxidschicht 205 mit einem Dotierstoff gebildet werden.
  • Wenn die Hafniumoxidschicht 205 tetragonales Hafniumoxid umfasst, kann die Dotierungsschicht 204 tetragonales Hafniumoxid umfassen, das mit einem Dotierstoff dotiert ist. In einer Ausführungsform kann der Dotierstoff der Dotierungsschicht 204 Aluminium (Al) oder Beryllium (Be) umfassen. Beispielsweise kann die Dotierungsschicht 204 mit Aluminium dotiertes tetragonales Hafniumoxid oder mit Beryllium dotiertes tetragonales Hafniumoxid umfassen.
  • Die Hafniumoxidschicht 205 kann durch die erste und zweite Keimschicht 206A und 206B und die Wärmequellenschicht 103 in die tetragonale Kristallstruktur kristallisiert werden.
  • Die Dotierungsschicht 204 kann eine höhere Bandlücke als die erste und zweite Keimschicht 206A und 206B und die Hafniumoxidschicht 205 aufweisen.
  • Auf diese Weise kann nicht nur die Dotierungsschicht 204 zunehmend die Kristallisation der Hafniumoxidschicht 205 fördern, sondern auch die hohe Bandlücke der Dotierungsschicht 204 kann einen Leckstrom des Kondensators 115A unterdrücken.
  • Die Leckblockierschicht 107 kann zwischen der zweiten Keimschicht 206B und der Wärmequellenschicht 103 gebildet sein. In einer Ausführungsform kann die Leckblockierschicht 107 Aluminiumoxid oder Berylliumoxid umfassen.
  • In einigen Ausführungsformen kann die Leckblockierschicht 107 innerhalb der oberen Fläche der zweiten Keimschicht 206B angeordnet oder in diese eingebettet sein. In einer Ausführungsform kann die Leckblockierschicht 107 aus mit Aluminium dotiertem Zirkonoxid oder mit Beryllium dotiertem Zirkoniumoxid bestehen oder dieses umfassen.
  • Unter Bezugnahme auf 8B kann ein Kondensator 115B dem Kondensator 115A von 8A ähnlich sein. Im Folgenden können detaillierte Beschreibungen der doppelten Komponenten weggelassen werden.
  • Der Kondensator 115B kann eine erste Elektrode 101, einen dielektrischen Schichtstapel DE23, eine zweite Elektrode 102 und eine Wärmequellenschicht 103, die zwischen dem dielektrischen Schichtstapel DE23 und der zweiten Elektrode 102 angeordnet ist, umfassen. Der dielektrische Schichtstapel DE23 kann eine dielektrische Schicht HBL8 auf Hafniumoxidbasis und eine Leckblockierschicht 107 umfassen, die auf der dielektrischen Schicht auf Hafniumoxidbasis gebildet ist. Der dielektrische Schichtstapel DE23 kann ferner eine Grenzflächensteuerschicht 108 umfassen, die zwischen der Leckblockierschicht 107 und der Wärmequellenschicht 103 angeordnet ist.
  • Unter Bezugnahme auf 8C kann ein Kondensator 115C dem Kondensator 115A von 8A ähnlich sein. Im Folgenden können detaillierte Beschreibungen der doppelten Komponenten weggelassen werden.
  • Der Kondensator 115C kann eine erste Elektrode 101, einen dielektrischen Schichtstapel DE24, eine zweite Elektrode und eine Wärmequellenschicht 103, die zwischen dem dielektrischen Schichtstapel und der zweiten Elektrode 102 angeordnet ist, umfassen. Der dielektrische Schichtstapel DE24 kann eine dielektrische Schicht HBL9 auf Hafniumoxidbasis und eine Leckblockierschicht 107 umfassen, die auf der dielektrischen Schicht auf Hafniumoxidbasis gebildet ist.
  • Die dielektrische Schicht HBL9 auf Hafniumoxidbasis kann eine erste Keimschicht 206A, eine erste Hafniumoxidschicht 205A, eine Dotierungsschicht 204, eine zweite Keimschicht 206B und eine zweite Hafniumoxidschicht 205B umfassen. Die zweite Hafniumoxidschicht 205B kann sich zwischen der zweiten Keimschicht 206B und der Leckblockierschicht 107 befinden. Eine direkt kontaktierte Grenzfläche I2 kann sich in dem Stapel zwischen der ersten Keimschicht 206A und der ersten Hafniumoxidschicht 205A befinden. Eine direkt kontaktierte Grenzfläche I1 kann sich in dem Stapel zwischen der ersten Hafniumoxidschicht 205A und der zweiten Keimschicht 206B befinden. Eine direkt kontaktierte Grenzfläche I2 kann sich in dem Stapel zwischen der zweiten Keimschicht 206B und der zweiten Hafniumoxidschicht 205B befinden.
  • Die erste Hafniumoxidschicht 205A und die zweite Hafniumoxidschicht 205B können aus demselben Material gebildet sein. Die erste Hafniumoxidschicht 205A und die zweite Hafniumoxidschicht 205B können tetragonale Kristallstrukturen aufweisen. Die erste Hafniumoxidschicht 205A und die zweite Hafniumoxidschicht 205B können tetragonales Hafniumoxid umfassen. Die erste Hafniumoxidschicht 205A kann tetragonales Hafniumoxid umfassen, in dem die Dotierungsschicht 204 angeordnet oder eingebettet ist, und die zweite Hafniumoxidschicht 205B kann undotiertes tetragonales Hafniumoxid umfassen. Die Dotierungsschicht 204 ist in dem undotierten tetragonalen Hafniumoxid nicht vorhanden.
  • Wie oben beschrieben, kann die Dotierungsschicht 204 in der ersten Hafniumoxidschicht 205A angeordnet oder in diese eingebettet sein, jedoch nicht in der zweiten Hafniumoxidschicht 205B gebildet sein. Die Kapazität des dielektrischen Schichtstapels DE24 kann durch die zweite Hafniumoxidschicht 205B stark erhöht werden.
  • Unter Bezugnahme auf 8D kann ein Kondensator 115D dem Kondensator 115C von 8C mit Ausnahme der Grenzflächensteuerschicht 108 ähnlich sein. Im Folgenden können detaillierte Beschreibungen der doppelten Komponenten weggelassen werden.
  • Der Kondensator 115D kann eine erste Elektrode 101, einen dielektrischen Schichtstapel DE25, eine zweite Elektrode 102 und eine Wärmequellenschicht 103, die zwischen dem dielektrischen Schichtstapel DE25 und der zweiten Elektrode 102 angeordnet ist, umfassen. Der dielektrische Schichtstapel DE25 kann eine dielektrische Schicht HBL9 auf Hafniumoxidbasis und eine Leckblockierschicht 107 umfassen, die auf der dielektrischen Schicht HBL9 auf Hafniumoxidbasis gebildet ist.
  • Die dielektrische Schicht HBL9 auf Hafniumoxidbasis kann eine erste Keimschicht 206A, eine erste Hafniumoxidschicht 205A mit einer darin eingebetteten Dotierungsschicht 204, eine zweite Keimschicht 206B und eine zweite Hafniumoxidschicht 205B umfassen. Der dielektrische Schichtstapel DE25 kann ferner die Grenzflächensteuerschicht 108 umfassen, die zwischen der Leckblockierschicht 107 und der Wärmequellenschicht 103 angeordnet ist.
  • Unter Bezugnahme auf 9A kann ein Kondensator 116A eine erste Elektrode 101, einen dielektrischen Schichtstapel DE26, eine zweite Elektrode 102 und eine Wärmequellenschicht 103, die zwischen dem dielektrischen Schichtstapel DE26 und der zweiten Elektrode 102 angeordnet ist, umfassen.
  • Der dielektrische Schichtstapel DE26 kann eine dielektrische Schicht HBL10 auf Hafniumoxidbasis und eine Leckblockierschicht 107 umfassen, die auf der dielektrischen Schicht HBL10 auf Hafniumoxidbasis gebildet ist.
  • Die dielektrische Schicht HBL10 auf Hafniumoxidbasis kann einen Stapel einer ersten Keimschicht 216A, einer ersten Hafniumoxidschicht 215A, einer zweiten Keimschicht 216B, einer zweiten Hafniumoxidschicht 215B mit einer darin eingebetteten Dotierungsschicht 204 und eine dritte Keimschicht 216C umfassen.
  • Die erste Hafniumoxidschicht 215A kann undotiertes tetragonales Hafniumoxid umfassen. Die erste Hafniumoxidschicht 215A kann eine geringere Dicke als die zweite Hafniumoxidschicht 215B aufweisen.
  • Die erste Keimschicht 216A und die erste Hafniumoxidschicht 215A können direkt miteinander in Kontakt gebracht werden. Die erste Keimschicht 216A kann direkt mit der ersten Elektrode 101 und der ersten Hafniumoxidschicht 215A in Kontakt gebracht werden. Die zweite Hafniumoxidschicht 215B kann direkt mit der zweiten Keimschicht 216B und der dritten Keimschicht 216C in Kontakt gebracht werden. Die zweite Hafniumoxidschicht 215A kann direkt mit der zweiten Keimschicht 216B in Kontakt gebracht werden. Eine direkt kontaktierte Grenzfläche I2 kann sich in dem Stapel zwischen der ersten Keimschicht 216A und der ersten Hafniumoxidschicht 215A befinden. Eine direkt kontaktierte Grenzfläche I1 kann sich in dem Stapel zwischen der ersten Hafniumoxidschicht 215A und der zweiten Keimschicht 216B befinden. Eine direkt kontaktierte Grenzfläche I2 kann sich in dem Stapel zwischen der zweiten Keimschicht 216B und der zweiten Hafniumoxidschicht 215B befinden. Eine direkt kontaktierte Grenzfläche I1 kann sich in dem Stapel zwischen der zweiten Hafniumoxidschicht 215B und der dritten Keimschicht 216C befinden.
  • Unter Bezugnahme auf 9B kann ein Kondensator 116B dem Kondensator 116A von 9A mit Ausnahme der zusätzlichen Grenzflächensteuerschicht 108 ähnlich sein. Im Folgenden können detaillierte Beschreibungen der doppelten Komponenten weggelassen werden.
  • Der Kondensator 116B kann eine erste Elektrode 101, einen dielektrischen Schichtstapel DE27, eine zweite Elektrode und eine Wärmequellenschicht 103, die zwischen dem dielektrischen Schichtstapel DE27 und der zweiten Elektrode 102 angeordnet ist, umfassen. Der dielektrische Schichtstapel DE27 kann eine dielektrische Schicht HBL10 auf Hafniumoxidbasis und eine Leckblockierschicht 107 umfassen, die auf der dielektrischen Schicht HBL10 auf Hafniumoxidbasis gebildet ist. Die dielektrische Schicht HBL10 auf Hafniumoxidbasis kann einen Stapel einer ersten Keimschicht 216A, einer ersten Hafniumoxidschicht 215A, einer zweiten Keimschicht 216B, einer zweiten Hafniumoxidschicht 215B, einer Dotierungsschicht 204 und einer dritten Keimschicht 216C umfassen. Der dielektrische Schichtstapel DE27 kann ferner eine Grenzflächensteuerschicht 108 umfassen, die zwischen der Leckblockierschicht 107 und der Wärmequellenschicht 103 angeordnet ist.
  • Unter Bezugnahme auf 9C kann ein Kondensator 116C dem Kondensator 116A von 9A mit Ausnahme der zusätzlichen dritten Hafniumoxidschicht 215C ähnlich sein. Im Folgenden können detaillierte Beschreibungen der doppelten Komponenten weggelassen werden.
  • Der Kondensator 116C kann eine erste Elektrode 101, einen dielektrischen Schichtstapel DE28, eine zweite Elektrode 102 und eine Wärmequellenschicht 103, die zwischen dem dielektrischen Schichtstapel DE28 und der zweiten Elektrode 102 angeordnet ist, umfassen. Der dielektrische Schichtstapel DE28 kann eine dielektrische Schicht HBL11 auf Hafniumoxidbasis und eine Leckblockierschicht 107 umfassen, die auf der dielektrischen Schicht HBL11 auf Hafniumoxidbasis gebildet ist. Die dielektrische Schicht HBL11 auf Hafniumoxidbasis kann einen Stapel einer ersten Keimschicht 216A, einer ersten Hafniumoxidschicht 215A, einer zweiten Keimschicht 216B, einer zweiten Hafniumoxidschicht 215B mit einer darin eingebetteten Dotierungsschicht 204, einer dritten Keimschicht 216C und einer dritten Hafniumoxidschicht 215C umfassen. Die dritte Hafniumoxidschicht 215C kann sich zwischen der dritten Keimschicht 216C und der Leckblockierschicht 107 befinden.
  • Eine direkt kontaktierte Grenzfläche I2 kann sich in dem Stapel zwischen der ersten Keimschicht 216A und der ersten Hafniumoxidschicht 215A befinden. Eine direkt kontaktierte Grenzfläche I1 kann sich in dem Stapel zwischen der ersten Hafniumoxidschicht 215A und der zweiten Keimschicht 216B befinden. Eine direkt kontaktierte Grenzfläche I2 kann sich in dem Stapel zwischen der zweiten Keimschicht 216B und der zweiten Hafniumoxidschicht 215B befinden. Eine direkt kontaktierte Grenzfläche I1 kann sich in dem Stapel zwischen der zweiten Hafniumoxidschicht 215B und der dritten Keimschicht 216C befinden. Eine direkt kontaktierte Grenzfläche I2 kann sich in dem Stapel zwischen der dritten Keimschicht 216C und der dritten Hafniumoxidschicht 215C befinden.
  • Die erste Hafniumoxidschicht 215A, die zweite Hafniumoxidschicht 215B und die dritte Hafniumoxidschicht 215C können aus demselben Material gebildet sein. Die erste Hafniumoxidschicht 215A, die zweite Hafniumoxidschicht 215B und die dritte Hafniumoxidschicht 215C können tetragonale Kristallstrukturen aufweisen. Die erste Hafniumoxidschicht 215A, die zweite Hafniumoxidschicht 215B und die dritte Hafniumoxidschicht 215C können tetragonales Hafniumoxid umfassen. Die erste und dritte Hafniumoxidschicht 215A und 215C können undotiertes tetragonales Hafniumoxid umfassen. Die Dotierungsschicht 204 ist in dem undotierten tetragonalen Hafniumoxid nicht vorhanden.
  • Wie oben beschrieben, kann die Dotierungsschicht 204 innerhalb der zweiten Hafniumoxidschicht 215B angeordnet oder in diese eingebettet sein, jedoch nicht in der ersten Hafniumoxidschicht 215A und der dritten Hafniumoxidschicht 215C gebildet sein. Die Kapazität des dielektrischen Schichtstapels DE28 kann durch die dritte Hafniumoxidschicht 215C stark erhöht werden.
  • Unter Bezugnahme auf 9D kann ein Kondensator 116D dem Kondensator 116C von 9C mit Ausnahme der zusätzlichen Grenzflächensteuerschicht 108 ähnlich sein. Im Folgenden können detaillierte Beschreibungen der doppelten Komponenten weggelassen werden.
  • Der Kondensator 116D kann eine erste Elektrode 101, einen dielektrischen Schichtstapel DE29, eine zweite Elektrode 102 und eine Wärmequellenschicht 103, die zwischen dem dielektrischen Schichtstapel DE29 und der zweiten Elektrode 102 angeordnet ist, umfassen. Der dielektrische Schichtstapel DE29 kann eine dielektrische Schicht HBL11 auf Hafniumoxidbasis und eine Leckblockierschicht 107 umfassen, die auf der dielektrischen Schicht auf Hafniumoxidbasis gebildet ist. Die dielektrische Schicht HBL11 auf Hafniumoxidbasis kann einen Stapel einer ersten Keimschicht 216A, einer ersten Hafniumoxidschicht 215A, einer zweiten Keimschicht 216B, einer zweiten Hafniumoxidschicht 215B mit einer darin eingebetteten Dotierungsschicht 204, einer dritten Keimschicht 216C und einer dritten Hafniumoxidschicht 215C umfassen. Die dritte Hafniumoxidschicht 215C kann sich zwischen der dritten Keimschicht 216C und der Leckblockierschicht 107 befinden.
  • Der dielektrische Schichtstapel DE29 kann ferner eine Grenzflächensteuerschicht 108 umfassen, die zwischen der Leckblockierschicht 107 und der Wärmequellenschicht 103 angeordnet ist.
  • Unter Bezugnahme auf 10A kann ein Kondensator 117A eine erste Elektrode 101, einen dielektrischen Schichtstapel DE30, eine zweite Elektrode 102 und eine Wärmequellenschicht 103, die zwischen dem dielektrischen Schichtstapel DE30 und der zweiten Elektrode 102 angeordnet ist, umfassen. Der dielektrische Schichtstapel DE30 kann eine dielektrische Schicht HBL12 auf Hafniumoxidbasis und eine Leckblockierschicht 107 umfassen, die auf der dielektrischen Schicht HBL12 auf Hafniumoxidbasis gebildet ist. Die dielektrische Schicht HBL12 auf Hafniumoxidbasis kann eine erste Hafniumoxidschicht 225A, eine erste Keimschicht 226A, eine zweite Hafniumoxidschicht 225B und eine zweite Keimschicht 226B umfassen. Die erste Hafniumoxidschicht 225A kann sich zwischen der ersten Elektrode 101 und der ersten Keimschicht 226A befinden.
  • Eine direkt kontaktierte Grenzfläche I1 kann sich in dem Stapel zwischen der ersten Hafniumoxidschicht 225A und der ersten Keimschicht 226A befinden. Eine direkt kontaktierte Grenzfläche I2 kann sich in dem Stapel zwischen der ersten Keimschicht 226A und der zweiten Hafniumoxidschicht 225B befinden. Eine direkt kontaktierte Grenzfläche I1 kann sich in dem Stapel zwischen der zweiten Hafniumoxidschicht 225B und der zweiten Keimschicht 226B befinden.
  • Die erste Hafniumoxidschicht 225A und die zweite Hafniumoxidschicht 225B können aus demselben Material gebildet sein. Die erste Hafniumoxidschicht 225A und die zweite Hafniumoxidschicht 225B können tetragonale Kristallstrukturen aufweisen. Die erste Hafniumoxidschicht 225A und die zweite Hafniumoxidschicht 225B können tetragonales Hafniumoxid umfassen. Die erste Hafniumoxidschicht 225A kann undotiertes tetragonales Hafniumoxid umfassen. Die Dotierungsschicht 204 ist in dem undotierten tetragonalen Hafniumoxid nicht vorhanden.
  • Die Dotierungsschicht 204 kann in der zweiten Hafniumoxidschicht 225B angeordnet oder in diese eingebettet sein, kann jedoch nicht in der ersten Hafniumoxidschicht 225A gebildet sein. Die zweite Hafniumoxidschicht 225B kann eine größere Dicke als die erste Hafniumoxidschicht 225A aufweisen.
  • Unter Bezugnahme auf 10B kann ein Kondensator 117B dem Kondensator 117A von 10A mit Ausnahme der dritten Hafniumoxidschicht 225C ähnlich sein. Im Folgenden können detaillierte Beschreibungen der doppelten Komponenten weggelassen werden.
  • Der Kondensator 117B kann eine erste Elektrode 101, einen dielektrischen Schichtstapel DE31, eine zweite Elektrode und eine Wärmequellenschicht 103, die zwischen dem dielektrischen Schichtstapel DE31 und der zweiten Elektrode 102 angeordnet ist, umfassen. Der dielektrische Schichtstapel DE31 kann eine dielektrische Schicht HBL13 auf Hafniumoxidbasis und eine Leckblockierschicht 107 umfassen, die auf der dielektrischen Schicht auf Hafniumoxidbasis gebildet ist. Die dielektrische Schicht HBL13 auf Hafniumoxidbasis kann eine erste Hafniumoxidschicht 225A, eine erste Keimschicht 226A, eine zweite Hafniumoxidschicht 225B, eine zweite Keimschicht 226B und eine dritte Hafniumoxidschicht 225C umfassen. Die dritte Hafniumoxidschicht 225C kann sich zwischen der zweiten Keimschicht 226B und der Leckblockierschicht 107 befinden.
  • Eine direkt kontaktierte Grenzfläche I1 kann sich in dem Stapel zwischen der ersten Hafniumoxidschicht 225A und der ersten Keimschicht 226A befinden. Eine direkt kontaktierte Grenzfläche I2 kann sich in dem Stapel zwischen der ersten Keimschicht 226A und der zweiten Hafniumoxidschicht 225B befinden. Eine direkt kontaktierte Grenzfläche I1 kann sich in dem Stapel zwischen der zweiten Hafniumoxidschicht 225B und der zweiten Keimschicht 226B befinden. Eine direkt kontaktierte Grenzfläche I2 kann sich in dem Stapel zwischen der zweiten Keimschicht 226B und der dritten Hafniumoxidschicht 225C befinden.
  • Die erste Hafniumoxidschicht 225A, die zweite Hafniumoxidschicht 225B und die dritte Hafniumoxidschicht 225C können aus demselben Material gebildet sein. Die erste Hafniumoxidschicht 225A, die zweite Hafniumoxidschicht 225B und die dritte Hafniumoxidschicht 225C können tetragonale Kristallstrukturen aufweisen. Die erste Hafniumoxidschicht 225A, die zweite Hafniumoxidschicht 225B und die dritte Hafniumoxidschicht 225C können tetragonales Hafniumoxid umfassen. Die erste und dritte Hafniumoxidschicht 225A und 225C können undotiertes tetragonales Hafniumoxid umfassen. Die Dotierungsschicht 204 ist in dem undotierten tetragonalen Hafniumoxid nicht vorhanden.
  • Die Dotierungsschicht 204 kann in der zweiten Hafniumoxidschicht 225B angeordnet oder in diese eingebettet sein, kann jedoch nicht in der ersten und dritten Hafniumoxidschicht 225A und 225C gebildet sein.
  • In einigen Ausführungsformen können die Strukturen der 10A und 10B ferner eine Grenzflächensteuerschicht (nicht dargestellt) zwischen der Leckblockierschicht 107 und der Wärmequellenschicht 103 umfassen.
  • Unter Bezugnahme auf 11A kann ein Kondensator 118A eine erste Elektrode 101, einen dielektrischen Schichtstapel DE32, eine zweite Elektrode 102 und eine Wärmequellenschicht 103, die zwischen dem dielektrischen Schichtstapel DE32 und der zweiten Elektrode 102 angeordnet ist, umfassen.
  • Der dielektrische Schichtstapel DE32 kann eine dielektrische Schicht HBL14 auf Hafniumoxidbasis und eine Leckblockierschicht 107 umfassen, die auf der dielektrischen Schicht HBL14 auf Hafniumoxidbasis gebildet ist. Die dielektrische Schicht HBL14 auf Hafniumoxidbasis kann eine erste Keimschicht 236A, eine erste Hafniumoxidschicht 235A, eine Dotierungsschicht 234, eine zweite Keimschicht 236B und eine zweite Hafniumoxidschicht 235B umfassen. Wenn die erste Keimschicht 236A und die zweite Keimschicht 236B tetragonales Zirkonoxid umfassen, können die erste Keimschicht 236A und die erste Hafniumoxidschicht 235A ein erster ZH-Stapel sein, und die zweite Keimschicht 236B und die zweite Hafniumoxidschicht 235B können ein zweiter ZH-Stapel sein. Dementsprechend kann die dielektrische Schicht HBL14 auf Hafniumoxidbasis den ersten Z-H-Stapel, den zweiten Z-H-Stapel und die Dotierungsschicht 234 zwischen dem ersten Z-H-Stapel und dem zweiten Z-H-Stapel umfassen.
  • Eine direkt kontaktierte Grenzfläche I2 kann sich in dem Stapel zwischen der ersten Keimschicht 236A und der ersten Hafniumoxidschicht 235A befinden. Eine direkt kontaktierte Grenzfläche I2 kann sich in dem Stapel zwischen der zweiten Keimschicht 236B und der zweiten Hafniumoxidschicht 235B befinden. Eine direkt kontaktierte Grenzfläche I1 kann sich in dem Stapel zwischen der ersten Hafniumoxidschicht 235A und der zweiten Keimschicht 236B befinden.
  • Die Dotierungsschicht 234 kann sich zwischen der ersten Hafniumoxidschicht 235A und der zweiten Keimschicht 236B befinden. Mit anderen Worten kann die Dotierungsschicht 234 Kristallkörner der ersten Hafniumoxidschicht 235A und Kristallkörner der zweiten Keimschicht 236B nicht trennen. Die erste Hafniumoxidschicht 235A und die zweite Keimschicht 236B können die gleiche Dicke aufweisen, und die Dotierungsschicht 234 kann eine wesentlich geringere Dicke aufweisen als die erste Hafniumoxidschicht 235A und die zweite Keimschicht 236B.
  • Die Dotierungsschicht 234 kann in der zweiten Keimschicht 236B angeordnet oder in diese eingebettet sein. Mit anderen Worten kann die Dotierungsschicht 234 innerhalb der untersten Oberfläche der zweiten Keimschicht 236B angeordnet oder in diese eingebettet sein, die mit der ersten Hafniumoxidschicht 235A in Kontakt steht. Die Dotierungsschicht 234 kann mit der direkt kontaktierten Grenzfläche I1 in Kontakt gebracht werden, um in die zweite Keimschicht 236B eingebettet zu werden. Die Dotierungsschicht 234 kann mit Aluminium dotiertes tetragonales Zirkonoxid oder mit Beryllium dotiertes tetragonales Zirkoniumoxid sein.
  • In einigen Ausführungsformen kann die Dotierungsschicht 234 innerhalb der obersten Fläche der ersten Hafniumoxidschicht 235A angeordnet oder in diese eingebettet sein. Dementsprechend kann die Dotierungsschicht 234 mit Aluminium dotiertes tetragonales Hafniumoxid oder mit Beryllium dotiertes tetragonales Hafniumoxid sein. Die Dotierungsschicht 234 kann mit der direkt kontaktierten Grenzfläche I1 in Kontakt gebracht werden, um in die erste Hafniumoxidschicht 235A eingebettet zu werden.
  • Unter Bezugnahme auf 11B kann ein Kondensator 118B eine erste Elektrode 101, einen dielektrischen Schichtstapel DE33, eine zweite Elektrode und eine Wärmequellenschicht 103, die zwischen dem dielektrischen Schichtstapel DE33 und der zweiten Elektrode 102 angeordnet ist, umfassen.
  • Der dielektrische Schichtstapel DE33 kann eine dielektrische Schicht HBL15 auf Hafniumoxidbasis und eine Leckblockierschicht 107 umfassen, die auf der dielektrischen Schicht HBL15 auf Hafniumoxidbasis gebildet ist. Die dielektrische Schicht HBL15 auf Hafniumoxidbasis kann eine erste Hafniumoxidschicht 245A, eine erste Keimschicht 246A, eine zweite Hafniumoxidschicht 245B, eine Dotierungsschicht 234, eine zweite Keimschicht 246B und eine dritte Hafniumoxidschicht 245C umfassen. Wenn die erste Keimschicht 246A und die zweite Keimschicht 246B tetragonales Zirkonoxid umfassen, können die erste Keimschicht 246A und die zweite Hafniumoxidschicht 245B ein erster ZH-Stapel sein, und die zweite Keimschicht 246B und die dritte Hafniumoxidschicht 245C können ein zweiter ZH-Stapel sein. Dementsprechend kann die auf Hafniumoxid basierende dielektrische Schicht HBL15 die erste Hafniumoxidschicht 245A, den ersten Z-H-Stapel, den zweiten Z-H-Stapel und die Dotierungsschicht 234 zwischen dem ersten Z-H-Stapel und dem zweiten Z-H-Stapel umfassen.
  • Eine direkt kontaktierte Grenzfläche I1 kann sich in dem Stapel zwischen der ersten Hafniumoxidschicht 245A und der ersten Keimschicht 246A befinden. Eine direkt kontaktierte Grenzfläche I2 kann sich in dem Stapel zwischen der ersten Keimschicht 246A und der zweiten Hafniumoxidschicht 245B befinden. Eine direkt kontaktierte Grenzfläche I2 kann sich in dem Stapel zwischen der zweiten Keimschicht 246B und der dritten Hafniumoxidschicht 245C befinden. Eine direkt kontaktierte Grenzfläche I1 kann sich in dem Stapel zwischen der zweiten Hafniumoxidschicht 245B und der zweiten Keimschicht 246B befinden.
  • Die erste Hafniumoxidschicht 245A kann sich zwischen der ersten Elektrode 101 und der ersten Keimschicht 246A befinden.
  • Die Dotierungsschicht 234 kann sich zwischen der zweiten Hafniumoxidschicht 245B und der zweiten Keimschicht 246B befinden. Mit anderen Worten kann die Dotierungsschicht 234 Kristallkörner der zweiten Hafniumoxidschicht 245B und Kristallkörner der zweiten Keimschicht 246B nicht trennen.
  • Die Dotierungsschicht 234 kann in der zweiten Keimschicht 246B angeordnet oder in diese eingebettet sein. Mit anderen Worten kann die Dotierungsschicht 234 innerhalb der untersten Fläche der zweiten Keimschicht 246B angeordnet oder in diese eingebettet sein, die mit der zweiten Hafniumoxidschicht 245A in Kontakt steht. Folglich kann die Dotierungsschicht 234 mit Aluminium dotiertes tetragonales Zirkonoxid oder mit Beryllium dotiertes tetragonales Zirkonoxid sein.
  • In einigen Ausführungsformen kann die Dotierungsschicht 234 innerhalb der obersten Fläche der zweiten Hafniumoxidschicht 245B angeordnet oder in diese eingebettet sein. Folglich kann die Dotierungsschicht 234 mit Aluminium dotiertes tetragonales Hafniumoxid oder mit Beryllium dotiertes tetragonales Hafniumoxid sein.
  • Bezugnehmend auf 11C kann ein Kondensator 118C eine erste Elektrode 101, einen dielektrischen Schichtstapel DE34, eine zweite Elektrode 102 und eine Wärmequellenschicht 103, die zwischen dem dielektrischen Schichtstapel DE34 und der zweiten Elektrode 102 angeordnet ist, umfassen.
  • Der dielektrische Schichtstapel DE34 kann eine dielektrische Schicht HBL16 auf Hafniumoxidbasis und eine Leckblockierschicht 107 umfassen, die auf der dielektrischen Schicht HBL16 auf Hafniumoxidbasis gebildet ist. Die dielektrische Schicht HBL16 auf Hafniumoxidbasis kann eine erste Hafniumoxidschicht 245A, eine erste Keimschicht 246A, eine zweite Hafniumoxidschicht 245B, eine Dotierungsschicht 234, eine zweite Keimschicht 246B, eine dritte Hafniumoxidschicht 245C und eine dritte Keimschicht 246C umfassen. Wenn die erste bis dritte Keimschicht 246A, 246B und 246C tetragonales Zirkonoxid umfassen, können die erste Keimschicht 246A und die zweite Hafniumoxidschicht 245B ein erster ZH-Stapel sein, und die zweite Keimschicht 246B und die dritte Hafniumoxidschicht 245C können ein zweiter ZH-Stapel sein. Folglich kann die dielektrische Schicht HBL16 auf Hafniumoxidbasis einen Stapel der ersten Hafniumoxidschicht 245A, des ersten Z-H-Stapels, der Dotierungsschicht 234, des zweiten Z-H-Stapels und der dritten Keimschicht 246C umfassen.
  • Eine direkt kontaktierte Grenzfläche I1 kann sich in dem Stapel zwischen der ersten Hafniumoxidschicht 245A und der ersten Keimschicht 246A befinden. Eine direkt kontaktierte Grenzfläche I2 kann sich in dem Stapel zwischen der ersten Keimschicht 246A und der zweiten Hafniumoxidschicht 245B befinden. Eine direkt kontaktierte Grenzfläche I2 kann sich in dem Stapel zwischen der zweiten Keimschicht 246B und der dritten Hafniumoxidschicht 245C befinden. Eine direkt kontaktierte Grenzfläche I1 kann sich in dem Stapel zwischen der dritten Hafniumoxidschicht 245C und der dritten Keimschicht 246C befinden. Eine direkt kontaktierte Grenzfläche I1 kann sich in dem Stapel zwischen der zweiten Hafniumoxidschicht 245B und der zweiten Keimschicht 246B befinden.
  • Die dritte Keimschicht 246C kann sich zwischen der dritten Hafniumoxidschicht 245C und der Leckblockierschicht 107 befinden.
  • Die Dotierungsschicht 234 kann sich zwischen der zweiten Hafniumoxidschicht 245B und der zweiten Keimschicht 246B befinden. Mit anderen Worten kann die Dotierungsschicht 234 Kristallkörner der zweiten Hafniumoxidschicht 245B und Kristallkörner der zweiten Keimschicht 246B nicht trennen.
  • Die Dotierungsschicht 234 kann in der zweiten Keimschicht 246B angeordnet oder in diese eingebettet sein. Mit anderen Worten kann die Dotierungsschicht 234 innerhalb der untersten Fläche der zweiten Keimschicht 246B angeordnet oder in diese eingebettet sein, die mit der zweiten Hafniumoxidschicht 245A in Kontakt steht. Folglich kann die Dotierungsschicht 234 mit Aluminium dotiertes tetragonales Zirkonoxid oder mit Beryllium dotiertes tetragonales Zirkonoxid sein.
  • In einigen Ausführungsformen kann die Dotierungsschicht 234 innerhalb der obersten Fläche der zweiten Hafniumoxidschicht 245B angeordnet oder in diese eingebettet sein. Folglich kann die Dotierungsschicht 234 mit Aluminium dotiertes tetragonales Hafniumoxid oder mit Beryllium dotiertes tetragonales Hafniumoxid sein.
  • In einigen Ausführungsformen können die Strukturen der 11A bis 11D ferner eine Grenzflächensteuerschicht (nicht dargestellt) umfassen, die zwischen der Leckblockierschicht 107 und der Wärmequellenschicht 103 gebildet ist.
  • Bezugnehmend auf 12A kann ein Kondensator 119A eine erste Elektrode 101, einen dielektrischen Schichtstapel DE35, eine zweite Elektrode 102 und eine Wärmequellenschicht 103, die zwischen dem dielektrischen Schichtstapel DE35 und der zweiten Elektrode 102 angeordnet ist, umfassen.
  • Der dielektrische Schichtstapel DE35 kann eine dielektrische Schicht HBL17 auf Hafniumoxidbasis und eine Leckblockierschicht 107 umfassen, die auf der dielektrischen Schicht HBL17 auf Hafniumoxidbasis gebildet ist. Die dielektrische Schicht HBL17 auf Hafniumoxidbasis kann eine erste Hafniumoxidschicht 255A, eine erste Keimschicht 256A, eine Dotierungsschicht 254, eine zweite Hafniumoxidschicht 255B und eine zweite Keimschicht 256B umfassen. Wenn die erste und die zweite Keimschicht 256A und 256B tetragonales Zirkoniumoxid umfassen, können die erste Hafniumoxidschicht 255A und die erste Keimschicht 256A ein erster HZ-Stapel sein, und die zweite Hafniumoxidschicht 255B und die zweite Keimschicht 256B können ein zweiter HZ-Stapel sein. Folglich kann die auf Hafniumoxid basierende dielektrische Schicht HBL17 den ersten H-Z-Stapel, den zweiten H-Z-Stapel und die Dotierungsschicht 254 zwischen dem ersten H-Z-Stapel und dem zweiten H-Z-Stapel umfassen.
  • Eine direkt kontaktierte Grenzfläche I1 kann sich in dem Stapel zwischen der ersten Hafniumoxidschicht 255A und der ersten Keimschicht 256A befinden. Eine direkt kontaktierte Grenzfläche I1 kann sich in dem Stapel zwischen der zweiten Hafniumoxidschicht 255B und der zweiten Keimschicht 256B befinden. Eine direkt kontaktierte Grenzfläche I2 kann sich in dem Stapel zwischen der ersten Keimschicht 256A und der zweiten Hafniumoxidschicht 255B befinden.
  • Die Dotierungsschicht 254 kann sich zwischen der ersten Keimschicht 256A und der zweiten Hafniumoxidschicht 255B befinden. Mit anderen Worten kann die Dotierungsschicht 254 Kristallkörner der ersten Keimschicht 256A und Kristallkörner der zweiten Hafniumoxidschicht 255B nicht trennen. Die erste Keimschicht 256A und die zweite Hafniumoxidschicht 255B können die gleiche Dicke aufweisen, und die Dotierungsschicht 254 kann eine wesentlich geringere Dicke aufweisen als die erste Keimschicht 256A und die zweite Hafniumoxidschicht 255B.
  • Die Dotierungsschicht 254 kann in der ersten Keimschicht 256A angeordnet oder in diese eingebettet sein. Mit anderen Worten kann die Dotierungsschicht 254 innerhalb der obersten Fläche der ersten Keimschicht 256A angeordnet oder in diese eingebettet sein, die mit der zweiten Hafniumoxidschicht 255B in Kontakt steht. Folglich kann die Dotierungsschicht 254 mit Aluminium dotiertes tetragonales Zirkoniumoxid oder mit Beryllium dotiertes tetragonales Zirkoniumoxid sein.
  • In einigen Ausführungsformen kann die Dotierungsschicht 254 innerhalb der untersten Fläche der zweiten Hafniumoxidschicht 255B angeordnet oder in diese eingebettet sein. Folglich kann die Dotierungsschicht 254 mit Aluminium dotiertes tetragonales Hafniumoxid oder mit Beryllium dotiertes tetragonales Hafniumoxid sein.
  • Bezugnehmend auf 12B kann ein Kondensator 119B eine erste Elektrode 101, einen dielektrischen Schichtstapel DE36, eine zweite Elektrode 102 und eine Wärmequellenschicht 103, die zwischen dem dielektrischen Schichtstapel DE36 und der zweiten Elektrode 102 angeordnet ist, umfassen.
  • Der dielektrische Schichtstapel DE36 kann eine dielektrische Schicht HBL18 auf Hafniumoxidbasis und eine Leckblockierschicht 107 umfassen, die auf der dielektrischen Schicht HBL18 auf Hafniumoxidbasis gebildet ist. Die dielektrische Schicht HBL18 auf Hafniumoxidbasis kann eine erste Keimschicht 266A, eine erste Hafniumoxidschicht 265A, eine zweite Keimschicht 266B, eine Dotierungsschicht 254, eine zweite Hafniumoxidschicht 265B, eine zweite Keimschicht 266C und eine dritte Hafniumoxidschicht 265C umfassen. Wenn die erste Keimschicht 266A, die zweite Keimschicht 266B und die dritte Keimschicht 266C tetragonales Zirkonoxid umfassen, können die erste Hafniumoxidschicht 265A und die zweite Keimschicht 266B ein erster HZ-Stapel sein und die zweite Hafniumoxidschicht 265B und die dritte Keimschicht 266C können ein zweiter HZ-Stapel sein. Folglich kann die dielektrische Schicht HBL18 auf Hafniumoxidbasis die erste Keimschicht 266A, den ersten H-Z-Stapel, die Dotierungsschicht 254, den zweiten H-Z-Stapel und die dritte Hafniumoxidschicht 265C umfassen.
  • Eine direkt kontaktierte Grenzfläche I2 kann sich in dem Stapel zwischen der ersten Keimschicht 266A und der ersten Hafniumoxidschicht 265A befinden. Eine direkt kontaktierte Grenzfläche I1 kann sich in dem Stapel zwischen der ersten Hafniumoxidschicht 265A und der zweiten Keimschicht 266B befinden. Eine direkt kontaktierte Grenzfläche I1 kann sich in dem Stapel zwischen der zweiten Hafniumoxidschicht 265B und der dritten Keimschicht 266C befinden. Eine direkt kontaktierte Grenzfläche I2 kann sich in dem Stapel zwischen der zweiten Keimschicht 266C und der dritten Hafniumoxidschicht 265C befinden. Eine direkt kontaktierte Grenzfläche I2 kann sich in dem Stapel zwischen der zweiten Keimschicht 266B und der zweiten Hafniumoxidschicht 265B befinden.
  • Die Dotierungsschicht 254 kann sich zwischen der ersten Keimschicht 256A und der zweiten Hafniumoxidschicht 255B befinden. Mit anderen Worten kann die Dotierungsschicht 254 Kristallkörner der ersten Keimschicht 256A und Kristallkörner der zweiten Hafniumoxidschicht 255B nicht trennen.
  • Die Dotierungsschicht 254 kann in der zweiten Keimschicht 266B angeordnet oder in diese eingebettet sein. Mit anderen Worten kann die Dotierungsschicht 254 innerhalb der oberen Fläche der zweiten Keimschicht 266B angeordnet oder in diese eingebettet sein, die mit der zweiten Hafniumoxidschicht 265B in Kontakt steht. Folglich kann die Dotierungsschicht 254 mit Aluminium dotiertes tetragonales Zirkoniumoxid oder mit Beryllium dotiertes tetragonales Zirkoniumoxid sein.
  • In einigen Ausführungsformen kann die Dotierungsschicht 254 innerhalb der Bodenfläche der zweiten Hafniumoxidschicht 265B angeordnet oder in diese eingebettet sein. Folglich kann die Dotierungsschicht 254 mit Aluminium dotiertes tetragonales Hafniumoxid oder mit Beryllium dotiertes tetragonales Hafniumoxid sein.
  • In einigen Ausführungsformen können die Strukturen der 12A und 12B ferner eine Grenzflächensteuerschicht (nicht dargestellt) umfassen, die zwischen der Leckblockierschicht 107 und der Wärmequellenschicht 103 gebildet ist.
  • Bezugnehmend auf 13A kann ein Kondensator 120A eine erste Elektrode 101, einen dielektrischen Schichtstapel DE37, eine zweite Elektrode 102 und eine Wärmequellenschicht 103, die zwischen dem dielektrischen Schichtstapel DE37 und der zweiten Elektrode 102 angeordnet ist, umfassen.
  • Der dielektrische Schichtstapel DE37 kann ein gemischtes Material IMH und eine Leckblockierschicht 107 umfassen, die auf dem gemischten Material IMH gebildet ist. Das gemischte Material IMH kann eine Verbindung sein, in der eine tetragonale Hafniumoxidschicht und eine Keimschicht als dielektrische Schicht auf Hafniumoxidbasis vermischt sind. Beispielsweise kann das gemischte Material IMH Hafniumzirkoniumoxid (HfxZr1-xO, x=0,1 bis 0,9) umfassen, in dem tetragonales Hafniumoxid und tetragonales Zirkoniumoxid gemischt sind. Das vermischte Material IMH kann eine reine tetragonale Kristallstruktur aufweisen.
  • In einer Ausführungsform kann der dielektrische Schichtstapel DE37 von 13A ferner eine Grenzflächensteuerschicht (nicht dargestellt) umfassen, die zwischen der Leckblockierschicht 107 und der Wärmequellenschicht 103 gebildet ist. Die Grenzflächensteuerschicht kann der Grenzflächensteuerschicht 108 entsprechen, die in den oben beschriebenen Ausführungsformen gezeigt ist.
  • Bezugnehmend auf 13B kann ein Kondensator 120B eine erste Elektrode 101, einen dielektrischen Schichtstapel DE38, eine zweite Elektrode 102 und eine Wärmequellenschicht 103, die zwischen dem dielektrischen Schichtstapel DE38 und der zweiten Elektrode 102 angeordnet ist, umfassen.
  • Der dielektrische Schichtstapel DE38 kann ein erstes gemischtes Material IMH1 und ein zweites gemischtes Material IMH2 umfassen. Jedes der ersten und zweiten vermischten Materialien IMH1 und IMH2 kann eine Verbindung sein, in der eine tetragonale Hafniumoxidschicht und eine Keimschicht vermischt sind. Beispielsweise kann jedes der ersten und zweiten vermischten Materialien IMH1 und IMH2 Hafniumzirkoniumoxid (HfxZr1-xO, x=0,1 bis 0,9) umfassen, in dem eine tetragonale Hafniumoxidschicht und tetragonales Zirkoniumoxid vermischt sind. Das erste und das zweite gemischte Material IMH1 und IMH2 können reine tetragonale Kristallstrukturen aufweisen.
  • Der dielektrische Schichtstapel DE38 kann ferner eine erste Leckblockierschicht 107A zwischen dem ersten gemischten Material IMH1 und dem zweiten gemischten Material IMH2 umfassen. Der dielektrische Schichtstapel DE38 kann ferner eine zweite Leckblockierschicht 107B zwischen dem zweiten gemischten Material IMH2 und der Wärmequellenschicht 103 umfassen. Die erste und die zweite Leckblockierschicht 107A und 107B können aus demselben Material gebildet sein. Die erste und die zweite Leckblockierschicht 107A und 107B können wesentlich geringere Dicken aufweisen als die ersten und zweiten gemischten Materialien IMH1 und IMH2. Jede der ersten und zweiten Leckblockierschicht 107A und 107B kann ein aluminiumhaltiges Material oder ein berylliumhaltiges Material umfassen.
  • In einer Ausführungsform kann der dielektrische Schichtstapel DE38 von 13B ferner eine Grenzflächensteuerschicht (nicht dargestellt) zwischen der zweiten Leckblockierschicht 107B und der Wärmequellenschicht 103 umfassen. Die Grenzflächensteuerschicht kann der Grenzflächensteuerschicht 108 in den oben beschriebenen Ausführungsformen entsprechen.
  • 14A und 14B zeigen Querschnittsansichten, die ein Beispiel eines Verfahrens zum Bilden eines Kondensators darstellen.
  • Bezugnehmend auf 14A kann eine erste Elektrode 11 auf einem Substrat 10 gebildet sein, und eine anfängliche Hafniumoxidschicht 12' kann auf der ersten Elektrode 11 gebildet sein. Die anfängliche Hafniumoxidschicht 12' kann durch einen ersten Atomlagenabscheidungsprozess (ALD) abgeschieden werden. Beispielsweise kann der Abscheidungsprozess an der anfänglichen Hafniumoxidschicht 12' durchgeführt werden, nachdem das Substrat 10 mit der darauf gebildeten ersten Elektrode 11 in eine Atomlagenabscheidungskammer geladen worden ist.
  • Die anfängliche Hafniumoxidschicht 12' kann eine amorphe Struktur, eine monoklinische Kristallstruktur oder eine gemischte Kristallstruktur aufweisen, in der die amorphe Struktur und die monoklinische Kristallstruktur gleichmäßig oder ungleichmäßig gemischt sind.
  • Wie oben beschrieben, kann die anfängliche Hafniumoxidschicht 12' derart gebildet sein, dass sie eine nicht tetragonale Kristallstruktur aufweist.
  • Anschließend kann auf der anfänglichen Hafniumoxidschicht 12' eine Keimschicht 13 gebildet werden. Die Keimschicht 13 kann Zirkonoxid umfassen. Die Keimschicht 13 kann durch einen zweiten ALD-Prozess gebildet werden. Die Keimschicht 13 kann eine größere Dicke als die anfängliche Hafniumoxidschicht 12' aufweisen. Wie in den obigen Ausführungsformen beschrieben, kann eine Dotierungsschicht in die Keimschicht 13 eingebettet sein oder nicht.
  • Nachdem die Keimschicht 13 gebildet ist, kann die anfängliche Hafniumoxidschicht 12' die anfängliche Kristallstruktur ohne Phasenübergang beibehalten. Abhängig von einer Abscheidungstemperatur der Keimschicht 13 kann die anfängliche Hafniumoxidschicht 12' nicht zu einer tetragonalen Kristallstruktur kristallisiert werden.
  • Wie in 14B dargestellt, kann eine Wärmequellenschicht 14 auf der Keimschicht 13 gebildet sein. Die Wärmequellenschicht 14 kann bei einer Temperatur gebildet werden, bei der die anfängliche Hafniumoxidschicht 12' in die tetragonale Kristallstruktur kristallisiert werden kann. Die Wärmequellenschicht 14 kann eine Wärmeenergie übertragen bzw. weiterführen, die ausreicht, um den Phasenübergang der anfänglichen Hafniumoxidschicht 12' bereitzustellen. Die Wärmequellenschicht 14 kann durch einen dritten ALD-Prozess bei einer niedrigen Temperatur von ungefähr 500°C oder weniger gebildet werden. Wenn beispielsweise die Wärmequellenschicht 14 abgeschieden wird, kann dem Substrat 10 eine Wärmeenergie mit niedriger Temperatur bereitgestellt werden, und die anfängliche Hafniumoxidschicht 12' kann aufgrund des Vorhandenseins der Keimschicht 13 und der dem Substrat 10 bereitgestellten Wärmeenergie bei niedriger Temperatur in die tetragonale Kristallstruktur kristallisiert werden. Die Keimschicht 13 kann auch durch die dem Substrat 10 bereitgestellte Niedertemperatur-Wärmeenergie in die tetragonale Kristallstruktur kristallisiert werden.
  • Obwohl nicht dargestellt, kann eine zweite Elektrode auf der Wärmequellenschicht 14 gebildet werden, nachdem die Wärmequellenschicht 14 gebildet ist.
  • 15A und 15B zeigen Querschnittsansichten, die ein weiteres Beispiel eines Verfahrens zum Bilden eines Kondensators darstellen.
  • Bezugnehmend auf 15A kann eine erste Elektrode 11 auf einem Substrat 10 gebildet sein, eine Keimschicht 13 kann auf der ersten Elektrode 11 gebildet sein und die Keimschicht 13 kann durch eine erste Atomlagenabscheidung (ALD) abgeschieden werden. Beispielsweise kann, nachdem das Substrat 10 mit der ersten darauf gebildeten Elektrode 11 in eine Atomlagenabscheidungskammer geladen worden ist, ein Abscheidungsprozess an der Keimschicht 13 durchgeführt werden. Die Keimschicht 13 kann aus tetragonalem Zirkonoxid bestehen oder dieses umfassen.
  • Auf der Keimschicht 13 kann eine anfängliche Hafniumoxidschicht 12' gebildet werden. Die anfängliche Hafniumoxidschicht 12' kann durch einen zweiten ALD-Prozess abgeschieden werden. Die anfängliche Hafniumoxidschicht 12' kann eine amorphe Struktur, eine monoklinische Kristallstruktur oder eine gemischte Kristallstruktur aufweisen, in der die amorphe Struktur und die monoklinische Kristallstruktur gleichmäßig oder ungleichmäßig gemischt sind.
  • Wie oben beschrieben, kann die anfängliche Hafniumoxidschicht 12' derart gebildet sein, dass sie eine nicht-tetragonale Kristallstruktur aufweist.
  • Obwohl die anfängliche Hafniumoxidschicht 12' auf der Keimschicht 13 abgeschieden ist, kann die anfängliche Hafniumoxidschicht 12' die anfängliche Kristallstruktur ohne Phasenübergang beibehalten. Die Keimschicht 13 kann eine größere Dicke als die anfängliche Hafniumoxidschicht 12' aufweisen. Wie in den obigen Ausführungsformen beschrieben, kann eine Dotierungsschicht innerhalb der Keimschicht 13 angeordnet oder in diese eingebettet sein oder nicht.
  • Wie in 15B dargestellt, kann eine Wärmequellenschicht 14 auf der anfänglichen Hafniumoxidschicht 12' gebildet sein. Die Wärmequellenschicht 14 kann bei einer Temperatur gebildet werden, bei der die anfängliche Hafniumoxidschicht 12' in die tetragonale Kristallstruktur kristallisiert werden kann. Die Wärmequellenschicht 14 kann eine Wärmeenergie zur anfänglichen Hafniumoxidschicht 12' übertragen, um den Phasenübergang der anfänglichen Hafniumoxidschicht 12' zu bewirken. Die Wärmequellenschicht 14 kann durch einen zweiten ALD-Prozess bei einer niedrigen Temperatur von ungefähr 500°C oder weniger gebildet werden. Beispielsweise kann dem Substrat 10 eine Wärmeenergie mit niedriger Temperatur bereitgestellt werden, wenn die Wärmequellenschicht 14 abgeschieden wird, und die anfängliche Hafniumoxidschicht 12' kann aufgrund des Vorhandenseins der Keimschicht 13 und der dem Substrat 10 zugeführten Wärmeenergie bei niedriger Temperatur in die tetragonale Kristallstruktur kristallisiert werden. Die Keimschicht 13 kann auch durch die dem Substrat 10 bereitgestellte Niedertemperatur-Wärmeenergie in die tetragonale Kristallstruktur kristallisiert werden.
  • Obwohl nicht dargestellt, kann eine zweite Elektrode auf der Wärmequellenschicht 14 gebildet werden, nachdem die Wärmequellenschicht 14 gebildet ist.
  • Wie in den 14A bis 15B dargestellt, wenn die Wärmequellenschicht 14 gebildet wird, kann die anfängliche Hafniumoxidschicht 12' in einer tetragonale Hafniumoxidschicht 12 kristallisiert werden, während die Kristallisation der anfänglichen Hafniumoxidschicht 12' durch die Keimschicht 13 gefördert wird (siehe Bezugszeichen „13S“).
  • Der Kristallisationsgrad der Hafniumoxidschicht 12 kann von der Dicke der Wärmequellenschicht 14 abhängen. Die Wärmequellenschicht 14 kann beispielsweise eine Dicke im Bereich von 20Å bis 60Å aufweisen.
  • Wie oben beschrieben, kann beim Abscheiden der Wärmequellenschicht 14 die anfängliche Hafniumoxidschicht 12' durch die Keimschicht 13 ausreichend in die tetragonale Kristallstruktur kristallisiert werden.
  • Ein Stapel der Keimschicht 13 und der anfänglichen Hafniumoxidschicht 12' kann durch verschiedene Verfahren erhalten werden. Beispielsweise kann eine einzelne Keimschicht 13 zwischen zwei anfänglichen Hafniumoxidschichten 12' gebildet werden. Eine einzelne anfängliche Hafniumoxidschicht 12' kann zwischen zwei Keimschichten 13 gebildet werden. Eine Vielzahl von Keimschichten 13 und eine Vielzahl von anfänglichen Hafniumoxidschichten 12' können abwechselnd gestapelt werden.
  • 16A und 16B zeigen Querschnittsansichten, die ein weiteres Beispiel eines Verfahrens zum Bilden eines Kondensators darstellen.
  • Bezugnehmend auf 16A kann eine erste Elektrode 11 auf einem Substrat 10 gebildet sein, und eine erste anfängliche Hafniumoxidschicht 12A, eine Keimschicht 13 und eine zweite anfängliche Hafniumoxidschicht 12B können nacheinander auf der ersten Elektrode 11 gebildet sein. Die erste anfängliche Hafniumoxidschicht 12A, die Keimschicht 13 und die zweite anfängliche Hafniumoxidschicht 12B können durch Atomlagenabscheidung (ALD) abgeschieden werden. Beispielsweise kann, nachdem das Substrat 10 mit der darauf gebildeten ersten Elektrode 11 in eine Atomlagenabscheidungskammer geladen worden ist, die Atomlagenabscheidung der ersten anfänglichen Hafniumoxidschicht 12A, der Keimschicht 13 und der zweiten anfänglichen Hafniumoxidschicht 12B nacheinander durchgeführt werden. Die Keimschicht 13 kann eine größere Dicke aufweisen als die erste und die zweite anfängliche Hafniumoxidschicht 12A und 12B. Wie in den obigen Ausführungsformen beschrieben, kann eine Dotierungsschicht in die Keimschicht 13 eingebettet sein oder nicht.
  • Die erste und die zweite anfängliche Hafniumoxidschicht 12A und 12B können eine amorphe Struktur, eine monoklinische Kristallstruktur oder eine gemischte Kristallstruktur aufweisen, in der die amorphe Struktur und die monoklinische Kristallstruktur gleichmäßig oder ungleichmäßig gemischt sind.
  • Wie oben beschrieben, können die erste und die zweite anfängliche Hafniumoxidschicht 12A und 12B derart gebildet sein, dass sie nicht tetragonale Kristallstrukturen aufweisen. Die Keimschicht 13 kann eine tetragonale Kristallstruktur aufweisen.
  • Wie in 16B dargestellt, kann eine Wärmequellenschicht 14 auf der zweiten anfänglichen Hafniumoxidschicht 12B gebildet sein. Die Wärmequellenschicht 14 kann bei einer Temperatur gebildet werden, bei der die erste und die zweite anfängliche Hafniumoxidschicht 12A und 12B in die tetragonale Kristallstruktur kristallisiert werden können. Die Wärmequellenschicht 14 kann eine Wärmeenergie übertragen, die ausreicht, um einen Phasenübergang der ersten und zweiten anfänglichen Hafniumoxidschichten 12A und 12B zu bewirken. Die Wärmequellenschicht 14 kann durch eine Niedertemperatur-ALD von ungefähr 500°C oder weniger gebildet werden. Somit kann dem Substrat 10 eine Wärmeenergie mit niedriger Temperatur bereitgestellt werden, wenn die Wärmequellenschicht 14 abgeschieden wird, und die erste und zweite anfängliche Hafniumoxidschicht 12A und 12B können durch die an das Substrat 10 und die Keimschicht 13 bereitgestellte Wärmeenergie mit niedriger Temperatur in die tetragonalen Kristallstrukturen kristallisiert werden. Die Keimschicht 13 kann auch durch die dem Substrat 10 bereitgestellte Niedertemperatur-Wärmeenergie in die tetragonale Kristallstruktur kristallisiert werden.
  • Obwohl nicht dargestellt, kann eine zweite Elektrode auf der Wärmequellenschicht 14 gebildet werden, nachdem die Wärmequellenschicht 14 gebildet ist.
  • Wie in den 16A und 16B dargestellt, wenn die Wärmequellenschicht 14 gebildet wird, können die erste und die zweite anfängliche Hafniumoxidschicht 12A und 12B zu tetragonalen Hafniumoxidschichten 12 kristallisiert werden, während die Kristallisation der ersten und zweiten anfänglichen Hafniumoxidschicht 12A und 12B durch die Keimschicht 13 gefördert wird (siehe Bezugszeichen „13S“).
  • In den 14A bis 16B kann die Wärmequellenschicht 14 eine hohe Zugspannung aufweisen. Beispielsweise kann die Wärmequellenschicht 14 eine Zugspannung von 0,5GPa bis 2,0GPa aufweisen. Die hohe Zugspannung kann die Kristallisation der tetragonalen Hafniumoxidschichten 12 fördern.
  • 17A und 17B zeigen Flussdiagramme, die die Beispiele des Verfahrens zum Bilden der Keimschicht 13 in den 14A bis 16B darstellen. Die Keimschicht 13 kann eine Zirkonoxidschicht sein und die Zirkonoxidschicht kann durch Atomlagenabscheidung (ALD) gebildet werden. Die Keimschicht 13 kann der Keimschicht 106 von 2B entsprechen. Mit anderen Worten kann eine Dotierungsschicht innerhalb der Keimschicht 13 angeordnet oder in diese eingebettet sein. Die Keimschicht 13 kann einen „Z-AZ-Z-Stapel“ umfassen, in dem eine erste Zirkonoxidschicht, eine mit Aluminium dotierte Zirkonoxidschicht und eine zweite Zirkonoxidschicht nacheinander gestapelt sind. Der Z-AZ-Z-Stapel unterscheidet sich von einem Z-A-Z-Stapel, in dem eine erste Zirkonoxidschicht, eine Aluminiumoxidschicht und eine zweite Zirkonoxidschicht nacheinander gestapelt sind. In dem Z-AZ-Z-Stapel sind Kristallkörner der ersten Zirkonoxidschicht und Kristallkörner der zweiten Zirkonoxidschicht nicht durch die mit Aluminium dotierte Zirkonoxidschicht getrennt. In dem Z-A-Z-Stapel sind jedoch Kristallkörner der ersten Zirkonoxidschicht und Kristallkörner der zweiten Zirkonoxidschicht durch die Aluminiumoxidschicht getrennt.
  • Ein Verfahren zum Durchführen einer Atomlagenabscheidung in dem Z-AZ-Z-Stapel kann unter Bezugnahme auf 17A beschrieben werden.
  • Die Atomlagenabscheidung im Z-AZ-Z-Stapel kann durchgeführt werden, indem mehrere Zyklen bei 250°C bis 380°C wiederholt werden. Die Vielzahl von Zyklen kann einen ersten Zyklus Z1 zum Abscheiden der ersten Zirkonoxidschicht, einen zweiten Zyklus Z2 zum Abscheiden der mit Aluminium dotierten Zirkonoxidschicht und einen dritten Zyklus Z3 zum Abscheiden der zweiten Zirkonoxidschicht umfassen. Die erste Zirkonoxidschicht kann durch Wiederholen des ersten Zyklus Z1 „A“ mal abgeschieden werden, die mit Aluminium dotierte Zirkonoxidschicht kann durch Wiederholen des zweiten Zyklus Z2 „B“ mal abgeschieden werden und die zweite Zirkonoxidschicht kann durch Wiederholen des dritten Zyklus Z3 „C“ mal abgeschieden werden. Hierbei können A, B und C unterschiedliche natürliche Zahlen sein, und B kann kleiner als A und C sein. Zum Beispiel kann B im Bereich von 1 bis 10 liegen und A und C können größer als 10 sein. Zu diesem Zeitpunkt können A und C auf den gleichen Wert eingestellt werden, um die erste und die zweite Zirkonoxidschicht auf die gleiche Dicke abzuscheiden. In einigen Ausführungsformen kann C auf einen höheren Wert als A eingestellt werden, um die zweite Zirkonoxidschicht auf eine größere Dicke als die erste Zirkonoxidschicht abzuscheiden.
  • Der erste Zyklus Z1, der zweite Zyklus Z2 und der dritte Zyklus Z3 können bei 250°C bis 380°C durchgeführt werden, wobei die Keimschicht 103 mit der tetragonalen Kristallstruktur leicht abgeschieden werden kann.
  • Der erste Zyklus Z1 kann einen Zr-Quellen-Adsorptionsschritt S1, einen Spülschritt S2, einen Reaktionsgaszufuhrschritt S3 und einen Spülschritt von nicht umgesetztem Gas S4 umfassen. Der erste Zyklus Z1 kann „A“ -mal wiederholt werden. Die undotierte erste Zirkonoxidschicht kann durch den ersten Zyklus Z1 abgeschieden werden.
  • Der zweite Zyklus Z2 kann einen Zr-Quellen-Adsorptionsschritt S21, einen Spülschritt S22, einen Al-Quellen-Adsorptionsschritt S23, einen Spülschritt S24, einen Reaktionsgaszufuhrschritt S25 und einen Spülschritt von nicht ungesetztem Gas S26 umfassen. Der zweite Zyklus Z2 kann „B“ -mal wiederholt werden. Die mit Aluminium dotierte Zirkonoxidschicht kann durch den zweiten Zyklus Z2 abgeschieden werden.
  • Der dritte Zyklus Z3 kann einen Zr-Quellen-Adsorptionsschritt S31, einen Spülschritt S32, einen Reaktionsgasversorgungsschritt S33 und einen Spülschritt von nicht ungesetztem Gas S34 umfassen. Der dritte Zyklus Z3 kann „C“ -mal wiederholt werden. Die undotierte zweite Zirkonoxidschicht kann durch den dritten Zyklus Z3 abgeschieden werden.
  • In den ersten bis dritten Zyklen Z1 bis Z3 kann die Zr-Quelle Tetrakis EthylMethylAmino-Zirkonium (TEMAZ) und Tetrakis DiMethylAmino-Zirkonium (TDMAZ) umfassen, die Al-Quelle kann Tri-Methylaluminium (TMA) umfassen und das Reaktionsgas kann ein Oxidationsmittel umfassen. Das Oxidationsmittel kann O3-, O2-, H2O-, H2O2- und O2-Plasma oder Kombinationen davon umfassen. Wenn Ozon (O3) als Oxidationsmittel verwendet wird, kann das Ozon mit einer optimierten Konzentration und Durchflussrate zugeführt werden. Beispielsweise kann Ozon in einer Konzentration im Bereich von 50g/m3 bis 310g/m3 und einem Durchflussratenbereich von 100sccm bis 5000sccm verwendet werden. Der Spülschritt kann auf einen ausreichend großen Bereich von 1 Sekunde bis 100 Sekunden eingestellt werden.
  • Durch den ersten bis dritten Zyklus Z1 bis Z3 ist es möglich, eine Struktur zu erhalten, in der Aluminium (Al) in die Zirkonoxidschicht dotiert ist.
  • Bezugnehmend auf 17B als eine andere Ausführungsform kann ein zweiter Zyklus Z2' nur einen Al-Quellen-Adsorptionsschritt S23' und einen Spülschritt S24' umfassen. Beispielsweise können, nachdem die erste Zirkonoxidschicht durch den ersten Zyklus Z1 abgeschieden worden ist, der Al-Quellen-Adsorptionsschritt S23' und der Spülschritt S24' eine vorbestimmte Anzahl von Malen wiederholt werden, um Aluminium auf der Oberfläche der ersten Zirkonoxidschicht abzuscheiden, und dann kann der dritte Zyklus Z3 durchgeführt werden, um die zweite Zirkonoxidschicht abzuscheiden. Selbst wenn das Aluminium auf diese Weise adsorbiert wird, können die Kristallkörner der ersten Zirkonoxidschicht und die Kristallkörner der zweiten Zirkonoxidschicht nicht getrennt werden.
  • Der erste Zyklus Z1 oder der dritte Zyklus Z3 kann zum Abscheiden einer Keimschicht verwendet werden, in die keine Dotierungsschicht eingebettet ist.
  • 18A zeigt ein Flussdiagramm, das ein Beispiel eines Verfahrens zum Bilden der anfänglichen Hafniumoxidschicht 12' darstellt, gezeigt in den 14A bis 16B.
  • Bezugnehmend auf 18A kann die anfängliche Hafniumoxidschicht 12' eine Hafniumoxidschicht mit einer darin eingebetteten Dotierungsschicht sein. Die anfängliche Hafniumoxidschicht 12' kann durch Atomlagenabscheidung (ALD) gebildet werden. Die anfängliche Hafniumoxidschicht 12' kann einen „H-AH-H-Stapel“ umfassen, in dem eine erste Hafniumoxidschicht, die Dotierungsschicht und eine zweite Hafniumoxidschicht nacheinander gestapelt sind. Der H-AH-H-Stapel unterscheidet sich von einem H-A-H-Stapel, in dem eine erste Hafniumoxidschicht, eine Aluminiumoxidschicht und eine zweite Hafniumoxidschicht nacheinander gestapelt sind. In dem H-AH-H-Stapel sind Kristallkörner der ersten Hafniumoxidschicht und Kristallkörner der zweiten Hafniumoxidschicht nicht durch die mit Aluminium dotierte Hafniumoxidschicht getrennt. In dem H-A-H-Stapel sind jedoch Kristallkörner der ersten Hafniumoxidschicht und Kristallkörner der zweiten Hafniumoxidschicht durch die Aluminiumoxidschicht getrennt.
  • Ein Verfahren zum Durchführen einer Atomlagenabscheidung in dem H-AH-H-Stapel als eine Hafniumoxidschicht mit der darin eingebetteten Dotierungsschicht kann unter Bezugnahme auf 18A beschrieben werden.
  • Die Atomlagenabscheidung im H-AH-H-Stapel kann durch Wiederholen mehrerer Zyklen bei 250°C bis 380°C durchgeführt werden. Die Vielzahl von Zyklen kann einen ersten Zyklus H1 zum Abscheiden der ersten Hafniumoxidschicht, einen zweiten Zyklus H2 zum Abscheiden der mit Aluminium dotierten Hafniumoxidschicht und einen dritten Zyklus H3 zum Abscheiden der zweiten Hafniumoxidschicht umfassen. Die erste Hafniumoxidschicht kann durch Wiederholen des ersten Zyklus H1 „A“ -mal abgeschieden werden, die mit Aluminium dotierte Hafniumoxidschicht kann durch Wiederholen des zweiten Zyklus H2 „B“ -mal abgeschieden werden und die zweite Hafniumoxidschicht kann durch Wiederholen des dritten Zyklus H3 „C“ -mal abgeschieden werden. Hierbei können A, B und C unterschiedliche natürliche Zahlen sein, und B kann kleiner als A und C sein. Zum Beispiel kann B im Bereich von 1 bis 10 liegen und A und C können größer als 10 sein. Zu diesem Zeitpunkt können A und C auf den gleichen Wert eingestellt werden, um die erste und die zweite Hafniumoxidschicht auf die gleiche Dicke abzuscheiden. In einigen Ausführungsformen kann A auf einen höheren Wert als C eingestellt werden, um die erste Hafniumoxidschicht auf eine größere Dicke als die zweite Hafniumoxidschicht abzuscheiden.
  • Der erste Zyklus H1, der zweite Zyklus H2 und der dritte Zyklus H3 können bei 250°C bis 380°C durchgeführt werden, wodurch die Hafniumoxidschicht 106 leicht abgeschieden werden kann.
  • Der erste Zyklus H1 kann einen Hf-Quellen-Adsorptionsschritt S41, einen Spülschritt S42, einen Reaktionsgasversorgungsschritt S43 und einen Spülschritt von nicht ungesetztem Gas S44 umfassen. Der erste Zyklus H1 kann „A“ -mal wiederholt werden. Die undotierte erste Hafniumoxidschicht kann durch den ersten Zyklus H1 abgeschieden werden.
  • Der zweite Zyklus H2 kann einen Hf-Quellen-Adsorptionsschritt S51, einen Spülschritt S52, einen Al-Quellen-Adsorptionsschritt S53, einen Spülschritt S54, einen Reaktionsgaszufuhrschritt S55 und einen Spülschritt von nicht ungesetztem Gas S56 umfassen. Der zweite Zyklus H2 kann „B“ -mal wiederholt werden. Die mit Aluminium dotierte Hafniumoxidschicht kann durch den zweiten Zyklus H2 abgeschieden werden.
  • Der dritte Zyklus H3 kann einen Hf-Quellen-Adsorptionsschritt S61, einen Spülschritt S62, einen Reaktionsgasversorgungsschritt S63 und einen Spülschritt von nicht ungesetztem Gas S64 umfassen. Der dritte Zyklus H3 kann „C“ -mal wiederholt werden. Die undotierte zweite Hafniumoxidschicht kann durch den dritten Zyklus H3 abgeschieden werden.
  • In den ersten bis dritten Zyklen H1 bis H3 kann die Hf-Quelle Tetrakis EthylMethylAmino Hafnium (TEMAH), Tetrakis DiEthylAmino Hafnium (TEDEAH) und Tetrakis DiMethylAmino Hafnium (TDMAH) umfassen, die Al-Quelle kann Tri Methyl Aluminium (TMA) umfassen. und das Reaktionsgas kann ein Oxidationsmittel umfassen. Das Oxidationsmittel kann O3-, O2-, H2O-, H2O2- und O2-Plasma oder Kombinationen davon umfassen. Wenn Ozon (O3) als Oxidationsmittel verwendet wird, kann das Ozon mit einer optimierten Konzentration und Durchflussrate zugeführt werden. Beispielsweise kann das Ozon in einem Konzentrationsbereich von 50 g/m3 bis 310 g/m3 und einem Durchflussratenbereich von 100 sccm bis 5000 sccm verwendet werden. Der Spülschritt kann auf einen ausreichend großen Bereich von 1 Sekunde bis 100 Sekunden eingestellt werden.
  • Durch den ersten bis dritten Zyklus H1 bis H3 ist es möglich, eine Struktur zu erhalten, in der Aluminium (Al) in die Hafniumoxidschicht dotiert ist.
  • Der erste Zyklus H1 oder der dritte Zyklus H3 kann zum Abscheiden einer anfänglichen Hafniumoxidschicht verwendet werden, in die die Dotierungsschicht nicht eingebettet ist.
  • In einigen Ausführungsformen kann der zweite Zyklus H2 nur den Al-Quellen-Adsorptionsschritt S53 und den Spülschritt S54 umfassen. Zum Beispiel können, nachdem die erste Hafniumoxidschicht durch den ersten Zyklus H1 abgeschieden worden ist, nur der Adsorptionsschritt S53 der Al-Quelle und der Spülschritt S54 eine vorbestimmte Anzahl von Malen wiederholt werden, um Aluminium auf der Oberfläche der ersten Hafniumoxidschicht zu adsorbieren, und dann kann der dritte Zyklus H3 durchgeführt werden, um die zweite Hafniumoxidschicht abzuscheiden. Selbst wenn das Aluminium auf diese Weise adsorbiert wird, können die Kristallkörner der ersten Hafniumoxidschicht und die Kristallkörner der zweiten Hafniumoxidschicht nicht getrennt werden.
  • 18B zeigt ein Flussdiagramm, das ein Beispiel eines Verfahrens zum Bilden des Stapels der Keimschicht und der anfänglichen Hafniumoxidschicht darstellt, gezeigt in den 14A bis 16B. 18B zeigt die Atomlagenabscheidung in einem Z-H-Stapel als Stapel der Keimschicht und der anfänglichen Hafniumoxidschicht.
  • Die Atomlagenabscheidung im Z-H-Stapel kann durchgeführt werden, indem mehrere Zyklen bei 250°C bis 380°C wiederholt werden. Die Vielzahl von Zyklen kann einen ersten Zyklus Z11 zum Abscheiden einer Zirkonoxidschicht als Keimschicht 13 und einen zweiten Zyklus H11 zum Abscheiden der anfänglichen Hafniumoxidschicht 12' umfassen. Die Zirkonoxidschicht kann durch Wiederholen des ersten Zyklus Z11 „A“ -mal abgeschieden werden, und die anfängliche Hafniumoxidschicht 12' kann durch Wiederholen des zweiten Zyklus H11" B" -mal abgeschieden werden.
  • Der erste Zyklus Z11 kann einen Zr-Quellenadsorptionsschritt S1, einen Spülschritt S2, einen Reaktionsgaszufuhrschritt S3 und einen Spülschritt von nicht ungesetztem Gas S4 umfassen. Der erste Zyklus Z11 kann „A“ -mal wiederholt werden. Die undotierte Zirkonoxidschicht kann durch den ersten Zyklus Z11 abgeschieden werden. In einigen Ausführungsformen kann nach Durchführung des ersten Zyklus Z11 der zweite Zyklus Z2 von 17A oder der zweite Zyklus Z2' von 17B durchgeführt werden. Folglich kann die mit Aluminium dotierte Zirkonoxidschicht abgeschieden werden.
  • Der zweite Zyklus H11 kann einen Hf-Quellenadsorptionsschritt S41, einen Spülschritt S42, einen Reaktionsgasversorgungsschritt S43 und einen Spülschritt von nicht ungesetztem Gas S44 umfassen. Der zweite Zyklus H11 kann „B“ -mal wiederholt werden. Die undotierte Hafniumoxidschicht kann durch den zweiten Zyklus H11 abgeschieden werden.
  • In einigen Ausführungsformen kann nach Durchführung des ersten Zyklus Z11 der zweite Zyklus Z2 von 17A oder der zweite Zyklus Z2' von 17B durchgeführt werden, um die mit Aluminium dotierte Zirkonoxidschicht abzuscheiden.
  • In einigen Ausführungsformen kann, bevor der zweite Zyklus H11 durchgeführt wird, der zweite Zyklus H2 von 18A durchgeführt werden. Demzufolge kann die mit Aluminium dotierte Hafniumoxidschicht abgeschieden werden.
  • Die in den 17A bis 18B dargestellten Prozesse können kombiniert werden, um die dielektrischen Schichtstapel gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen zu bilden. Beispielsweise kann die in 4A gezeigte dielektrische Schicht HBL2 auf Hafniumoxidbasis, d.h., der Stapel der ersten Hafniumoxidschicht 105A, der Keimschicht 106 und der zweiten Hafniumoxidschicht 105B, gebildet werden. Die anfängliche Hafniumoxidschicht der ersten Hafniumoxidschicht 105A und der zweiten Hafniumoxidschicht 105B kann durch Ausführen des ersten Zyklus H1 von 18A abgeschieden werden, und die Keimschicht 106 kann durch Ausführen der ersten bis dritten Zyklen Z1 bis Z3 von 17A abgeschieden werden.
  • 19A und 19B zeigen Querschnittsansichten, die ein Verfahren zum Kristallisieren einer anfänglichen Hafniumoxidschicht gemäß Vergleichsbeispielen darstellen. Die anfängliche Hafniumoxidschicht 12' gemäß den Vergleichsbeispielen kann durch Atomlagenabscheidung (ALD) abgeschieden werden und kann eine einzelne Hafniumoxidschicht (HfO2) ohne die Keimschicht 13 sein.
  • Bezugnehmend auf 19A erfordert ein Vergleichsbeispiel 1, in dem die Keimschicht 13 und die Wärmequellenschicht 14 nicht vorgesehen sind, zusätzlich einen Hochtemperaturglühprozess 12H bei einer Temperatur von 900°C oder höher, um die anfängliche Hafniumoxidschicht 12' zu tetragonalem Hafniumoxid zu kristallisieren. Obwohl der Hochtemperaturglühprozess 12H durchgeführt wird, ist es schwierig, die anfängliche Hafniumoxidschicht 12' zu reinem tetragonalem Hafniumoxid zu kristallisieren. Mit anderen Worten kann, nachdem der Hochtemperaturglühprozess 12H durchgeführt worden ist, die anfängliche Hafniumoxidschicht 12' zu einer gemischten Struktur kristallisiert werden, in der eine tetragonale Kristallstruktur und eine monoklinische Kristallstruktur anstelle einer reinen tetragonalen Kristallstruktur gemischt werden. Obwohl der Hochtemperaturglühprozess 12H durchgeführt wird, kann die anfängliche Hafniumoxidschicht 12' auf die monoklinische Kristallstruktur mit einer niedrigeren Dielektrizitätskonstante als die tetragonale Kristallstruktur stabilisiert werden. Zusätzlich ist ein Abschrecken bei hoher Geschwindigkeit und für eine kurze Zeit (ungefähr 1 ms oder weniger) nach dem Hochtemperaturglühprozess 12H erforderlich.
  • Bezugnehmend auf 19B ist es im Fall eines Vergleichsbeispiels 2, in dem die Keimschicht 13 nicht vorgesehen ist, schwierig, die anfängliche Hafniumoxidschicht 12' durch Abscheidung der Wärmequellenschicht 14 ausreichend in das tetragonale Hafniumoxid zu kristallisieren. Demzufolge erfordert das Vergleichsbeispiel 2 zusätzlich einen Hochtemperaturglühprozess 12H bei einer hohen Temperatur von 900°C oder höher, um die anfängliche Hafniumoxidschicht 12' nach der Abscheidung der Wärmequellenschicht 14 zu tetragonalem Hafniumoxid zu kristallisieren. In dem Vergleichsbeispiel 2 kann die anfängliche Hafniumoxidschicht 12' im Gegensatz zum Vergleichsbeispiel 1 durch die Wärmequellenschicht 14 und den Hochtemperaturglühprozess 12H zu Hafniumoxid mit einer reinen tetragonalen Kristallstruktur kristallisiert werden. Im Vergleichsbeispiel 2 können jedoch die Eigenschaften des Kondensators und der peripheren Struktur durch den Hochtemperaturglühprozess 12H verschlechtert werden.
  • Wie oben beschrieben, ist es schwierig, unter Verwendung des einzelnen Hafniumoxids reines tetragonales Hafniumoxid zu bilden.
  • Gemäß den Ausführungsformen werden die Keimschicht 13 und die Wärmequellenschicht 14 aufgebracht, und die Keimschicht 13 und die anfängliche Hafniumoxidschicht 12' werden gebildet, um direkt miteinander in Kontakt zu kommen. Folglich kann die anfängliche Hafniumoxidschicht 12' während der Abscheidung der Wärmequellenschicht 14 ausreichend in die Hafniumoxidschicht 12 kristallisiert werden.
  • Gemäß den Ausführungsformen kann die Hafniumoxidschicht 12 mit einer reinen tetragonalen Kristallstruktur bei einer niedrigen Temperatur gebildet werden, ohne einen separaten Hochtemperaturglühprozess durchzuführen. Die Hafniumoxidschicht 12 mit der reinen tetragonalen Kristallstruktur kann eine hohe Dielektrizitätskonstante von ungefähr 60 oder höher aufweisen.
  • Die Dielektrizitätskonstante der Hafniumoxidschicht 12 mit der reinen tetragonalen Kristallstruktur kann höher sein als die (ungefähr 40) des tetragonalen Zirkoniumoxids. Folglich kann die Kapazität des Kondensators erhöht werden.
  • Da die Hafniumoxidschicht 12 bei einer niedrigen Temperatur gebildet wird, kann außerdem verhindert werden, dass sich die Eigenschaften des Kondensators und der peripheren Struktur verschlechtern.
  • 20A bis 20C zeigen Diagramme, die eine Speicherzelle 500 darstellen. 20B zeigt eine Querschnittsansicht entlang einer A-A-Linie von 20A. 20C zeigt eine Querschnittsansicht entlang einer B-B-Linie von 20A.
  • Die Speicherzelle 500 kann einen Zellentransistor mit einer vergrabenen Wortleitung 508, einer Bitleitung 514 und einem Kondensator 600 umfassen. Der Kondensator 600 kann einen dielektrischen Schichtstapel umfassen, und der dielektrische Schichtstapel kann einen der in den obigen Ausführungsformen beschriebenen dielektrischen Schichtstapel umfassen.
  • Die Speicherzelle 500 wird nachstehend ausführlich beschrieben.
  • Eine Isolationsschicht 503 kann auf einem Substrat 501 gebildet sein und kann mehrere aktive Bereiche 504 definieren. Das Substrat 501 kann aus einem beliebigen Material bestehen, das für die Halbleiterverarbeitung geeignet ist. Das Substrat 501 kann ein Halbleitersubstrat umfassen. Das Substrat 501 kann aus einem siliziumhaltigen Material gebildet sein. Das Substrat 501 kann Silizium, monokristallines Silizium, Polysilizium, amorphes Silizium, Siliziumgermanium, monokristallines Siliziumgermanium, polykristallines Siliziumgermanium, kohlenstoffdotiertes Silizium, beliebige Kombinationen davon oder Mehrfachschichten davon umfassen. Das Substrat 501 kann ein anderes Halbleitermaterial wie Germanium umfassen. Das Substrat 501 kann ein Halbleitersubstrat der III/V-Gruppe umfassen, beispielsweise ein Halbleitersubstrat für chemische Verbindungen wie ein Galliumarsenid (GaAs). Das Substrat 501 kann ein Silizium-auf-Isolator- (SOI) Substrat umfassen. Die Isolationsschicht 503 kann in einem Isolationsgraben 502 durch einen STI- (Shallow Trench Isolation) Prozess gebildet werden.
  • Ein Wortleitungsgraben 506 kann in dem Substrat 501 gebildet sein. Der Wortleitungsgraben 506 kann auch als Gate-Graben bezeichnet werden. Eine dielektrische Gate-Schicht 507 kann auf der Oberfläche des Wortleitungsgrabens 506 gebildet sein. Die vergrabene Wortleitung 508, die einen Teil des Wortleitungsgrabens 506 ausfüllt, kann auf der dielektrischen Gate-Schicht 507 gebildet sein. Die vergrabene Wortleitung 508 kann auch als vergrabene Gate-Elektrode bezeichnet werden. Eine Wortleitungsabdeckschicht 509 kann auf der vergrabenen Wortleitung 508 gebildet werden. Die obere Fläche bzw. Oberseite der vergrabenen Wortleitung 508 kann niedriger sein als die obere Fläche bzw. Oberseite des Substrats 501. Die vergrabene Wortleitung 508 kann ein Metallmaterial mit niedrigem spezifischen Widerstand sein. Die vergrabene Wortleitung 508 kann durch sequentielles Stapeln von Titannitrid und Wolfram gebildet werden. In einigen Ausführungsformen kann die vergrabene Wortleitung 508 nur aus Titannitrid (TiN) gebildet sein.
  • Ein erster Verunreinigungsbereich 510 und ein zweiter Verunreinigungsbereich 511 können in dem Substrat 501 gebildet sein. Der erste und der zweite Verunreinigungsbereich 510 und 511 können durch den Wortleitungsgraben 506 voneinander beabstandet sein. Die ersten und zweiten Verunreinigungsbereiche 510 und 511 können auch als erste bzw. zweite Source/Drain-Bereiche bezeichnet werden. Die ersten und zweiten Verunreinigungsbereiche 510 und 511 können eine Verunreinigung vom N-Typ wie Arsen (As) und Phosphor (P) umfassen. Folglich können die vergrabene Wortleitung 508 und die ersten und zweiten Verunreinigungsbereiche 510 und 511 ein Zellentransistor werden. Der Zellentransistor kann einen Kurzkanaleffekt aufgrund des Vorhandenseins der vergrabenen Wortleitung 508 verbessern.
  • Ein Bitleitungskontaktanschluss 513 kann auf dem Substrat 501 gebildet sein. Der Bitleitungskontaktanschluss 513 kann mit dem ersten Verunreinigungsbereich 510 gekoppelt sein. Der Bitleitungskontaktanschluss 513 kann innerhalb eines Bitleitungskontaktlochs 512 angeordnet sein. Das Bitleitungskontaktloch 512 kann in einer Hartmaskenschicht 505 gebildet sein. Die Hartmaskenschicht 505 kann auf dem Substrat 501 gebildet sein. Das Bitleitungskontaktloch 512 kann den ersten Verunreinigungsbereich 510 freilegen. Die Bodenfläche des Bitleitungskontaktanschlusses 513 kann niedriger sein als die Oberseite des Substrats 501. Der Bitleitungskontaktanschluss 513 kann aus Polysilizium oder einem Metallmaterial gebildet sein. Ein Teil des Bitleitungskontaktanschlusses 513 kann eine kleinere Leitungsbreite als der Durchmesser des Bitleitungskontaktlochs 512 aufweisen. Die Bitleitung 514 kann an dem Bitleitungskontaktanschluss 513 gebildet sein. Eine Bitleitungs-Hartmaske 515 kann auf der Bitleitung 514 gebildet sein. Die gestapelte Struktur der Bitleitung 514 und der Bitleitungs-Hartmaske 515 kann auch als Bitleitungsstruktur BL bezeichnet werden. Die Bitleitung 514 kann eine lineare Form aufweisen, die sich in einer Richtung erstreckt, die die vergrabene Wortleitung 508 kreuzt. Ein Teil der Bitleitung 514 kann mit dem Bitleitungskontaktanschluss 513 verbunden sein. Die Bitleitung 514 kann ein Metallmaterial umfassen. Die Bitleitungs-Hartmaske 515 kann ein dielektrisches Material umfassen.
  • Ein Bitleitungsabstandshalter (Bitleitungs-Spacer) 516 kann an der Seitenwand der Bitleitungsstruktur BL gebildet sein. Der untere Abschnitt des Bitleitungsabstandshalters 516 kann verlängert sein, um an beiden Seitenwänden des Bitleitungskontaktanschlusses 513 gebildet zu sein. Der Bitleitungsabstandshalter 516 kann Siliziumoxid, Siliziumnitrid oder eine Kombination davon umfassen. In einigen Ausführungsformen kann der Bitleitungsabstandshalter 516 einen Luftspalt umfassen. Beispielsweise kann der Bitleitungsabstandshalter 516 eine Nitrid-Luftspalt-Nitrid-(NAN) Struktur aufweisen, in der sich der Luftspalt zwischen Siliziumnitriden befindet.
  • Ein Speicherknoten-Kontaktanschluss SNC kann zwischen den benachbarten Bitleitungsstrukturen BL gebildet sein. Der Speicherknoten-Kontaktanschluss SNC kann in einem Speicherknoten-Kontaktloch 518 gebildet sein. Der Speicherknoten-Kontaktanschluss SNC kann mit dem zweiten Verunreinigungsbereich 511 gekoppelt sein. Der Speicherknoten-Kontaktanschluss SNC kann einen unteren Anschluss 519 und einen oberen Anschluss 521 umfassen. Der Speicherknoten-Kontaktanschluss SNC kann ferner eine ohmsche Kontaktschicht 520 zwischen dem unteren Anschluss 519 und dem oberen Anschluss 521 umfassen. In einer Ausführungsform kann die ohmsche Kontaktschicht 520 Metallsilizid umfassen. In einer Ausführungsform kann der obere Anschluss 521 ein Metallmaterial umfassen, und der untere Anschluss 519 kann ein Siliziumhaltiges Material umfassen.
  • Aus einer perspektivischen Ansicht parallel zur Bitleitungsstruktur BL kann eine Anschlussisolationsschicht 517 zwischen den benachbarten Speicherknoten-Kontaktanschlüssen SNC gebildet werden. Die Anschlussisolationsschicht 517 kann zwischen den benachbarten Bitleitungsstrukturen BL gebildet sein und kann das Speicherknoten-Kontaktloch 518 zusammen mit der Hartmaskenschicht 505 bereitstellen.
  • 21A bis 21F zeigen Diagramme, die Anwendungsbeispiele des in den 20A bis 20C gezeigten Kondensators 600 darstellen.
  • Bezugnehmend auf 21A kann ein Kondensator 611 eine untere Elektrode bzw. Bodenelektrode 601, eine dielektrische Schicht 600D, eine Wärmequellenschicht 603 und eine obere Elektrode 602 umfassen. Die untere Elektrode 601 kann in Zylinderform gebildet sein. Die dielektrische Schicht 600D kann auf der unteren Elektrode 601 gebildet sein, und die Wärmequellenschicht 603 kann auf der dielektrischen Schicht 600D gebildet sein. Die obere Elektrode 602 kann auf der Wärmequellenschicht 603 gebildet sein. Die dielektrische Schicht 600D kann einem der Stapel der dielektrischen Schicht in den oben beschriebenen Ausführungsformen entsprechen. Folglich kann die dielektrische Schicht 600D eine dielektrische Schicht auf Hafniumoxidbasis und eine Leckblockierschicht umfassen.
  • Nachfolgend werden detaillierte Beschreibungen von Komponenten und Strukturen der Kondensatoren 612 bis 616, die mit denen des in 21A gezeigten Kondensators 611 identisch oder diesen ähnlich sind, weggelassen.
  • Bezugnehmend auf 21B kann ein Kondensator 612 eine zylinderförmige untere Elektrode 601, eine dielektrische Schicht 600D und eine obere Elektrode 602 umfassen. Der Kondensator 612 kann ferner einen Träger bzw. eine Stütze 600S umfassen. Der Träger 600S ist eine Struktur, die eine Außenwand der Bodenelektrode 601 trägt bzw. stützt. Der Träger 600S kann Siliziumnitrid umfassen.
  • Bezugnehmend auf die 21C und 21D kann jeder der Kondensatoren 613 und 614 eine säulenförmige untere Elektrode 601P, eine dielektrische Schicht 600D, eine Wärmequellenschicht 603 und eine obere Elektrode 602 umfassen. Der in 21D gezeigte Kondensator 614 kann ferner einen Träger 600S umfassen.
  • Bezugnehmend auf die 21E und 21F kann jeder der Kondensatoren 615 und 616 eine zylinderförmige untere Elektrode 601L, eine dielektrische Schicht 600D, eine Wärmequellenschicht 603 und eine obere Elektrode 602 umfassen. Der in 21F gezeigte Kondensator 616 kann ferner einen Träger 600S umfassen. Die untere Elektrode 601L kann eine Hybridstruktur aufweisen, in der eine Säulenform und eine Zylinderform zusammengeführt sind. Die Hybridstruktur der Säulenform und der Zylinderform kann als Zylinderform bezeichnet werden.
  • Wie oben beschrieben, kann die dielektrische Schicht 600D derart gebildet sein, dass sie die dielektrische Schicht auf Hafniumoxidbasis und die Leckblockierschicht umfasst, und die Wärmequellenschicht 603 kann auf der dielektrischen Schicht 600D gebildet sein, was es möglich macht, die dielektrische Schicht 600D mit einer hohen Dielektrizitätskonstante und einem niedrigen Leckstrom zu erhalten. Folglich ist es möglich, einen hochintegrierten dynamischen Direktzugriffsspeicher (dynamic random access memory - DRAM) herzustellen, dessen Refresh-Eigenschaften und Zuverlässigkeit verbessert werden.
  • Gemäß den Ausführungsformen kann ein dielektrischer Schichtstapel auf periphere Schaltungen des DRAM aufgebracht werden. Beispielsweise kann der DRAM einen Speicherzellenbereich mit einer Speicherzelle (Bezugszeichen „500“ von 20A) und einen Peripherieschaltungsbereich mit einem Peripherietransistor umfassen, und mindestens einer der Peripherietransistoren und der Kondensator 600 der Speicherzelle 500 können einen der Stapel der dielektrischen Schicht bzw. dielektrischen Schichtstapel in den oben beschriebenen Ausführungsformen umfassen. Beispielsweise können eine dielektrische Schicht auf Hafniumoxidbasis und eine Leckblockierschicht umfasst sein, wobei die dielektrische Schicht auf Hafniumoxidbasis eine tetragonale Hafniumoxidschicht, eine tetragonale Keimschicht und eine Dotierungsschicht umfassen kann.
  • Gemäß den Ausführungsformen kann der dielektrische Schichtstapel auf einen Metall-Isolator-Metall- (MIM) Kondensator aufgebracht werden. Beispielsweise kann der MIM-Kondensator eine erste Metallelektrode, eine zweite Metallelektrode und eine dielektrische Schicht auf Hafniumoxidbasis und eine zwischen der ersten Metallelektrode und der zweiten Metallelektrode gebildete Leckblockierschicht umfassen, wobei die dielektrische Schicht auf Hafniumoxidbasis eine tetragonale Hafniumoxidschicht, eine tetragonale Keimschicht und eine Dotierungsschicht umfassen kann.
  • Gemäß den Ausführungsformen kann der dielektrische Schichtstapel auf einen eingebetteten DRAM aufgebracht werden. Beispielsweise kann der eingebettete DRAM eine Logikschaltung und einen Kondensator umfassen, und der Kondensator des eingebetteten DRAM kann eine dielektrische Schicht auf Hafniumoxidbasis und eine Leckblockierschicht umfassen, wobei die dielektrische Schicht auf Hafniumoxidbasis eine tetragonale Hafniumoxidschicht, eine tetragonale Keimschicht und eine Dotierungsschicht umfassen kann.
  • Gemäß den Ausführungsformen kann der dielektrische Schichtstapel auf ein dreidimensionales (3D) NAND aufgebracht werden. Beispielsweise kann das 3D-NAND eine säulenförmige Kanalschicht, eine die säulenförmige Kanalschicht umgebende Wortleitung und eine dielektrische Schicht auf Hafniumoxidbasis und eine Leckblockierschicht zwischen der säulenförmigen Kanalschicht und der Wortleitung umfassen, wobei die dielektrische Schicht auf Hafniumoxidbasis eine tetragonale Hafniumoxidschicht, eine tetragonale Keimschicht und eine Dotierungsschicht umfassen kann.
  • Das Halbleiterbauelement gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen verwendet eine Keimschicht und eine Wärmequellenschicht, die die Bildung von tetragonalem Hafniumoxid bei einer niedrigen Temperatur ermöglichen.
  • Das Halbleiterbauelement gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen umfasst tetragonales Hafniumoxid mit einer hohen Dielektrizitätskonstante und einem niedrigen Leckstrom. Das Halbleiterbauelement gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen umfasst einen Kondensator mit erhöhter Kapazität.
  • Während die vorliegende Erfindung in Bezug auf spezifische Ausführungsformen beschrieben worden ist, sollte angemerkt werden, dass die Ausführungsformen die vorliegende Erfindung nicht einschränken. Ferner sollte angemerkt werden, dass die vorliegende Erfindung auf verschiedene Weise durch Substitution, Änderung und Modifikation durch den Fachmann erreicht werden kann, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen, wie er durch die folgenden Ansprüche definiert ist.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • KR 1020190045102 [0001]

Claims (55)

  1. Verfahren zum Herstellen eines Kondensators, aufweisend: Bilden einer ersten Elektrode; Bilden eines dielektrischen Schichtstapels auf der ersten Elektrode, wobei der dielektrische Schichtstapel eine anfängliche Hafniumoxidschicht und eine Keimschicht mit einer darin eingebetteten Dotierungsschicht umfasst; Bilden einer Wärmequellenschicht auf dem dielektrischen Schichtstapel, um das anfängliche Hafniumoxid zu tetragonalem Hafniumoxid zu kristallisieren; und Bilden einer zweiten Elektrode auf der Wärmequellenschicht.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bilden des dielektrischen Schichtstapels umfasst: Bilden der Keimschicht mit der darin eingebetteten Dotierungsschicht auf der ersten Elektrode; und Bildung des anfänglichen Hafniumoxids auf der Keimschicht.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bilden des dielektrischen Schichtstapels umfasst: Bilden des anfänglichen Hafniumoxids auf der ersten Elektrode; und Bilden der Keimschicht mit der darin eingebetteten Dotierungsschicht auf dem anfänglichen Hafniumoxid.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bilden des dielektrischen Schichtstapels ein Bilden der Keimschicht mit einer einzelnen Dotierungsschicht umfasst, die zwischen zwei anfänglichen Hafniumoxidschichten darin eingebettet ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bilden des dielektrischen Schichtstapels ein Bilden einer einzelnen anfänglichen Hafniumoxidschicht zwischen zwei Keimschichten umfasst, in denen jeweils die Dotierungsschicht darin eingebettet ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Keimschicht mit der darin eingebetteten Dotierungsschicht Zirkonoxid mit einer mit Aluminium dotierten tetragonalen Kristallstruktur umfasst.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das tetragonale Hafniumoxid eine reine tetragonale Kristallstruktur aufweist.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bilden des dielektrischen Schichtstapels durch Atomlagenabscheidung (ALD) durchgeführt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bilden der Wärmequellenschicht bei einer Temperatur von 300°C bis 500°C durchgeführt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 1, ferner aufweisend vor dem Bilden der Wärmequellenschicht: Bilden einer Leckblockierschicht auf dem dielektrischen Schichtstapel; und Bilden einer Grenzflächensteuerschicht auf der Leckblockierschicht.
  11. Verfahren zum Bilden von Hafniumoxid, aufweisend: Bilden eines Stapels einer Dotierungsschicht, einer Keimschicht und anfänglichem Hafniumoxid über einem Substrat; und Bilden einer Wärmequellenschicht auf dem Stapel, um das anfängliche Hafniumoxid zu tetragonalem Hafniumoxid zu kristallisieren.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Bilden des Stapels der Dotierungsschicht, der Keimschicht und des anfänglichen Hafniumoxids umfasst: Bilden der Keimschicht auf dem Substrat, so dass die Dotierungsschicht in der Keimschicht angeordnet oder eingebettet ist; und Bilden des anfänglichen Hafniumoxids auf der Keimschicht.
  13. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Bilden des Stapels der Keimschicht und des anfänglichen Hafniumoxids umfasst: Bilden des anfänglichen Hafniumoxids auf dem Substrat; und Bilden der Keimschicht auf dem anfänglichen Hafniumoxid, so dass die Dotierungsschicht in der Keimschicht angeordnet oder in diese eingebettet ist.
  14. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Bilden des Stapels der Keimschicht und des anfänglichen Hafniumoxids ein Bilden einer einzelnen Keimschicht zwischen zwei anfänglichen Hafniumoxidschichten umfasst, wobei die Dotierungsschicht in der Keimschicht angeordnet oder in diese eingebettet ist.
  15. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Bilden des Stapels der Keimschicht und des anfänglichen Hafniumoxids ein Bilden einer einzelnen anfänglichen Hafniumoxidschicht zwischen zwei Keimschichten umfasst, wobei die Dotierungsschicht in mindestens einer der beiden Keimschichten angeordnet oder eingebettet ist.
  16. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Keimschicht tetragonales Zirkonoxid umfasst und die Dotierungsschicht in dem tetragonalen Zirkonoxid angeordnet oder eingebettet und gebildet ist.
  17. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das tetragonale Zirkonoxid eine reine tetragonale Kristallstruktur aufweist.
  18. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Bilden des Stapels der Dotierungsschicht, der Keimschicht und des anfänglichen Hafniumoxids durch Atomlagenabscheidung (ALD) durchgeführt wird.
  19. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Bilden der Wärmequellenschicht bei einer Temperatur von 300°C bis 500°C durchgeführt wird.
  20. Verfahren nach Anspruch 11, ferner umfassend vor dem Bilden der Wärmequellenschicht: Bilden einer Leckblockierschicht auf dem Stapel; und Bilden einer Grenzflächensteuerschicht auf der Leckblockierschicht.
  21. Halbleiterbauelement, aufweisend mindestens eine dielektrische Schicht auf Hafniumoxidbasis, wobei die dielektrische Schicht auf Hafniumoxidbasis Folgendes umfasst: eine tetragonale Hafniumoxidschicht; eine tetragonale Keimschicht; und eine Dotierungsschicht.
  22. Halbleiterbauelement nach Anspruch 21, ferner aufweisend eine Leckblockierschicht, die auf der dielektrischen Schicht auf Hafniumoxidbasis gebildet ist.
  23. Halbleiterbauelement nach Anspruch 22, wobei die Leckblockierschicht ein Material mit einer niedrigeren Dielektrizitätskonstante und einer höheren Bandlücke als die tetragonale Hafniumoxidschicht und die tetragonale Keimschicht umfasst.
  24. Halbleiterbauelement nach Anspruch 22, wobei die Leckblockierschicht ein aluminiumhaltiges Material oder ein berylliumhaltiges Material umfasst.
  25. Halbleiterbauelement nach Anspruch 22, wobei die Leckblockierschicht eine geringere Dicke als die tetragonale Hafniumoxidschicht und die tetragonale Keimschicht aufweist.
  26. Halbleiterbauelement nach Anspruch 22, ferner aufweisend: eine Wärmequellenschicht, die über der Leckblockierschicht gebildet ist; und eine Grenzflächensteuerschicht, die zwischen der Wärmequellenschicht und der Leckblockierschicht gebildet ist.
  27. Halbleiterbauelement nach Anspruch 26, wobei die Wärmequellenschicht ein leitendes Material umfasst.
  28. Halbleiterbauelement nach Anspruch 26, bei der die Grenzflächensteuerschicht ein Material mit einer höheren Elektronegativität als die dielektrische Schicht auf Hafniumoxidbasis umfasst.
  29. Halbleiterbauelement nach Anspruch 26, wobei die Grenzflächensteuerschicht Titanoxid, Tantaloxid, Nioboxid, Aluminiumoxid, Siliziumoxid, Zinnoxid, Germaniumoxid, Molybdändioxid, Molybdändioxid, Iridiumoxid, Rutheniumoxid, Nickeloxid oder Kombinationen davon umfasst.
  30. Halbleiterbauelement nach Anspruch 21, wobei die tetragonale Hafniumoxidschicht und die tetragonale Keimschicht direkt miteinander in Kontakt stehen.
  31. Halbleiterbauelement nach Anspruch 21, wobei die Dotierungsschicht in der tetragonalen Keimschicht angeordnet oder eingebettet ist.
  32. Halbleiterbauelement nach Anspruch 31, wobei die tetragonale Keimschicht mit der darin eingebetteten Dotierungsschicht umfasst: eine untere tetragonale Keimschicht; und eine obere tetragonale Keimschicht, wobei die Dotierungsschicht zwischen der unteren tetragonalen Keimschicht und der oberen tetragonalen Keimschicht angeordnet ist und eine ultradünne Dicke aufweist, um Kristallkörner der unteren tetragonalen Keimschicht und Kristallkörner der oberen tetragonalen Keimschicht nicht zu trennen.
  33. Halbleiterbauelement nach Anspruch 32, wobei die untere tetragonale Keimschicht und die obere tetragonale Keimschicht größere Dicken als die Dotierungsschicht aufweisen und die obere tetragonale Keimschicht eine größere Dicke als die untere tetragonale Keimschicht aufweist.
  34. Halbleiterbauelement nach Anspruch 32, wobei die Dotierungsschicht dotiertes tetragonales Zirkonoxid umfasst, das mit einem Dotierstoff dotiert ist, und die untere tetragonale Keimschicht und die obere tetragonale Keimschicht undotiertes tetragonales Zirkonoxid umfassen, das nicht mit einem Dotierstoff dotiert ist.
  35. Halbleiterbauelement nach Anspruch 34, wobei der Dotierstoff Aluminium oder Beryllium umfasst.
  36. Halbleiterbauelement nach Anspruch 21, wobei die tetragonale Hafniumoxidschicht eine reine tetragonale Kristallstruktur aufweist.
  37. Halbleiterbauelement nach Anspruch 21, wobei die Dotierungsschicht eine Bandlücke höherer Energie als die tetragonale Hafniumoxidschicht und die tetragonale Keimschicht aufweist.
  38. Halbleiterbauelement nach Anspruch 21, wobei die dielektrische Schicht auf Hafniumoxidbasis eine höhere Dielektrizitätskonstante als die tetragonale Keimschicht und die Dotierungsschicht aufweist.
  39. Halbleiterbauelement nach Anspruch 21, wobei die tetragonale Hafniumoxidschicht einen Dotierstoff umfasst.
  40. Halbleiterbauelement nach Anspruch 39, wobei der Dotierstoff Strontium (Sr), Lanthan (La), Gadolinium (Gd), Aluminium (Al), Silizium (Si), Yttrium (Y), Zirkonium (Zr), Niob (Nb), Wismut (Bi), Germanium (Ge), Dysprosium (Dy), Titan (Ti), Cer (Ce), Magnesium (Mg), Stickstoff (N) oder Kombinationen davon umfasst.
  41. Halbleiterbauelement nach Anspruch 21, wobei die dielektrische Schicht auf Hafniumoxidbasis eine Vielzahl von tetragonalen Hafniumoxidschichten, eine Vielzahl von tetragonalen Keimschichten und mindestens eine direkt kontaktierte Grenzfläche umfasst, an der die tetragonale Hafniumoxidschicht und die tetragonale Keimschicht direkt miteinander in Kontakt gebracht sind, wobei die Dotierungsschicht in einer oder mehreren der tetragonalen Keimschichten angeordnet oder eingebettet ist.
  42. Halbleiterbauelement nach Anspruch 41, wobei die Dotierungsschicht von der direkt kontaktierten Grenzfläche beabstandet und in die eine oder die mehreren tetragonalen Keimschichten eingebettet ist.
  43. Halbleiterbauelement nach Anspruch 41, wobei die Dotierungsschicht mit der direkt kontaktierten Grenzfläche in Kontakt gebracht und in die eine oder mehreren tetragonalen Keimschichten eingebettet ist.
  44. Halbleiterbauelement nach Anspruch 21, wobei die Dotierungsschicht in der tetragonalen Hafniumoxidschicht angeordnet oder eingebettet ist und die tetragonale Hafniumoxidschicht und die tetragonale Keimschicht direkt miteinander in Kontakt stehen.
  45. Halbleiterbauelement nach Anspruch 44, wobei die tetragonale Hafniumoxidschicht mit der darin eingebetteten Dotierungsschicht umfasst: eine untere tetragonale Hafniumoxidschicht; und eine obere tetragonale Hafniumoxidschicht, wobei die Dotierungsschicht zwischen der unteren tetragonalen Hafniumoxidschicht und der oberen tetragonalen Hafniumoxidschicht angeordnet ist und eine ultradünne Dicke aufweist, um Kristallkörner der unteren tetragonalen Hafniumoxidschicht und Kristallkörner der oberen tetragonalen Hafniumoxidschicht nicht zu trennen.
  46. Halbleiterbauelement nach Anspruch 45, wobei die untere tetragonale Hafniumoxidschicht und die obere tetragonale Hafniumoxidschicht größere Dicken als die Dotierungsschicht aufweisen und die untere tetragonale Hafniumoxidschicht eine größere Dicke als die obere tetragonale Hafniumoxidschicht aufweist.
  47. Halbleiterbauelement nach Anspruch 45, wobei die Dotierungsschicht dotiertes tetragonales Hafniumoxid umfasst, das mit einem Dotierstoff dotiert ist, und die untere tetragonale Hafniumoxidschicht und die obere tetragonale Hafniumoxidschicht undotiertes tetragonales Hafniumoxid umfassen, das nicht mit einem Dotierstoff dotiert ist.
  48. Halbleiterbauelement nach Anspruch 47, wobei der Dotierstoff Aluminium oder Beryllium umfasst.
  49. Halbleiterbauelement nach Anspruch 21, wobei die dielektrische Schicht auf Hafniumoxidbasis eine Vielzahl von tetragonalen Hafniumoxidschichten, eine Vielzahl von tetragonalen Keimschichten und mindestens eine direkt kontaktierte Grenzfläche umfasst, an der die tetragonale Hafniumoxidschicht und die tetragonale Keimschicht direkt miteinander in Kontakt gebracht sind, wobei die Dotierungsschicht in einer oder mehreren der tetragonalen Hafniumoxidschichten angeordnet oder eingebettet ist.
  50. Halbleiterbauelement nach Anspruch 49, wobei die Dotierungsschicht von der direkt kontaktierten Grenzfläche beabstandet und in die eine oder mehreren tetragonalen Hafniumoxidschichten eingebettet ist.
  51. Halbleiterbauelement nach Anspruch 49, wobei die Dotierungsschicht mit der direkt kontaktierten Grenzfläche in Kontakt gebracht und in die eine oder mehreren tetragonalen Hafniumoxidschichten eingebettet ist.
  52. Halbleiterbauelement nach Anspruch 21, ferner aufweisend: eine erste Elektrode, die auf einem Boden der dielektrischen Schicht auf Hafniumoxidbasis angeordnet ist; eine zweite Elektrode, die auf einer Oberseite der dielektrischen Schicht auf Hafniumoxidbasis angeordnet ist; eine Leckblockierschicht, die zwischen der dielektrischen Schicht auf Hafniumoxidbasis und der zweiten Elektrode angeordnet ist; und eine Grenzflächensteuerschicht, die zwischen der Leckblockierschicht und der zweiten Elektrode angeordnet ist.
  53. Halbleiterbauelement nach Anspruch 52, wobei die Leckblockierschicht eine geringere Dicke als die dielektrische Schicht auf Hafniumoxidbasis aufweist und die Grenzflächensteuerschicht ein Material mit einer höheren Elektronegativität als die dielektrische Schicht auf Hafniumoxidbasis umfasst.
  54. Halbleiterbauelement nach Anspruch 52, wobei die dielektrische Schicht auf Hafniumoxidbasis eine mehrschichtige Struktur umfasst, die mehrere tetragonale Hafniumoxidschichten und mehrere tetragonale Keimschichten umfasst; wobei die mehrschichtige Struktur eine direkt kontaktierte Grenzfläche umfasst, an der eine oder mehrere der tetragonalen Hafniumoxidschichten und eine oder mehrere der tetragonalen Keimschichten direkt miteinander in Kontakt stehen.
  55. Halbleiterbauelement nach Anspruch 54, wobei die Dotierungsschicht in einer oder mehreren der tetragonalen Keimschichten oder einer oder mehreren der tetragonalen Hafniumoxidschichten angeordnet oder eingebettet ist.
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