[发明专利]一种铁电场效应晶体管存储器及其制备方法

说明书

一种铁电场效应晶体管存储器及其制备方法，铁电场效应晶体管存储器包括：衬底；晶体管栅极结构，晶体管栅极结构设于衬底的表面，包括自下而上依次层叠设置的绝缘层、铁电层和栅电极层；衬底上形成有源极和漏极，且晶体管栅极结构位于源极和漏极之间；源极、栅电极层和漏极上分别连接有金属引线。通过铁电场效应晶体管中的硅化物栅电极对氧化铪基薄膜铁电相的诱导，以提高铁电性，且硅化物栅电极和氧化铪基薄膜能够形成良好的界面从而降低界面缺陷。

技术领域

本发明涉及晶体管技术领域，特别涉及一种铁电场效应晶体管存储器及其制备方法。

背景技术

铁电场效应晶体管存储器具有集成度高、读写速度快、低功耗、与CMOS工艺有良好的兼容性等优点，相比于电容结构的铁电随机存储器，其结构更简单，集成度更高；因此铁电场效应晶体管存储器被广泛认为是下一代存储器中最有潜力的存储器之一。

铁电场效应晶体管存储器的栅结构依次为金属电极层/铁电层/缓冲层/硅衬底层，铁电层材料具有双稳定的自发极化，根据铁电材料所处的极化状态(向上或向下极化)进行信息的存储(“1”或“0”)。目前使用的铁电层材料多为锆钛酸铅(PZT)和钛酸锶铋(BST)等传统铁电材料，但随着存储器向着集成度高、成本低方向发展的趋势，传统铁电薄膜材料的铁电性能随着其厚度的减小而降低甚至失效；且传统铁电材料导致铁电场效应晶体管存储器的制备工艺与CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)工艺不兼容，因而传统铁电材料很难再满足铁电存储器的发展需求。

氧化铪基铁电薄膜材料能够很好地解决上述问题，当薄膜的厚度减小到10nm时仍具有较好的铁电性，且制备工艺与CMOS工艺具有良好的兼容性。目前，氧化铪基薄膜铁电场效应晶体管存储器还存在漏电流大和抗疲劳性能差等问题，比如：栅电极材料和氧化铪基薄膜在界面处容易发生扩散形成具有缺陷的界面层，造成较大的漏电流；氧化铪基薄膜的铁电性被广泛认为源自于其非中心对称的亚稳态正交相(Pca2₁)，栅电极材料会对氧化铪基薄膜铁电相的诱导产生较大的影响，通过栅电极对氧化铪基薄膜铁电相的诱导是稳定其铁电性的方法之一。目前使用的电极多为氮化物(TiN和TaN)，但在退火过程中容易发生界面反应产生缺陷，降低薄膜的铁电性能。

基于上述问题，在铁电场效应晶体管存储器中，提高铁电层材料的铁电性和降低栅极电容的界面缺陷等具有重要的意义。

发明内容

(一)发明目的

本发明的目的是提供一种铁电场效应晶体管存储器及制备方法，通过铁电场效应晶体管中的硅化物栅电极对氧化铪基薄膜铁电相的诱导，来提高铁电性。

(二)技术方案

为解决上述问题，根据本发明的一个方面,本发明提供了一种铁电场效应晶体管存储器，包括：衬底；晶体管栅极结构，所述晶体管栅极结构设于所述衬底的表面，包括自下而上依次层叠设置的绝缘层、铁电层和栅电极层；所述衬底上形成有源极和漏极，且所述晶体管栅极结构位于所述源极和所述漏极之间；所述源极、所述栅电极层和所述漏极上分别连接有金属引线。

进一步的，还包括：保护层；所述保护层覆盖于所述衬底的表面，并包覆所述晶体管栅极结构；所述金属引线的一端均连接所述源极、所述栅电极层和所述漏极，所述金属引线的另一端均穿过保护层并延伸至所述保护层外。

进一步的，所述衬底包括硅或锗。

进一步的，所述绝缘层包括SiO₂、SiON、HfO₂和HfSiON中的一种。

进一步的，所述铁电层包括氧化铪基铁电薄膜；或所述铁电层包括Zr、Y、Al、Gd、Sr和La中的一种或多种元素掺杂的氧化铪基铁电薄膜。

进一步的，所述栅电极层包括硅化镍、硅化钴、硅化铪、硅化铂、硅化钛、硅化钼和硅化钨中的一种。