[發明專利]一種鐵電場效應晶體管存儲器及其制備方法

在審

• 申請號: 202011124823.7
• 申請日: 2020-10-20
• 公開（公告）號: CN112259552A
• 公開（公告）日: 2021-01-22
• 發明（設計）人: 廖敏;楊棋鈞;李華山;孫智杰;曾斌建;周益春
• 申請（專利權）人: 湘潭大學
• 主分類號: H01L27/1159
• 分類號: H01L27/1159;H01L21/28;H01L29/49;H01L29/51
• 代理公司: 北京中政聯科專利代理事務所(普通合伙) 11489
• 代理人: 陳超

一種鐵電場效應晶體管存儲器及其制備方法，鐵電場效應晶體管存儲器包括：襯底；晶體管柵極結構，晶體管柵極結構設于襯底的表面，包括自下而上依次層疊設置的絕緣層、鐵電層和柵電極層；襯底上形成有源極和漏極，且晶體管柵極結構位于源極和漏極之間；源極、柵電極層和漏極上分別連接有金屬引線。通過鐵電場效應晶體管中的硅化物柵電極對氧化鉿基薄膜鐵電相的誘導，以提高鐵電性，且硅化物柵電極和氧化鉿基薄膜能夠形成良好的界面從而降低界面缺陷。

技術領域

本發明涉及晶體管技術領域，特別涉及一種鐵電場效應晶體管存儲器及其制備方法。

背景技術

鐵電場效應晶體管存儲器具有集成度高、讀寫速度快、低功耗、與CMOS工藝有良好的兼容性等優點，相比于電容結構的鐵電隨機存儲器，其結構更簡單，集成度更高；因此鐵電場效應晶體管存儲器被廣泛認為是下一代存儲器中最有潛力的存儲器之一。

鐵電場效應晶體管存儲器的柵結構依次為金屬電極層/鐵電層/緩沖層/硅襯底層，鐵電層材料具有雙穩定的自發極化，根據鐵電材料所處的極化狀態(向上或向下極化)進行信息的存儲(“1”或“0”)。目前使用的鐵電層材料多為鋯鈦酸鉛(PZT)和鈦酸鍶鉍(BST)等傳統鐵電材料，但隨著存儲器向著集成度高、成本低方向發展的趨勢，傳統鐵電薄膜材料的鐵電性能隨著其厚度的減小而降低甚至失效；且傳統鐵電材料導致鐵電場效應晶體管存儲器的制備工藝與CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互補金屬氧化物半導體)工藝不兼容，因而傳統鐵電材料很難再滿足鐵電存儲器的發展需求。

氧化鉿基鐵電薄膜材料能夠很好地解決上述問題，當薄膜的厚度減小到10nm時仍具有較好的鐵電性，且制備工藝與CMOS工藝具有良好的兼容性。目前，氧化鉿基薄膜鐵電場效應晶體管存儲器還存在漏電流大和抗疲勞性能差等問題，比如：柵電極材料和氧化鉿基薄膜在界面處容易發生擴散形成具有缺陷的界面層，造成較大的漏電流；氧化鉿基薄膜的鐵電性被廣泛認為源自于其非中心對稱的亞穩態正交相(Pca2₁)，柵電極材料會對氧化鉿基薄膜鐵電相的誘導產生較大的影響，通過柵電極對氧化鉿基薄膜鐵電相的誘導是穩定其鐵電性的方法之一。目前使用的電極多為氮化物(TiN和TaN)，但在退火過程中容易發生界面反應產生缺陷，降低薄膜的鐵電性能。

基于上述問題，在鐵電場效應晶體管存儲器中，提高鐵電層材料的鐵電性和降低柵極電容的界面缺陷等具有重要的意義。

發明內容

(一)發明目的

本發明的目的是提供一種鐵電場效應晶體管存儲器及制備方法，通過鐵電場效應晶體管中的硅化物柵電極對氧化鉿基薄膜鐵電相的誘導，來提高鐵電性。

(二)技術方案

為解決上述問題，根據本發明的一個方面,本發明提供了一種鐵電場效應晶體管存儲器，包括：襯底；晶體管柵極結構，所述晶體管柵極結構設于所述襯底的表面，包括自下而上依次層疊設置的絕緣層、鐵電層和柵電極層；所述襯底上形成有源極和漏極，且所述晶體管柵極結構位于所述源極和所述漏極之間；所述源極、所述柵電極層和所述漏極上分別連接有金屬引線。

進一步的，還包括：保護層；所述保護層覆蓋于所述襯底的表面，并包覆所述晶體管柵極結構；所述金屬引線的一端均連接所述源極、所述柵電極層和所述漏極，所述金屬引線的另一端均穿過保護層并延伸至所述保護層外。

進一步的，所述襯底包括硅或鍺。

進一步的，所述絕緣層包括SiO₂、SiON、HfO₂和HfSiON中的一種。

進一步的，所述鐵電層包括氧化鉿基鐵電薄膜；或所述鐵電層包括Zr、Y、Al、Gd、Sr和La中的一種或多種元素摻雜的氧化鉿基鐵電薄膜。

進一步的，所述柵電極層包括硅化鎳、硅化鈷、硅化鉿、硅化鉑、硅化鈦、硅化鉬和硅化鎢中的一種。