[发明专利]一种高抗疲劳性的铁电栅场效应晶体管存储器及制备工艺

说明书

本发明提供一种高抗疲劳性的铁电栅场效应晶体管存储器及制备工艺，通过在源/漏区以及绝缘层形成之前，通过硅表面平坦化技术，优化器件制备工艺，从而达到提高绝缘层质量，改善绝缘层与硅界面，提高氧化铪基铁电栅场效应晶体管存储器抗疲劳性能的效果。

技术领域

本发明属于集成电路制造领域，涉及一种高抗疲劳性的铁电栅场效应晶体管存储器及制备工艺。

背景技术

铁电存储器是当前信息高新技术的重要前沿和研究热点之一，因其具有非易失性、低功耗、耐疲劳、读写速度快、抗辐射等优点，被称为下一代存储器中最有潜力的存储器之一。

铁电栅场效应晶体管存储器(FeFET)是铁电存储器中非常重要的一类，其特点是用铁电薄膜替代晶体管的栅介质层，通过改变铁电薄膜的极化方向来控制沟道电流的导通和截止。该类结构具有制备工艺简单、非破坏性读出、存储密度大的优势，自1957年提出以来备受科研界和产业界的关注和研究，但目前仍处于研发阶段。主要的限制因素是：1)传统钙钛矿结构的铁电薄膜与CMOS工艺线不兼容；2)厚度小于50nm时铁电薄膜性能急剧降低；3)工艺复杂。

氧化铪基铁电薄膜(HfO₂)为FeFET的应用带来了全新、巨大的发展机遇。其厚度可微缩至10nm、与CMOS工艺线完全兼容、制备技术成熟等优点，弥补了传统钙钛矿结构材料体系的缺点，从材料选择上为铁电存储器的发展提供了新的技术途径。目前基于28nm工艺线的氧化铪基铁电栅场效应晶体管(HfO₂-FeFET)已经被制备出来，但抗疲劳性能较差(10⁶次)，限制了该结构进一步向成熟产品的转化。由于氧化铪基铁电薄膜本身展现了优异的抗疲劳性能(10⁹次)，因此HfO₂-FeFET的疲劳性失效并非由于氧化铪基铁电薄膜的失效。研究表明，金属-铁电层-绝缘层-硅(MFIS)栅结构的失效是导致晶体管存储器失效的根本原因。电荷在循环电压作用下不断地隧穿于绝缘层中，导致绝缘层缺陷密度增大、介电性能退化。此外，绝缘层/硅界面与边界的缺陷密度增大，也将降低MFIS栅结构的电学稳定性。综上，HfO₂-FeFET的失效将先于氧化铪基铁电薄膜的失效发生。

总结可得，铁电栅结构中，优化绝缘层的介电性能、改善绝缘层与硅的界面对提高氧化铪基铁电栅场效应晶体管存储器的抗疲劳性有重要的意义，也是目前亟待解决的问题。

发明内容

基于此，本发明的目的在于克服目前器件性能的不足之处而提出一种高抗疲劳性的铁电栅场效应晶体管存储器及制备工艺。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：

提供一种高抗疲劳性的铁电栅场效应晶体管存储器的制备工艺，包括：

提供衬底；

在所述衬底上形成的隔离层；

在所述衬底上形成的有源区；

在所述有源区上形成经过平坦化的表面；

在所述平坦化过的有源区上形成的源区和漏区；

所述平坦化过的硅表面形成的沟道层；

在所述沟道层上形成的绝缘层-铁电层-电极(MFIS)栅堆垛结构；

在所述源区和漏区上形成的金属焊盘Pad。

优选地，硅表面平坦化工艺实施在源区及漏区的离子注入之前。