[发明专利]铁电场效应晶体管和形成半导体结构的方法

权利要求书

1.一种铁电场效应晶体管，包括：

半导体衬底，包括在源极区域和漏极区域之间延伸的半导体沟道并且具有第一导电类型的掺杂；

铁电栅极介电层，位于所述半导体沟道上方，并且包括具有电荷俘获带的铁电材料，所述电荷俘获带包括由所述铁电材料的界面陷阱生成的电子态；以及

栅电极，位于所述铁电栅极介电层上，并且配置为通过从栅极偏置电路分别施加导通电压和截止电压为所述铁电场效应晶体管提供导通状态和截止状态，

其中，所述导通状态期间的所述电荷俘获带的能级与所述半导体沟道的少数电荷载流子的能带的能级偏移。

2.根据权利要求1所述的铁电场效应晶体管，还包括：

电荷俘获带未对准层，设置在所述铁电栅极介电层与所述半导体沟道之间，并且包含引起所述铁电材料的所述电荷俘获带相对于所述半导体沟道的能带结构偏移的介电材料。

3.根据权利要求2所述的铁电场效应晶体管，其中，所述电荷俘获带未对准层包括有效厚度在0.1nm至0.5nm的范围内的介电金属氧化物。

4.根据权利要求3所述的铁电场效应晶体管，其中，所述介电金属氧化物包括选自Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Al、Ga、Sc、Y、Ti、V、Cr、Mn、Zr、Nb、Mo、Ta、W和镧系元素的至少一种元素金属的氧化物材料。

5.根据权利要求2所述的铁电场效应晶体管，其中：

所述半导体沟道包括硅；并且

所述铁电场效应晶体管包括界面氧化硅层，所述界面氧化硅层位于所述半导体沟道和所述电荷俘获带未对准层之间并且包括氧化硅，并且具有在0.1nm至0.8nm的范围内的有效厚度。

6.根据权利要求5所述的铁电场效应晶体管，其中，所述界面氧化硅层的侧壁、所述电荷俘获带未对准层的侧壁、所述铁电栅极介电层的侧壁和所述栅电极的侧壁彼此垂直地重合。

7.根据权利要求1所述的铁电场效应晶体管，其中，所述半导体沟道包括锗，并且所述铁电栅极介电层与所述半导体沟道的表面直接接触，在所述铁电栅极介电层与所述半导体沟道之间没有任何界面材料层。

8.一种铁电存储器器件，包括：

权利要求1所述的铁电场效应晶体管，以及

感测电路，配置为在将感测栅极电压施加至所述栅电极时通过测量所述源极区域和所述漏极区域之间的电流的幅度来测量所述铁电栅极介电层中的电极化的方向。

9.一种形成半导体结构的方法，包括：

提供半导体衬底，所述半导体衬底包括具有第一导电类型的掺杂的半导体材料；

在所述半导体衬底上方形成层堆叠件，所述层堆叠件从底部到顶部包括电荷俘获带未对准层、铁电栅极介电层和栅电极，所述电荷俘获带未对准层包括介电金属氧化物材料，所述铁电栅极介电层包括铁电材料；以及

在所述半导体材料中形成源极区域和漏极区域，其中，半导体沟道在所述层堆叠件下方的所述源极区域和所述漏极区域之间延伸。

10.一种形成半导体结构的方法，包括：

提供半导体衬底，所述半导体衬底包括具有第一导电类型的掺杂的掺杂锗材料部分；

在所述掺杂锗材料部分上方形成包括铁电材料的铁电栅极介电层；

在所述铁电栅极介电层上方形成栅电极；以及

在所述半导体衬底中形成源极区域和漏极区域，其中，包括所述掺杂锗材料部分的半导体沟道在所述铁电栅极介电层下方的所述源极区域和所述漏极区域之间延伸。