[发明专利]一种铪基铁电场效应晶体管及其制备方法

说明书

本发明涉及一种铪基铁电场效应晶体管及其制备方法。一种铪基铁电场效应晶体管，包括硅衬底；以及设置在所述硅衬底上的栅极，所述栅极与硅衬底之间由界面层隔开，所述栅极的两侧分别设有源极、漏极；其中，所述界面层采用氮氧化铝，所述栅极包括由下至上堆叠的HZO层和氮化钛层。本发明解决了现有铁电晶体管耐久性差的问题，还增加HPA工艺降低陷阱密度和增强Pr。

技术领域

本发明涉及晶体管领域，特别一种铪基铁电场效应晶体管及其制备方法。

背景技术

铁电场效应晶体管(FeFET)具有许多优点，例如，低功耗、高速、非破坏性读出等优点，它被认为是有前途的下一代存储器件候选方案。同时，氧化铪基FeFET因具有高的可微缩性和高的CMOS兼容性受到了广泛关注。然而，现有的FeFET耐久性差(endurance)，例如Vth、亚阈值摆幅随编程/擦除脉冲电压的循环次数增加会加速恶化，导致该问题的原因之一是栅极与衬底之间的界面层(IL)退化严重。

为此，提出本发明。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种铪基铁电场效应晶体管及其制备方法，解决了现有铁电晶体管耐久性差的问题。

为了实现以上目的，本发明提供了以下技术方案。

本发明的第一方面提供了一种铪基铁电场效应晶体管，包括硅衬底；以及设置在所述硅衬底上的栅极，所述栅极与硅衬底之间由界面层隔开，所述栅极的两侧分别设有源极、漏极；

其中，所述界面层采用氮氧化铝，所述栅极包括由下至上堆叠的HZO层和氮化钛层。

本发明对FeFET的材料的组合进行优化，大大提高了器件的性能，尤其是提高了耐久性。其中，氮氧化铝作为界面层，具有更高的k值(近似为9)和更大的△Ev，因此允许更小的压降和抑制空穴的俘获。另一方面，氮氧化铝中的氮增强了热稳定性，能够通过抑制残留的羟基基团与硅衬底反应进而抑制亚界面层的形成。又一方面，硅衬底、氮氧化铝界面层、HZO铁电层和氮化钛电极层的组合可以实现铁电层更薄化，从而能通过抑制体电荷来增加耐久性，同时促进器件微缩。

本发明的第二方面提供了上述铪基铁电场效应晶体管的制备方法之一，其包括下列步骤：

提供硅衬底；

在所述硅衬底上依次形成氮氧化铝层、HZO层和氮化钛层的堆叠结构；

对所述堆叠结构图案化，形成栅；

对所述栅两侧的硅衬底进行掺杂、退火，形成源区、漏区。

同上文所述，本发明正是利用了硅、氮氧化铝层、HZO层和氮化钛层之间的组合优化来提高器件的耐久性，促进器件微缩。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。

图1为本发明提供的铪基铁电场效应晶体管的结构示意图；

图2至图8为本发明提供的制备方法中各步骤得到的结构示意图。

具体实施方式

以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。

在附图中示出了根据本公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。