[发明专利]超陡亚阈值摆幅器件及其制备方法有效

专利信息
申请号: 202010975409.0 申请日: 2020-09-16
公开(公告)号: CN112349775B 公开(公告)日: 2022-12-02
发明(设计)人: 程为军;梁仁荣;许军;蒋春生 申请(专利权)人: 清华大学
主分类号: H01L29/423 分类号: H01L29/423;H01L29/51;H01L29/739;H01L21/28;H01L21/331
代理公司: 北京清亦华知识产权代理事务所(普通合伙) 11201 代理人: 尹璐
地址: 10008*** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 超陡亚 阈值 器件 及其 制备 方法
【权利要求书】:

1.一种超陡亚阈值摆幅器件,其特征在于,包括:

衬底,所述衬底包括阱区、源区、漏区和口袋区,其中,所述源区和所述漏区的掺杂类型相反,分别设置在所述阱区的一侧,所述口袋区设置在所述源区内,且远离所述阱区并靠近漏区的一侧,所述口袋区与所述源区的掺杂类型相反;

绝缘介质层,所述绝缘介质层覆盖所述源区和所述漏区;

界面氧化层,所述界面氧化层覆盖所述口袋区和所述阱区;

栅堆叠结构,所述栅堆叠结构覆盖所述界面氧化层,且包括至少一层铁电介质薄膜,其中,所述铁电介质薄膜的厚度为3~15纳米,MOS结构的总电容、所述铁电介质薄膜的电容随栅极电压或栅极电荷呈现出相同的趋势,且所述MOS结构的总电容小于所述铁电介质薄膜的电容的绝对值;

所述栅堆叠结构为:W/TaN/SBT/SiO2,或,TaN/SBT/SiO2

栅极,所述栅极设置在所述栅堆叠结构远离所述界面氧化层的表面;

其中,所述栅极与所述栅堆叠结构之间设置有金属层,所述金属层的厚度为1~10纳米。

2.根据权利要求1所述的超陡亚阈值摆幅器件,其特征在于,形成所述金属层的材料包括氮化钛、钛、氮化钽、钛酸锶、钌酸锶、钽、钨、铂、钯和钌中的至少一种。

3.根据权利要求2所述的超陡亚阈值摆幅器件,其特征在于,任意相邻的两层所述铁电介质薄膜之间也设置有一层所述金属层。

4.根据权利要求1所述的超陡亚阈值摆幅器件,其特征在于,形成每层所述铁电介质薄膜的铁电材料朗道参数不同,且形成所述铁电介质薄膜的材料为掺杂的氧化铪,其中,所述掺杂的元素包括锆、硅、铝、钇、镧和钆中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的超陡亚阈值摆幅器件,其特征在于,形成所述衬底包括硅、锗、金刚石、碳化硅、III-V族化合物、石墨烯、二硫化钼和黑磷中的至少一种。

6.一种制备超陡亚阈值摆幅器件的方法,所述制备超陡亚阈值摆幅器件的方法用于制备如权利要求1-5任一项所述的超陡亚阈值摆幅器件,其特征在于,包括:

提供衬底,并对所述衬底进行阱注入,以形成阱区;

对所述衬底进行源端注入,以形成重掺杂的源区;

对部分的所述源区进行预非晶化及掺杂杂质的离子注入,以形成重掺杂的口袋区;

对所述衬底进行漏端注入,以形成重掺杂的漏区;

在所述源区和所述漏区的上表面形成绝缘介质层;

在所述口袋区和所述阱区的上表面形成界面氧化层、栅堆叠结构和栅极,所述栅极与所述栅堆叠结构之间设置有金属层,所述金属层的厚度为1~10纳米,其中,所述栅堆叠结构包括至少一层铁电介质薄膜,其中,所述铁电介质薄膜的厚度为3~15纳米,MOS结构的总电容、所述铁电介质薄膜的电容随栅极电压或栅极电荷呈现出相同的趋势,且所述MOS结构的总电容小于所述铁电介质薄膜的电容的绝对值。

7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,所述形成绝缘介质层的步骤包括:

在所述口袋区和所述阱区的上表面依次形成假栅氧化层和假栅金属层;

在所述源区和所述漏区的上表面沉积绝缘介质层;

将所述假栅氧化层和所述假栅金属层去除。

8.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,所述形成界面氧化层、栅堆叠结构和栅极的步骤包括:

依次沉积栅氧化材料层、至少一层铁电介质材料薄膜和栅极材料层;

对所述栅氧化材料层、所述至少一层铁电介质材料薄膜和所述栅极材料层进行平坦化处理,以形成界面氧化层、栅堆叠结构和栅极。

9.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,所述栅氧化材料层与所述铁电介质材料薄膜之间形成有金属材料层,且相邻的两层所述铁电介质材料薄膜之间也设置有一层所述金属材料层。

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