[發明專利]負電容場效應晶體管及其制備方法

有效

• 申請號: 201910289934.4
• 申請日: 2019-04-11
• 公開（公告）號: CN110010691B
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發明（設計）人: 殷華湘;張青竹;張兆浩;葉甜春
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L29/51;H01L21/336;H01L21/8238
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 韓建偉

1.一種負電容場效應晶體管，其特征在于，包括：

襯底結構，所述襯底結構包括MOS區域；

柵絕緣介質層結構，覆蓋于所述MOS區域上，包括沿遠離所述襯底結構的方向順序層疊的界面氧化層、HfO₂層、摻雜材料薄層和鐵電材料層，其中，所述鐵電材料層中鐵電材料為Hf_xA_1-xO₂，A為摻雜元素，0.1≤x≤0.9，形成所述摻雜材料薄層的材料為A_yO_z或A，y/z為1/2、2/3、2/5和1/1中的任一比值；

金屬柵疊層，覆蓋于所述柵絕緣介質層結構上。

2.根據權利要求1所述的負電容場效應晶體管，其特征在于，A選自Si、Zr、Al、La和Y中的任一種。

3.根據權利要求1所述的負電容場效應晶體管，其特征在于，所述摻雜材料薄層的厚度為0.1~5nm。

4.根據權利要求1至3中任一項所述的負電容場效應晶體管，其特征在于，所述MOS區域包括NMOS區域和PMOS區域。

5.根據權利要求1至3中任一項所述的負電容場效應晶體管，其特征在于，所述襯底結構為平面結構、鰭結構和環柵納米線結構中的任一種。

6.一種負電容場效應晶體管的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1，提供襯底結構，所述襯底結構包括MOS區域；

S2，在所述襯底結構上順序形成界面氧化層、HfO₂層、摻雜材料薄層和鐵電材料層，得到覆蓋在所述MOS區域上的柵絕緣介質層結構，其中，所述鐵電材料層中鐵電材料為Hf_xA_1-xO₂，A為摻雜元素，0.1≤x≤0.9，形成所述摻雜材料薄層的材料為A_yO_z或A，y/z為1/2、2/3、2/5和1/1中的任一比值；

S3，在所述襯底結構上形成覆蓋在所述柵絕緣介質層結構上的金屬柵疊層。

7.根據權利要求6所述的制備方法，其特征在于，A選自Si、Zr、Al、La和Y中的任一種。

8.根據權利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述摻雜材料薄層的厚度為0.1~5nm。

9.根據權利要求6至8中任一項所述的制備方法，其特征在于，所述步驟S2包括以下步驟：

S21，在所述襯底結構表面形成所述界面氧化層；

S22，在所述界面氧化層表面順序沉積HfO₂、摻雜材料和鐵電材料并退火，以形成所述HfO₂層、所述摻雜材料薄層和所述鐵電材料層，所述摻雜材料為A_yO_z或A。

10.根據權利要求9所述的制備方法，其特征在于，所述界面氧化層為SiO₂層。

11.根據權利要求10所述的制備方法，其特征在于，采用臭氧處理工藝將所述襯底結構表面形成所述界面氧化層。

12.根據權利要求9所述的制備方法，其特征在于，沉積的工藝選自原子層沉積工藝、化學氣相沉積工藝、真空物理濺射沉積和回流焊工藝中的任一種。

13.根據權利要求6至8中任一項所述的制備方法，其特征在于，所述MOS區域包括NMOS區域和PMOS區域，所述步驟S3包括以下步驟：

S31，在所述柵絕緣介質層結構上順序沉積形成第一阻擋層和第一功函數層；

S32，去除所述第一功函數層中位于所述NMOS區域上的部分，減薄所述第一阻擋層中位于所述NMOS區域上的部分，并減薄所述第一功函數層中位于所述PMOS區域上的部分；

S33，在剩余的所述第一阻擋層和所述第一功函數層上順序沉積形成第二功函數層、第二阻擋層和導電填充層，以形成所述金屬柵疊層。