[发明专利]一种铁电场效应晶体管及其制备方法

说明书

本发明公开了一种铁电场效应晶体管，包括：衬底；在所述衬底上形成的源极区；在所述衬底上且同所述源极区分离形成的漏极区；在所述衬底上且在所述源极区和所述漏极区之间形成的绝缘层；在所述绝缘层上形成的铁电薄膜层；在所述铁电薄膜层上形成的栅电极；在所述源极区上形成的源电极；以及在所述漏极区上形成的漏电极。本发明在晶体管中引入氧化铪基材料作为晶体管的栅介质材料，HfN作为绝缘层，使得该晶体管在制作工艺上与现有硅工艺兼容，且可以获得较低功耗、减小漏电流、实现长时间保持，可用于高性能、低功耗大规模存储集成电路。

技术领域

本发明涉及一种晶体管及其制备方法，尤其是一种铁电场效应晶体管及其制备方法。

背景技术

电子信息产业对于扩大社会就业、推动经济增长、增强国际竞争力和维护国家安全具有极其重要的作用。存储器，作为信息计算和存储的基石，肩负着各国信息安全的重任，其发展所需的新材料、新结构和新工艺一直都被各半导体强国列入重点发展对象。铁电存储器是最具潜力的新型存储器之一，采用铁电薄膜作为存储介质，通过微电子工艺技术与半导体集成所制成的非挥发性存储器。与传统的存储器如Flash相比，铁电存储器具备高的读写速度、抗疲劳性能突出、低功耗以及优异的抗辐射性能等优点，已经在许多领域已经得到了应用。作为其组成单元的铁电场效应晶体管，则已经成为目前器件研究领域的重要研究课题。然而，传统铁电存储器存在的主要问题是：(1)FeRAM存储密度低，目前最大容量是128Mbit；(2)与硅工艺平台不兼容；一方面，由于传统钙钛矿结构的铁电薄膜材料中含有高化学活性重金属离子，而重金属离子是导致集成电路失效的一个致命的污染源；另一方面，传统铁电薄膜的制备温度较高，这在提高了工艺难度的同时，也增加了铁电薄膜与硅集成电路的交叉污染。目前交叉污染问题主要是通过建立铁电存储器专用生产线和增加工序保护元件衬底来解决。这种解决途径不仅提高了铁电存储器的研制门槛，而且还增加了芯片的制造成本。(3)FeFET的保持性能没有达到商业化要求。由于传统钙钛矿结构的铁电薄膜被直接制备于硅衬底上时，很容易在铁电薄膜材料与硅衬底之间形成缺陷非常多的界面层，界面缺陷会消耗铁电薄膜的极化电荷，导致FeFET的保持性能非常差。

电子科技大学在申请号为200710048216.5的专利“铁电场效应晶体管存储器件结构及制备方法”中公开了一种MFPIS结构的铁电场效应晶体管存储器件。该晶体管单元结构为：上电极、源区和漏区，从上到下各层依次为：PZT铁电薄膜、多晶硅、绝缘层、阱和Si基片，上电极位于PZT铁电薄膜上。该晶体管克服了一般铁电存储效应器件界面性差、工作电压高的缺点，并具有良好的存储性能。但PZT材料为含Pb铁电材料，会造成存储器的铅污染，与现有绿色工艺无法兼容。

中国科学院上海技术物理研究所在申请号为201410546599.9的专利“一种基于二硫化钼薄膜的PVDF基铁电场效应管的制备方法”中公开了一种基于二硫化钼薄膜的PVDF基铁电场效应管的制备方法。该晶体管单元结构为：在热氧化生长SiO₂的Si衬底上制备MoS2薄膜，然后采用光刻、lift off方法刻蚀出场效应管结构的源漏电极，然后将聚偏氟乙烯基有机铁电聚合物薄膜转移至有源漏电极的MoS2薄膜上，经过退火处理，去除界面残留溶剂及保证薄膜具有良好结晶特性。最后再通过光刻、刻蚀方法制备金属栅电极从而制备完成MoS2铁电场效应晶体管器件。该晶体管实现了方法及工艺简单，为研究铁电极化调控MoS2的电子输运特性以及相关光电、存储器件提供了保证。但是PVDF为有机材料，其与现有的场效应晶体管制备工艺无法兼容。

发明内容

基于此，本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种兼容现有工艺、功耗低、保持性能好的铁电场效应晶体管。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：一种铁电场效应晶体管，包括：

衬底；

在所述衬底上形成的源极区；

在所述衬底上且同所述源极区分离形成的漏极区；