[发明专利]一种铁/压电场效应管及其的制备方法

说明书

本发明提供一种铁/压电场效应管及其的制备方法，包括基底、源漏极及栅极；栅极包括：由下而上依次层叠的二氧化硅、高介电层、压电材料层、氮化钛层、铁电材料层和氮化钽层。制备方法为：提供硅基板，在硅基板中掺杂P型离子，形成基底；在基底的两侧形成源极和漏极；在基底上方、源极和漏极之间依次形成二氧化硅层和高介电层；在高介电层上依次形成压电材料层、氮化钛层、铁电材料层和氮化钽层。本发明基于场效应晶体管，在栅极中引入铁电材料和压电材料，利用铁电材料的负电容效应和压电材料的电致伸缩效应来共同实现电压放大的功能。降低器件的工作电压，降低亚阈值摆幅，提高器件的开/关速度，进一步降低工作功耗。

技术领域

本发明涉及半导体器件设计制造领域，特别是涉及一种铁/压电场效应管及其的制备方法。

背景技术

随着CMOS器件集成密度的提升，日益增长的功耗将成为制约集成电路进一步发展的重要瓶颈。通过减小器件的亚阈值摆幅来降低工作电压是一种降低使用功耗的有效手段。具有负电容效应的场效应晶体管是实现这一目的的有效技术方案。

目前通过对栅氧化层结构和厚度组成、通道结构和材料的调整来降低亚阈值摆幅值，从而降低器件功耗。但这些方式都无法使得亚阈值摆幅小于60mV/decade(一个数量级)。

亚阈值摆幅SS满足以下方程：

其中，为栅源电压的变化，为硅表面电势的变化，I_d为源漏电流，为源漏电流变化数量级,C_ins为氧化层电容，通常为正值。一般说来，SS的极限值约为60mV/decade。但为使SS小于60mV/decade，可以通过将C_s变成负值的方式来得到。

因此，提供一种新的基于负电容的场效应晶体管及其制备方法，成为本领域亟待解决的一个重要技术问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种铁/压电场效应管及其的制备方法，用于解决现有技术中MOS器件中高工作电压、高功耗的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种铁/压电场效应管，至少包括：基底；位于所述基底两侧的源极和漏极；位于所述基底上方、所述源极和漏极之间的栅极；所述栅极包括：由下而上依次层叠的二氧化硅层、高介电层、压电材料层、氮化钛层、铁电材料层和氮化钽层。

优选地，所述基底为P型基底。

优选地，所述高介电层包括HfO₂、ZrO₂、Ta₂O₅、TiO₂中的任意一种。

优选地，所述压电材料层为电致伸缩材料，包括氮化铝/氮化镓、钛酸铅、钛酸钡、铌酸铅中的任意一种。

优选地，所述铁电材料层包括HfO₂、HfAlO₂、HfZrO₂中的任意一种。

优选地，所述场效应管为NMOS管。

一种铁/压电场效应管的制备方法，该方法至少包括以下步骤：步骤一、提供硅基板，在所述硅基板中掺杂P型离子，形成基底；步骤二、在所述基底的两侧形成源极和漏极；步骤三、在所述基底上方、所述源极和漏极之间依次形成二氧化硅层和高介电层；步骤四、在所述高介电层上依次形成压电材料层、氮化钛层、铁电材料层和氮化钽层。

优选地，步骤三中形成所述二氧化硅层和高介电层的方法为原子沉积法。