电容器、包括其的半导体器件和电子设备、以及制造电容器的方法与流程

本公开内容涉及电容器、半导体器件、电子设备、以及制造电容器的方法。

背景技术：

1、随着集成电路器件的缩小，被电容器占据的空间已经减小。电容器包括顶部电极和底部电极以及在这些电极之间的介电膜，其中介电膜采用具有高的介电常数的介电材料以使电容器呈现出高的电容。泄漏电流可流过电容器的内部。可需要用于在减少流过电容器的内部的泄漏电流的同时使电容的降低减少和/或最小化的技术。

技术实现思路

1、提供具有优异的泄漏电流阻挡性质并且具有高的电容的电容器。

2、提供包括具有优异的泄漏电流阻挡性质并且具有高的电容的电容器的半导体器件和电子设备。

3、提供制造具有优异的泄漏电流阻挡性质并且具有高的电容的电容器的方法。

4、然而，本公开内容不限于以上阐明的方面。

5、另外的方面将部分地在随后的描述中阐明，且部分地将由所述描述明晰，或者可通过本公开内容的所提供的实施方式的实践获悉。

6、根据一种实施方式的方面，电容器包括：底部电极；在所述底部电极上方的顶部电极；在所述底部电极和所述顶部电极之间的介电膜；以及在所述顶部电极和所述介电膜之间的掺杂al2o3膜。所述掺杂al2o3膜包括第一掺杂剂，并且包括与所述第一掺杂剂相同的元素的氧化物具有比al2o3的介电常数高的介电常数。

7、在一些实施方式中，所述第一掺杂剂可包括如下之一：ca、sr、ba、sc、y、la、ti、hf、zr、nb、ta、ce、pr、nd、gd、dy、yb、和lu。

8、在一些实施方式中，所述掺杂al2o3膜可以大于0原子％且小于50原子％的量包括所述第一掺杂剂。

9、在一些实施方式中，所述掺杂al2o3膜可进一步包括与所述第一掺杂剂不同的第二掺杂剂，并且包括与所述第二掺杂剂相同的元素的氧化物可具有比al2o3的介电常数高的介电常数。

10、在一些实施方式中，所述第二掺杂剂可包括如下之一：ca、sr、ba、sc、y、la、ti、hf、zr、nb、ta、ce、pr、nd、gd、dy、yb、和lu。

11、在一些实施方式中，所述第一掺杂剂和所述第二掺杂剂可以共计大于0原子％且小于50原子％的量存在于所述掺杂al2o3膜中。

12、在一些实施方式中，所述底部电极可直接接触所述介电膜。

13、在一些实施方式中，所述电容器可进一步包括在所述底部电极和所述介电膜之间的界面膜，并且所述界面膜可包括氧化物，所述氧化物包括包含在所述底部电极中的金属元素。

14、在一些实施方式中，所述底部电极可包括由mm'n表示的金属氮化物，并且所述界面膜可包括由mm'on表示的金属氧氮化物，其中m可为金属元素，m'可为与m不同的元素，n可为氮，且o可为氧。

15、在一些实施方式中，所述底部电极可以大于0原子％且小于或等于1原子％的量包括碳杂质。

16、在一些实施方式中，m可为be、b、na、mg、al、si、k、ca、sc、ti、v、cr、mn、fe、co、ni、cu、zn、ga、ge、rb、sr、y、zr、nb、mo、tc、ru、rh、pd、ag、cd、in、sn、sb、te、cs、ba、la、ce、pr、nd、pm、sm、eu、gd、tb、dy、ho、er、tm、yb、lu、hf、ta、w、re、os、ir、pt、au、hg、tl、pb、bi、po、fr、ra、ac、th、pa、或u。

17、在一些实施方式中，m'可为h、li、be、b、na、mg、al、si、p、s、k、ca、sc、ti、v、cr、mn、fe、co、ni、cu、zn、ga、ge、as、se、rb、sr、y、zr、nb、mo、tc、ru、rh、pd、ag、cd、in、sn、sb、te、cs、ba、la、ce、pr、nd、pm、sm、eu、gd、tb、dy、ho、er、tm、yb、lu、hf、ta、w、re、os、ir、pt、au、hg、tl、pb、bi、po、fr、ra、ac、th、pa、或u。

18、在一些实施方式中，所述金属氮化物可由mxm'ynz表示，其中可满足0<x≤2，0<y≤2，和0<z≤4。

19、在一些实施方式中，所述介电膜可具有大于0纳米(nm)且小于5nm的厚度，和所述掺杂al2o3膜可具有大于0nm且小于2nm的厚度。

20、在一些实施方式中，所述顶部电极可直接接触所述掺杂al2o3膜的顶表面，并且所述介电膜可直接接触所述掺杂al2o3膜的底表面。

21、在一些实施方式中，所述顶部电极可包括tin、mon、con、tan、tialn、taaln、w、ru、ruo2、srruo3、ir、iro2、pt、pto、(ba,sr)ruo3(bsro)、caruo3(cro)、(la,sr)coo3(lsco)、或其组合。

22、根据另一实施方式的方面，半导体器件包括：基材(基底、基板)；在所述基材上的栅结构；第一源/漏区域和第二源/漏区域，两者均布置在所述基材的上部中；以及在所述基材上的电容器。所述电容器包括底部电极、顶部电极、在所述底部电极和所述顶部电极之间的介电膜、以及在所述顶部电极和所述介电膜之间的掺杂al2o3膜。所述底部电极电连接至所述第一源/漏区域。所述顶部电极在所述底部电极上方。所述掺杂al2o3膜包括第一掺杂剂。包括与所述第一掺杂剂相同的元素的氧化物具有比al2o3的介电常数高的介电常数。

23、在一些实施方式中，所述掺杂al2o3膜可进一步包括与所述第一掺杂剂不同的第二掺杂剂。包括与所述第二掺杂剂相同的元素的氧化物可具有比al2o3的介电常数高的介电常数。

24、在一些实施方式中，所述第一掺杂剂和所述第二掺杂剂可选自ca、sr、ba、sc、y、la、ti、hf、zr、nb、ta、ce、pr、nd、gd、dy、yb、和lu之中的不同元素。

25、在一些实施方式中，所述掺杂al2o3膜可以共计大于0原子％且小于50原子％的量包括所述第一掺杂剂和所述第二掺杂剂。

26、在一些实施方式中，所述底部电极可包括由mm'n表示的金属氮化物，其中m可为金属元素，m'可为与m不同的元素，n可为氮，且o可为氧。

27、在一些实施方式中，m可为be、b、na、mg、al、si、k、ca、sc、ti、v、cr、mn、fe、co、ni、cu、zn、ga、ge、rb、sr、y、zr、nb、mo、tc、ru、rh、pd、ag、cd、in、sn、sb、te、cs、ba、la、ce、pr、nd、pm、sm、eu、gd、tb、dy、ho、er、tm、yb、lu、hf、ta、w、re、os、ir、pt、au、hg、tl、pb、bi、po、fr、ra、ac、th、pa、或u。m'可为h、li、be、b、na、mg、al、si、p、s、k、ca、sc、ti、v、cr、mn、fe、co、ni、cu、zn、ga、ge、as、se、rb、sr、y、zr、nb、mo、tc、ru、rh、pd、ag、cd、in、sn、sb、te、cs、ba、la、ce、pr、nd、pm、sm、eu、gd、tb、dy、ho、er、tm、yb、lu、hf、ta、w、re、os、ir、pt、au、hg、tl、pb、bi、po、fr、ra、ac、th、pa、或u。

28、在一些实施方式中，所述金属氮化物可由mxm'ynz表示，其中可满足0<x≤2，0<y≤2，和0<z≤4。

29、在一些实施方式中，所述顶部电极可直接接触所述掺杂al2o3膜的顶表面，并且所述介电膜可直接接触所述掺杂al2o3膜的底表面。

30、根据另一实施方式，制造电容器的方法包括：形成底部电极；在所述底部电极上形成介电膜；在所述介电膜上形成掺杂al2o3膜；和在所述掺杂al2o3膜上形成顶部电极。所述掺杂al2o3膜包括第一掺杂剂。包括与所述第一掺杂剂相同的元素的氧化物具有比al2o3的介电常数高的介电常数。

31、在一些实施方式中，所述形成掺杂al2o3膜可包括在所述介电膜上形成al2o3膜并且对所述介电膜和所述al2o3膜进行热处理。所述介电膜可包括与所述第一掺杂剂相同的元素的氧化物。所述进行热处理可包括通过所述热处理使与所述第一掺杂剂相同的元素从所述介电膜扩散到所述al2o3膜中以提供所述掺杂al2o3膜。所述第一掺杂剂可为ca、sr、ba、sc、y、la、ti、hf、zr、nb、ta、ce、pr、nd、gd、dy、yb、或lu。

32、在一些实施方式中，所述形成掺杂al2o3膜可包括：通过原位法(原位工艺)将al、o和与所述第一掺杂剂相同的元素沉积在所述介电膜上，其中与所述第一掺杂剂相同的元素可为ca、sr、ba、sc、y、la、ti、hf、zr、nb、ta、ce、pr、nd、gd、dy、yb、或lu。

33、在一些实施方式中，所述掺杂al2o3膜可进一步包括与所述第一掺杂剂不同的第二掺杂剂，并且包括与所述第二掺杂剂相同的元素的氧化物可具有比al2o3的介电常数高的介电常数。

34、在一些实施方式中，所述形成掺杂al2o3膜可包括：在所述介电膜上形成另外的氧化物膜；在所述另外的氧化物膜上形成al2o3膜；和进行热处理。所述热处理可对所述介电膜、所述另外的氧化物膜和所述al2o3膜进行。所述介电膜和所述另外的氧化物膜可分别包括包含选自ca、sr、ba、sc、y、la、ti、hf、zr、nb、ta、ce、pr、nd、gd、dy、yb、和lu之中的两种不同元素的氧化物。可通过所述热处理使选自ca、sr、ba、sc、y、la、ti、hf、zr、nb、ta、ce、pr、nd、gd、dy、yb、和lu之中并且分别在所述介电膜和所述另外的氧化物膜中的两种不同元素扩散到所述al2o3膜中。所述第一掺杂剂和所述第二掺杂剂可分别为选自ca、sr、ba、sc、y、la、ti、hf、zr、nb、ta、ce、pr、nd、gd、dy、yb、和lu之中并且扩散到所述al2o3膜中的所述两种不同元素。

35、在一些实施方式中，所述掺杂al2o3膜可以共计大于0原子％且小于50原子％的量包括所述第一掺杂剂和所述第二掺杂剂。

36、在一些实施方式中，所述形成底部电极可包括：在反应室中布置基材；将包括金属-有机配体化合物的第一源供应到所述反应室中；进行第一次吹扫以除去未被吸附到所述基材上的所述第一源的有机配体；将包括卤素化合物的第二源供应到所述反应室中；进行第二次吹扫以除去尚未与所述第二源反应的有机配体；和将氮化剂(nitridant)供应到所述反应室中。

37、在一些实施方式中，所述金属-有机配体化合物可由mrx表示，其中m可为金属元素，和r可为有机配体，并且x可在0<x≤6的范围内。

38、在一些实施方式中，m可为be、b、na、mg、al、si、k、ca、sc、ti、v、cr、mn、fe、co、ni、cu、zn、ga、ge、rb、sr、y、zr、nb、mo、tc、ru、rh、pd、ag、cd、in、sn、sb、te、cs、ba、la、ce、pr、nd、pm、sm、eu、gd、tb、dy、ho、er、tm、yb、lu、hf、ta、w、re、os、ir、pt、au、hg、tl、pb、bi、po、fr、ra、ac、th、pa、或u。

39、在一些实施方式中，r可包括如下的至少一种：c1-c10烷基、c2-c10烯基、羰基(c＝o)、c6-c10芳基、c6-c10环烷基、c6-c10环烯基、(c＝o)r(其中r为氢或c1-c10烷基)、c1-c10烷氧基、c1-c10脒基(amidinate)、c1-c10烷基酰胺、c1-c10烷基酰亚胺、-n(q)(q')(其中q和q'各自独立地为c1-c10烷基或氢，并且q和q'不同时为氢)、q(c＝o)cn(其中q为氢或c1-c10烷基)、和c1-c10β-二酮(β-二酮基，β-二酮根)(β-diketonate)。

40、在一些实施方式中，所述卤素化合物可由m'ay表示(其中y为大于0的实数且a可为卤族元素。m'可为h、li、be、b、na、mg、al、si、p、s、k、ca、sc、ti、v、cr、mn、fe、co、ni、cu、zn、ga、ge、as、se、rb、sr、y、zr、nb、mo、tc、ru、rh、pd、ag、cd、in、sn、sb、te、cs、ba、la、ce、pr、nd、pm、sm、eu、gd、tb、dy、ho、er、tm、yb、lu、hf、ta、w、re、os、ir、pt、au、hg、tl、pb、bi、po、fr、ra、ac、th、pa、或u。

41、在一些实施方式中，a可包括f、cl、br、和i的至少一种，并且y可在0<y≤6的范围内。

42、在一些实施方式中，供应所述第一源、供应所述第二源、和供应所述氮化剂可使用原子层沉积(ald)工艺进行。

43、在一些实施方式中，所述氮化剂可包括nh3、n2h2、和n2h4的至少一种。

44、在一些实施方式中，以上阐明的方法可进一步包括进行热处理以除去所述卤素化合物的卤族元素，所述卤族元素作为反应副产物余留。

45、在一些实施方式中，所述底部电极可以大于0原子％且小于或等于1原子％的量包括碳杂质。

46、根据实施方式，电容器包括：底部电极；在所述底部电极上方的顶部电极；在所述底部电极和所述顶部电极之间的介电膜；以及在所述顶部电极和所述介电膜之间的掺杂al2o3膜。所述掺杂al2o3膜可包括第一掺杂剂。第一掺杂剂的氧化物可具有比al2o3的介电常数高的介电常数。

47、在一些实施方式中，所述掺杂al2o3膜可进一步包括与所述第一掺杂剂不同的第二掺杂剂。第二掺杂剂的氧化物可具有比al2o3的介电常数高的介电常数。所述第一掺杂剂和所述第二掺杂剂可为在ca、sr、ba、sc、y、la、ti、hf、zr、nb、ta、ce、pr、nd、gd、dy、yb、或lu之中的不同元素。所述介电膜可包括所述第一掺杂剂的氧化物、所述第二掺杂剂的氧化物、或者所述第一掺杂剂的氧化物和所述第二掺杂剂的氧化物两者。

48、在一些实施方式中，所述介电膜可包括第一区域和第二区域。所述第一区域可包括所述第一掺杂剂的氧化物。所述第二区域可包括所述第二掺杂剂的氧化物。所述介电膜的所述第二区域可在所述介电膜的所述第一区域和所述掺杂al2o3膜之间。

49、在一些实施方式中，半导体器件可包括上述电容器之一。

50、在一些实施方式中，电子设备可包括上述电容器之一。