[發明專利]負電容場效應晶體管及其制備方法

有效

• 申請號: 201910289946.7
• 申請日: 2019-04-11
• 公開（公告）號: CN110034190B
• 公開（公告）日: 2023-02-28
• 發明（設計）人: 殷華湘;姚佳欣;張青竹;李超雷;張兆浩
• 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、第一鐵電材料層和第二鐵電材料層，其中，形成所述第二鐵電材料層的材料為Hf_xA_1-xO₂，0＜x＜1，形成所述第一鐵電材料層的材料為Hf_yB_1-yO₂或HfB_yO_2-y，A和B為不同的摻雜元素，0＜y＜1；

金屬柵疊層，覆蓋于所述柵絕緣介質層結構上，

A選自Si、Zr、Al、La和Y中的任一種，

B選自N、O、H和C中的任一種。

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，所述第一鐵電材料層與所述第二鐵電材料層具有不同的多晶比率和晶格常數。

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，所述第一鐵電材料層的厚度為0.1～10nm。

4.根據權利要求1所述的負電容場效應晶體管，其特征在于，所述第二鐵電材料層的厚度為0.1～10nm。

5.根據權利要求1至4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、第一鐵電材料層和第二鐵電材料層，得到覆蓋在所述MOS區域上的柵絕緣介質層結構，其中，形成所述第二鐵電材料層的材料為Hf_xA_1-xO₂，0＜x＜1，形成所述第一鐵電材料層的材料為Hf_yB_1-yO₂或HfB_yO_2-y，A和B均為摻雜元素，0＜y＜1；

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，

A選自Si、Zr、Al、La和Y中的任一種，

B選自N、O、H、Si和C中的任一種。

7.根據權利要求6所述的制備方法，其特征在于，在所述步驟S2中，通過對所述HfO₂層進行等離子體表面處理或摻雜處理，以形成所述第一鐵電材料層。

8.根據權利要求6至7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：

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；

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；

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。