[发明专利]铁电场效应晶体管和形成半导体结构的方法

说明书

铁电场效应晶体管包括半导体衬底，该半导体衬底包含在源极区域和漏极区域之间延伸的半导体沟道。铁电栅极介电层设置在半导体沟道上方，并且包括具有电荷俘获带的铁电材料，该电荷俘获带包括由铁电材料的界面陷阱生成的电子态。栅电极位于铁电栅极介电层上，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来为铁电场效应晶体管提供导通状态和截止状态。导通状态期间的电荷俘获带的能级与半导体沟道的少数电荷载流子的能级偏移。在铁电场效应晶体管的操作期间避免铁电材料中的电荷俘获，从而增大铁电场效应晶体管的耐久性。本发明的实施例还涉及形成半导体结构的方法。

技术领域

本发明的实施例涉及铁电场效应晶体管和形成半导体结构的方法。

背景技术

铁电材料是当外部电场为零时可以具有自发的非零电极化(即，非零总电偶极矩)的材料。自发电极化可以通过在相反方向施加的强外部电场来逆转。电极化不仅取决于测量时的外部电场，而且还取决于外部电场的历史，因此具有磁滞回线。电极化的最大值称为饱和极化。在不再施加引起饱和极化的外部电场(即，关闭)之后剩余的电极化称为剩余极化。为了达到零极化而需要在剩余极化的相反方向上施加的电场的幅度称为矫顽电场。为了形成存储器器件，通常期望具有高的剩余极化和高的矫顽场。高剩余极化可以增大电信号的幅度。高的矫顽场使存储器器件对于噪声级电场和干扰引起的扰动更稳定。

发明内容

本发明的实施例提供了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。

本发明的另一实施例提供了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。

本发明的又一实施例提供了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。

附图说明

当结合附图进行阅读时，从以下详细描述可最佳理解本发明的各方面。应该注意，根据工业中的标准实践，各个部件未按比例绘制。实际上，为了清楚的讨论，各个部件的尺寸可以任意地增大或减小。

图1A是根据本发明的第一实施例的在半导体衬底的上部中形成浅沟槽隔离结构之后的第一示例性结构的顶视图。

图1B是沿着图1A的平面B-B’的第一示例性结构的垂直截面图。

图2A是根据本发明的第一实施例的在沉积栅极堆叠件材料层之后的第一示例性结构的顶视图。

图2B是沿着图2A的平面B-B’的第一示例性结构的垂直截面图。

图3A是根据本发明的第一实施例的在形成栅极堆叠件结构之后的第一示例性结构的顶视图。

图3B是沿着图3A的平面B-B’的第一示例性结构的垂直截面图。