OS装置」作为表达，并于欲将本发明限制于含有金属的栅极材料及/或含有氧化物的栅极介电材料。当参照MIM/MIS电容器时，本领域的技术人员将了解到虽然使用「MIM/MIS」作为表达，并不欲将本发明限制于含有金属的电极。本揭露的半导体装置，且特别是如本文所述的例是实施例所示的MOS装置及/或电容器，关注由先进技术所制造的组件。本揭露的半导体装置是由应用于小于10nm的技术节点所制造，较佳地的是小于50nm，更佳的是小于35nm。本领域技术人员会了解本揭露建议半导体装置具有小于10nm的最小长度及/或宽度尺寸，较佳地的是小于50nm，更佳的是小于35nm。
[0024]本领域的技术人员理解MOS晶体管可以制作为P通道MOS晶体管或PMOS晶体管以及N通道晶体管或NMOS晶体管，且两者均可用具有或不具有迀移性增强应力源的特征(mobility enhancing stressor features)或应变弓丨发特征(strain-1nducingfeatures)的方式来制作。电路设计者可以使用PMOS和NMOS晶体管、施加应力或未施加应力，来混合并匹配装置种类，以利用其最适用于所要设计的电路的各个装置种类的最佳特性。本领域的技术人员了解该应力和应变是一般性的对应于拉伸模数来叙述的。
[0025]在以下图式的描述中，将例示依据本揭露的各种范例实施例的半导体装置和形成半导体装置的方法。所述的制程步骤、程序和材料被视为仅作为设计来例示给熟知本领域技术的人员用于实践本发明的范例实施例。然而，要了解本发明并不排他性地限于所例示和叙述的范例实施例，因为存在许多可能的修饰和修改，其对于本领域的技术人员在学习本发明的详细叙述以及随附图示和上述的技术背景和
【发明内容】
之后是十分清楚的。半导体装置所例示的部分可以只包含单一个组件，虽然本领域的技术人员将理解该半导体装置的实际实施可以包含大量的这些组件。制造半导体装置的各种步骤是习知的，因此为了简洁起见，许多传统的步骤在此只会简短的提及，或是在不提供习知的制程细节下完全被省略。
[0026]最近的测量指出已掺杂的氧化铪薄膜可以在中间状态的掺杂程度下产生自发极化，可能在这些层造成铁电磁滞循环(ferroelectric hysteresis loop) ο举例而言，具有5.2mol%的YOh5内容物的Y = HfO2薄膜显示具有24 μ C/cm2的残留极化Pr的铁电磁滞。在3.4mol%的S12内容物下，Si = HfO2薄膜显示具有10 μ C/cm 2的残留极化Pr的铁电磁滞。再者，在ZrO2掺杂的氧化铪材料中，在50moI % ZrO2的混合物中，观察到15 μ C/cm 2的残留极化Pr的铁电磁滞。
[0027]在上述范例中所获得的资料指出在掺杂的HfO2中的自发极化的结构原点是链接到在掺杂的氧化铪的安定的正交相。虽然氧化铪基薄膜显示铁电行为，且藉由结合适当的掺杂结构到氧化铪中，其似乎可能达成高密度铁电储存，在用于整合铁电体到微电子装置的现有制程的实现中显示如上述的关于习知技术的严重缺陷。
[0028]有鉴于目前的状况，提出形成未掺杂的多晶HfO2层在基板上方，举例而言，利用ALD制程。之后，形成TiN层在该未掺杂的多晶HfO2层上。发明者可证明具有铁电特性的未掺杂的多晶HfO2层是能够被制造的。
[0029]本领域的技术人员将了解未掺杂的氧化铪铁电材料层可以轻易的在现有制程流程中实现，使得在拥有整合HfO2基薄膜到先进半导体装置中的大量经验下，可以轻易用既有制程提供铁电性而不影响用以达成复杂半导体装置的可靠度和微缩的特性。特别是，可以正向地影响铁电非易失性储存装置的微缩。
[0030]参考图1a至lc，本揭露的一些例示范例将会被详尽的描述。图1a示意地显示在制程的早期阶段的依据本揭露的一例示实施例的半导体装置100。在这个阶段，提供半导体基板102。该基板102可包含可由硅、锗、硅/锗、硅/锗/碳、硅/碳、砷化镓、砷化铟、磷化铟或其他合适的半导体材料中选出的半导体材料。在一些例示实施例中，该基板102可包含硅。本领域的技术人员将了解该基板102可以是具有面方位(surfaceorientat1n)的单晶硅层，亦即，作为主要的晶体方位中的一者的垂直于该基板102的顶部表面的表面晶体方位。在一些例示实施例中，该基板102可以是块材基板、绝缘体上覆半导体(semiconductor-on-1nsulator, SOI)以及混合基板中的一者。该基板102可以具有内建的应变或应力，用于加强主要电荷载体的移动性。另外，或替代地，该基板102可以被掺杂，譬如具有一个或多个阱区域。这并不对本揭露提出任何限制，且在图1a的阶段，该基板102可以是未掺杂的。
[0031]在一些例示范例中，可以形成可选层106在该半导体基板102上。举例而言，该可选层106可以包含TiN、S1jP S1N中的一者。替代地，该可选层106可以被省略，如在图1a中以虚线指出者。
[0032]非晶的未掺杂HfOJl 122被形成在该基板102上方。在本文的一些例示范例中，该非晶的未掺杂HfOJl 122可以沉积在该基板102上，亦即，该非晶的未掺杂HfO 2层可以直接和下方的基板102接触。在其他实施例中，该非晶的未掺杂HfOJl 122可以沉积在该可选层106上。
[0033]依据本揭露的例示实施例，可以藉由执行用于沉积该非晶的未掺杂HfOJl 122的ALD制程120来形成该非晶的未掺杂HfOJl 122。在本文的一些特别范例中，沉积温度可以是在从约200到400°C的范围内，譬如，举例而言，从约200到300°C。在一些本揭露的先进实施中，该沉积温度小于300°C，或甚至小于250°C。
[0034]所沉积的非晶的未掺杂HfOJl 122的厚度可以在约4到20nm的范围内。在一些本揭露的先进实施中，该HfOJl 122可以用减低的厚度来形成，譬如小于10nm，或甚至小于6nm。在本揭露的一明确的范例中，该未掺杂HfOJl 122可以是6nm厚，且并不对本揭露做出任何限制。
[0035]图1b绘示在制程中更进一步的阶段中的该半导体装置100，在该阶段，覆盖层形成在该未掺杂的非晶HfOJl 122上。在本揭露的例示实施例中，该覆盖层132可以包含TiN层132，或甚至由TiN层132所提供。在一例是范例中，该未掺杂的非晶HfOJl 122可以被该TiN层132完全覆盖。
[0036]在本文的一些例示范例中，该TiN层132具有在约2-30%的范围内的平均含氧量，举例而言，在约2-20%的范围内，以及为了最佳结果，在约2-15%的范围内。该平均含氧量，举例而言，可以由在该TiN层132的TiN材料的既定体积中的含氧量来判定，且可以由该既定体积的含氧量来推定而获得该平均含氧量。因此，可以获得推定的值，其代表横跨该TiN层132的平均含氧量。可以藉由推定多个预设量测体积的含氧量并平均该些推定的值来改善该平均含氧量。本领域的技术人员将了解这并不对本揭露提出任何限制且仅用于例示获得该平均值的可能性。在一些本揭露的先进实施中，以降低的含氧量来形成该HfO2M 122，譬如小于10%，或甚至小于5%。
[0037]在一些例示范例中，该TiN层可具有大于约100 μ Qcm且小于约400 μ Ω cm的体电阻率，譬如，举例而言，小于约350 μ Ω cm，且为了最佳的结果，小于约300 μ Ω cm。
[0038]在一些例示范例中，该TiN层132可具有在约4.5 - 5.2g/cm3的范围内，且为了最佳的结果，约4.55 - 5.15g/cm3的范围内的密度。
[0039]在一些特殊的例示范例中，该TiN层132可具有在200 - 1500MPa的范围内的压缩内应力。举例而言，该TiN层132的压缩内应力可以是约250Mpa或更大。
[0040]在本揭露的一些特殊例示实施例中，可以沿着该TiN层132的深度方向，亦即和该TiN层132的上表面132u的法向平行，形成含氧量分布。举例而言，该含氧量分布可以是在该TiN层的上表面132u的含氧量是在约5 - 15%的范围内，且在该TiN层132和该未掺杂的非晶HfOJl 122的界面的含氧量是小于7%。在本文的一些例示范例中，该含氧量分布可以设置成在该TiN层的上表面132u的含氧量大于约5%并在该TiN层132和该未掺杂的非晶HfOJl 122的界面降低至0%。因此，本领域的技术人员将了解可以在该TiN层132中设置氧梯度，该氧梯度的方向平行于该上表面132u的法向。在一明确的范例中，在该上表面132u的含氧量可以在从2-5%的范围内且在该接口的含氧量可以低于5%。
[0041]在本揭露的例示实施例中，可以在沉积制程130中形成该TiN层132。在本揭露的一些例示实施例中，该沉积制程130可包含物理气相沉积(physical vapordeposit1n, PVD)制程。该沉积制程130的沉积温度可以实质上小于或等于约400°C，且为了最佳的结果，小于或等于约300°C。在本文的一些特殊例示范例中，该沉积温度可以实质上约是室温。举例而言，该TiN层132可以沉积在该未掺杂的非晶HfOJl 122，使得该未掺杂的非晶HfOJl 122在经过整个沉积制程130仍保持非晶。
[0042]依据本文的一些例示范例，可以特定的钛/氮比例(其在该沉积制程130中被调整)来实行该PVD制程。举例而言，该PVD制程可以是溅镀制程。
[0043]在特定的例示范例中，钛/氮气体可以设置在制程腔室中，用以在该TiN层132的上表面132u上形成在从约2-15%或5-10%的范围内的含氧量，并在该TiN层132和该未掺杂的非晶HfOJl 122的界