包括铁电薄膜结构的电子器件.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115939195A(43)申请公布日2023.04.07(21)申请号202210916857.2(22)申请日2022.08.01(30)优先权数据10-2021-01124732021.08.25KR(71)申请人三星电子株式会社地址韩国京畿道(72)发明人许镇盛李润姓李香淑赵常玹南胜杰文泰欢裵鹤烈李银河李准浩(74)专利代理机构北京市柳沈律师事务所11105专利代理师弋桂芬(51)Int.Cl.H01L29/51(2006.01)H01L29/78(2006.01)权利要求书2页说明书10页附图8页(54)发明名称包括铁电薄膜结构的电子器件(57)摘要本发明公开了一种电子器件，该电子器件包括：衬底，包括源极、漏极以及在源极和漏极之间的沟道；栅电极，布置在衬底上方并面向沟道，栅电极在第一方向上与沟道隔开；以及在沟道和栅电极之间的铁电薄膜结构，该铁电薄膜结构包括在第一方向上从沟道起顺序布置的第一铁电层、包括电介质材料的结晶阻挡层、和第二铁电层。第一铁电层的晶粒的尺寸的平均值可以小于或等于第二铁电层的晶粒的尺寸的平均值，并且由于小的晶粒，可以改善性能的离散。CN115939195ACN115939195A权利要求书1/2页1.一种电子器件，包括：衬底，包括源极、漏极以及在所述源极和所述漏极之间的沟道；栅电极，在所述衬底上方并面向所述沟道，所述栅电极在第一方向上与所述沟道隔开；以及在所述沟道和所述栅电极之间的铁电薄膜结构，所述铁电薄膜结构包括第一铁电层、包括电介质材料的结晶阻挡层、和第二铁电层，其中所述第一铁电层、所述结晶阻挡层和所述第二铁电层在所述第一方向上顺序地位于所述沟道上，所述第一铁电层的晶粒的尺寸的平均值小于或等于所述第二铁电层的晶粒的尺寸的平均值，以及每个晶粒的尺寸是指所述晶粒在垂直于所述第一方向的截面中的最大宽度。2.如权利要求1所述的电子器件，其中所述第一铁电层的所述晶粒的所述尺寸的所述平均值为20nm或更小。3.如权利要求1所述的电子器件，其中所述第一铁电层的所述晶粒的所述尺寸的所述平均值为10nm或更小。4.如权利要求1所述的电子器件，其中所述第一铁电层的厚度在0.5nm至2nm的范围内。5.如权利要求1所述的电子器件，其中所述第一铁电层的厚度小于或等于所述第二铁电层的厚度。6.如权利要求1所述的电子器件，其中所述结晶阻挡层的厚度大于0nm且小于或等于2nm。7.如权利要求1所述的电子器件，其中所述结晶阻挡层包括选自包含AlOx(0<x<1)、LaOx(0<x<1)、YOx(0<x<1)、LaAlOx(0<x<1)、TaOx(0<x<1)、TiOx(0<x<1)、SrTiOx(0<x<1)、MgO、ZrSiO、氮化物、氮氧化物、石墨烯、硼氮化物(BN)和二维(2D)电介质材料的组的至少一种。8.如权利要求1所述的电子器件，进一步包括：在所述沟道和所述第一铁电层之间的电介质层。9.如权利要求8所述的电子器件，其中所述电介质层包括具有比所述第一铁电层的带隙大的带隙的电介质材料。10.如权利要求1所述的电子器件，其中所述铁电薄膜结构进一步包括：在所述第二铁电层上的第二结晶阻挡层；以及在所述第二结晶阻挡层上的第三铁电层。11.如权利要求10所述的电子器件，其中所述第一铁电层的厚度t1、所述第二铁电层的厚度t2和所述第三铁电层的厚度t3满足t1≤t2≤t3。12.如权利要求10所述的电子器件，其中所述第一铁电层的所述晶粒的所述尺寸的所述平均值a1、所述第二铁电层的所述2CN115939195A权利要求书2/2页晶粒的所述尺寸的所述平均值a2、以及所述第三铁电层的晶粒的尺寸的平均值a3满足a1≤a2≤a3。13.如权利要求10所述的电子器件，其中所述铁电薄膜结构的总厚度在4nm至15nm的范围内。14.如权利要求1所述的电子器件，其中所述电子器件被配置为在一个单元中存储多个位。15.如权利要求1所述的电子器件，其中所述沟道在从所述源极到所述漏极的方向上的长度为1,000nm或更小。16.如权利要求1所述的电子器件，其中所述沟道包括选自包含Si、Ge、SiGe、III‑V族半导体、氧化物半导体、氮化物半导体、氮氧化物半导体、2D材料、量子点、过渡金属二硫属化物和有机半导体的组的至少一种。17.如权利要求1所述的电子器件，其中所述第一铁电层和所述第二铁电层各自独立地包括Si、Al、Hf或Zr的氧化物。18.如权利要求17所述的电子器件，其中所述第一铁电层和所述第二铁电层各自独立地包括所述氧化物作为基础材料，以及所述第一铁电层和所述第二铁电层各自独立地进一步包括C、Si、Ge、Sn、Pb、Al、Y、La、Gd、Mg、Ca、Sr、Ba、Ti、Zr、Hf和N中的至少