掺杂极性层及并入有掺杂极性层的半导体装置.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113892155A(43)申请公布日2022.01.04(21)申请号202080039183.1(74)专利代理机构北京律盟知识产权代理有限(22)申请日2020.04.07责任公司11287代理人张世俊(30)优先权数据62/831,0442019.04.08US(51)Int.Cl.H01G4/30(2006.01)(85)PCT国际申请进入国家阶段日H01G4/00(2006.01)2021.11.26H01G4/33(2006.01)(86)PCT国际申请的申请数据PCT/US2020/0271032020.04.07(87)PCT国际申请的公布数据WO2020/210257EN2020.10.15(71)申请人开普勒计算公司地址美国加利福尼亚州(72)发明人R·拉玛穆尔蒂S·马尼帕特鲁尼G·塔雷贾权利要求书3页说明书38页附图12页(54)发明名称掺杂极性层及并入有掺杂极性层的半导体装置(57)摘要所公开的技术大体上涉及铁电材料及半导体装置，且更特定来说，涉及并入有掺杂极性材料的半导体存储器装置。在一个方面中，一种半导体装置包括电容器，所述电容器又包括极性层，所述极性层包括掺杂有掺杂剂的基底极性材料。所述基底极性材料包含一或多个金属元素及氧或氮中的一或两者。所述掺杂剂包括不同于所述一或多个金属元素的金属元素且以一浓度存在，使得所述电容器的铁电切换电压与具有未掺杂所述掺杂剂的所述基底极性材料的所述电容器的铁电切换电压相差超过约100mV。电容器堆叠另外包括所述极性层的相对侧上的第一结晶导电氧化物电极及第二结晶导电氧化物电极。CN113892155ACN113892155A权利要求书1/3页1.一种半导体装置，其包括：电容器，其包括：极性层，其包括掺杂有掺杂剂的基底极性材料，其中所述基底极性材料包含一或多个金属元素及氧或氮中的一或两者，且其中所述掺杂剂包括不同于所述一或多个金属元素的金属元素且以一浓度存在，使得所述电容器的铁电切换电压与具有未掺杂所述掺杂剂的所述基底极性材料的所述电容器的铁电切换电压相差超过约100mV，第一结晶导电氧化物电极及第二结晶导电氧化物电极，其位于所述极性层的相对侧上，及第一势垒金属层及第二势垒金属层，其位于所述极性层的相对侧上的所述第一结晶导电氧化物电极及所述第二结晶导电氧化物电极中的相应者上。2.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述基底极性材料包括基底铁电材料，且其中增大所述掺杂剂的所述浓度减小所述铁电切换电压。3.根据权利要求2所述的半导体装置，其中所述铁电切换电压低于约1200mV。4.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述极性层的剩余极化与无所述掺杂剂的所述基底极性材料的剩余极化相差超过约5μC/cm2。5.根据权利要求2所述的半导体装置，其中所述极性层具有钙钛矿晶体结构且包括具有由A(m‑x)A'xB(n‑y)B'yOz表示的化学式的铁电氧化物，其中A及A'占据所述钙钛矿晶体结构中的可互换原子位置，其中B及B'占据所述钙钛矿晶体结构中的可互换原子位置，其中所述A'及所述B'中的一或两者为掺杂剂，其中m、n及z为整数，且其中x及y中的一或两者大于零。6.根据权利要求2所述的半导体装置，其中所述极性层包括选自由以下各者组成的群组的铁电氧化物：BaTiO3、PbTiO3、KNbO3、NaTaO3、BiFeO3及PbZrTiO3。7.根据权利要求2所述的半导体装置，其中所述极性层包括选自由以下各者组成的群组的铁电氧化物：Pb(Mg,Nb)O3、Pb(Mg,Nb)O3‑PbTiO3、PbLaZrTiO3、Pb(Sc,Nb)O3、BaTiO3‑Bi(Zn(Nb,Ta))O3、BaTiO3‑BaSrTiO3、Bi1‑xLaxFeO3、Bi1‑xCexFeO3及BiFe1‑yCoyO3。8.根据权利要求2所述的半导体装置，其中所述极性层包括选自由以下各者组成的群组的铁电氧化物：LiNbO3、LiTaO3、LiFeTaOF、SrBaNbO、BaNaNbO、KNaSrBaNbO。9.根据权利要求2所述的半导体装置，其中所述掺杂剂包括镧系元素或铌。10.根据权利要求2所述的半导体装置，其中所述基底铁电材料具有六方晶体结构，其中所述基底铁电材料包括LuFeO3或具有由RMnO3表示的化学式，且其中R为稀土元素。11.根据权利要求2所述的半导体装置，其中所述基底铁电材料包括超晶格，所述超晶格包括第一层，所述第一层与不同于所述第一层的第二层交替，其中所述第一层具有由ABO3表示的化学式且所述第二层具有由CDO3表示的化学式，其中A及B为不同金属元素且C及D为不同金属元素，且其中C及D中的每一者不同于A及B中的一或两者。12.