一种铁电场效应晶体管及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种铁电场效应晶体管，包括：衬底；在所述衬底上形成的沟道层；在所述沟道层上形成的源极区和漏极区，所述源极区和所述漏极区对称形成于所述沟道层的两端；在所述沟道层上且在所述源极区和所述漏极区之间形成的缓冲层；在所述缓冲层上形成的铁电栅介质层；在所述铁电栅介质层上形成的栅电极；在所述源极区上形成的源电极；以及在所述漏极区上形成的漏电极。本发明专利技术采用β‑Ga2O3作为沟道材料，所述晶体管具有较好的抗辐射性能。同时，本发明专利技术还提供一种所述铁电场效应晶体管的制备方法。

Iron electric field effect transistor and preparation method thereof

The invention discloses a ferroelectric field effect transistor includes: a substrate; a channel layer formed on the substrate; forming in the channel layer on the source and drain regions, both ends of the source region and the drain region symmetry is formed on the channel layer; in the the channel layer and the source region and the drain region is formed between the buffer layer; ferroelectric gate dielectric layer is formed on the buffer layer; a gate electrode formed on the ferroelectric gate dielectric layer; a source electrode is formed in the source regions; and in the drain leakage on the formation of the polar region. The invention adopts beta Ga2O3 as the channel material, the transistor has good anti radiation performance. At the same time, the invention also provides a method for preparing the iron field effect transistor.

【技术实现步骤摘要】
一种铁电场效应晶体管及其制备方法
本专利技术涉及一种晶体管及其制备方法，尤其是一种铁电场效应晶体管及其制备方法。
技术介绍
近年来，我国在航空航天领域的发展非常迅猛，如“神舟”系列飞船的成功发射和返回、“北斗”卫星导航系统的建设、“嫦娥”探月工程和“天宫”空间实验室的实施等，对存储器芯片长期使用的可靠性问题提出了更高的要求。然而，由于抗辐照加固技术在航空航天技术中属于高度敏感技术，世界上几乎所有航空航天大国的研究机构和大型微电子公司都在这个领域投入了大量的人力物力，开展半导体材料、器件、集成电路及存储器的辐照效应机理和加固技术研究，以抢占战略制高点、争夺制天权、获取最大的商业利益。以美日欧为首的西方33国制定了“导弹技术控制制度(MTCR)”，明确规定抗辐照加固与模拟试验技术等对我国一律实行严格控制或禁运。铁电存储器是当今信息高新技术的重要前沿和研究热点之一。与传统的半导体存储器相比，铁电存储器除了有信息高密度存储和快速擦写特性，还具备了电压低、成本低、损耗低、体积小、抗辐照等显著优点，具有极大的产业化潜力。由于铁电存储器的存储单元是根据铁电材料的极化来控制其“开”“关”状态，因α粒子、宇宙射线、重离子、γ射线、X射线等辐射源不可能造成其极化改变而去改变一个单元已给定的存储状态，因此它具有极强的强耐辐射能力，特别适合于空间和航天技术应用。现有研究表明，铁电存储器抗电离辐射能力达到105Gy以上，抗γ瞬时剂量率能力大于109Gy/s，抗中子辐射能力达到1015cm-2，无单粒子扰动，而传统MOS场效应管γ辐射损伤容限仅为102Gy左右。所以相对于传统的非挥发性存储器如Flash而言，采用铁电薄膜材料作为存储介质的铁电存储器具有较好的抗辐射性能。但是铁电存储器中包含了Si场效应晶体管阵列，其整体的抗辐射性能受限于Si场效应晶体管的抗辐射能力。为了延长铁电存储器在空间辐射环境下的服役寿命，需要对铁电存储器中的Si场效应晶体管进行抗辐射加固，与第一代半导体材料Si相比，第二代和第三代半导体材料普遍具有更大的原子位移阈能和禁带宽度，所以具有更好的抗辐射性能和温度稳定性。因此，近年来铁电薄膜材料与GaAs、SiC、GaN和金刚石等第二代和第三代半导体材料的集成受到了铁电领域科研工作者极大的关注。
技术实现思路
基于此，本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种功耗低、抗辐射性能好的铁电场效应晶体管。为实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案为：一种铁电场效应晶体管，包括：衬底；在所述衬底上形成的沟道层；在所述沟道层上形成的源极区和漏极区，所述源极区和所述漏极区对称形成于所述沟道层的两端；在所述沟道层上且在所述源极区和所述漏极区之间形成的缓冲层；在所述缓冲层上形成的铁电栅介质层；在所述铁电栅介质层上形成的栅电极；在所述源极区上形成的源电极；以及在所述漏极区上形成的漏电极。优选地，所述沟道层由β-Ga2O3材料组成。利用β-Ga2O3作为沟道材料为FeFET抗辐射加固和温度稳定性的提高提供保障。β-Ga2O3作为一种热稳定性和化学稳定性都良好的宽禁带半导体材料，且预期具有非常好的抗辐射性能，比SiC和GaN更大的禁带宽度、更高的Baliga品质因数(BFOM)值和更便宜的价格，利用β-Ga2O3作为沟道材料可以提高铁电薄膜FeFET的整体抗辐射性能和温度稳定性。优选地，所述沟道层还掺杂有锡，所述锡的掺杂浓度为1015～1016cm-3。优选地，所述沟道层的厚度为200nm～300nm。优选地，所述源电极包括Ti源电极和Au源电极，所述Au源电极形成于所述Ti源电极的上；所述漏电极包括Ti漏电极和Au漏电极，所述Au漏电极形成于所述Ti漏电极的上。优选地，所述衬底由硅材料或锗材料组成。优选地，所述缓冲层为绝缘层，或者所述缓冲层为绝缘层和金属层组成的双层结构。优选地，所述铁电栅介质层的材料为Bi4Ti3O12、SrBi2Ta2O9、PbTiO3、BaTiO3、BiFeO3中的至少一种，或La、Nd、Ce、Sr、Zr、Mn、W、Na中的至少一种与Bi4Ti3O12、SrBi2Ta2O9、PbTiO3、BaTiO3、BiFeO3中的至少一种掺杂形成的物质，或Zr掺杂HfO2、Si掺杂HfO2、Al掺杂HfO2、Y掺杂HfO2中的至少一种。优选地，当所述缓冲层为绝缘层和金属组成的双层结构时，所述绝缘层的厚度为2nm～10nm，所述金属层的厚度为50nm～80nm。优选地，所述铁电栅介质层的厚度为5nm～600nm。同时，本专利技术还提供一种上述铁电场效应晶体管的制备方法，包括如下步骤：(1)在衬底上形成沟道层；(2)在步骤(1)上形成的沟道层上形成源极层、漏极层；(3)采用离子注入工艺，对步骤(2)中的源极层和漏极层进行离子注入，形成源极区和漏极区；(4)对步骤(3)所得源极区和漏极区进行激活处理，得到源极和漏极；(5)在经过步骤(4)处理后的沟道层上淀积缓冲层；(6)在步骤(5)中的缓冲层上淀积铁电栅介质层；(7)在步骤(6)中的铁电栅介质层上淀积栅金属，得到栅电极；(8)去除经过步骤(7)处理后的源极区和漏极区上的缓冲层、铁电栅介质层及栅电极；(9)在经过步骤(8)处理后的源极和漏极上形成源电极和漏电极，即得所述铁电场效应晶体管。优选地，所述步骤(1)中，采用低温固源分子束外延工艺，在衬底上外延生长一层沟道层，外延温度为500℃～700℃，沉积速率为0.6μm/h。优选地，所述步骤(2)和(8)中采用365nmI线光刻工艺。本领域技术人员可根据需要选择合适的刻蚀配方。优选地，所述步骤(2)中，离子注入工艺的条件为：在N+型源极区和N+型漏极区注入能量为20-25KeV、剂量为1018-1019cm-3的Si+离子。优选地，所述步骤(4)中激活处理的过程为：在800℃～950℃下对步骤(3)中的源极区和漏极区进行热退火处理。所述步骤(6)中所采用的工艺为本领域所公认合适的薄膜淀积工艺，包括磁控溅射、脉冲激光沉积、原子层淀积等薄膜沉积工艺，但不局限于此。优选地，所述步骤(7)中的栅金属为TiN、TaN、Pt中的至少一种。优选地，所述步骤(10)中采用磁控溅射工艺，所述磁控溅射工艺的温度为200℃～300℃，所述源、漏电极溅射Ti金属厚度为20nm～30nm,所述源、漏电极溅射Au金属的厚度为100nm～150nm。相对于现有技术，本专利技术的有益效果为：本专利技术采用β-Ga2O3作为沟道材料，一种热稳定性和化学稳定性都良好的宽禁带半导体材料，且预期具有非常好的抗辐射性能，可以加固沟道部位的抗辐射能力。附图说明图1为本专利技术所述铁电场效应晶体管的一种剖面结构图；图2为本专利技术所述铁电场效应晶体管制作方法的一种流程图；其中，1、衬底；2、沟道层；3、源极区；4、缓冲层；5、铁电栅介质层；6、栅电极；7、漏极区；8、Ti漏电极；9、Au漏电极；10、Ti源电极；11、Au源电极。具体实施方式为更好的说明本专利技术的目的、技术方案和优点，下面将结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明。实施例1本专利技术所述铁电场效应晶体管的一种实施例，本实施例所述铁电场效应晶体管的一种剖面结构图如附图1所示，包括：衬底1，衬底1由硅材料组成；在衬底1上形成的沟本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铁电场效应晶体管，其特征在于，包括：衬底；在所述衬底上形成的沟道层；在所述沟道层上形成的源极区和漏极区，所述源极区和所述漏极区对称形成于所述沟道层的两端；在所述沟道层上且在所述源极区和所述漏极区之间形成的缓冲层；在所述缓冲层上形成的铁电栅介质层；在所述铁电栅介质层上形成的栅电极；在所述源极区上形成的源电极；以及在所述漏极区上形成的漏电极。

【技术特征摘要】
1.一种铁电场效应晶体管，其特征在于，包括：衬底；在所述衬底上形成的沟道层；在所述沟道层上形成的源极区和漏极区，所述源极区和所述漏极区对称形成于所述沟道层的两端；在所述沟道层上且在所述源极区和所述漏极区之间形成的缓冲层；在所述缓冲层上形成的铁电栅介质层；在所述铁电栅介质层上形成的栅电极；在所述源极区上形成的源电极；以及在所述漏极区上形成的漏电极。2.如权利要求1所述的铁电场效应晶体管，其特征在于，所述沟道层由β-Ga2O3材料组成。3.如权利要求2所述的铁电场效应晶体管，其特征在于，所述沟道层还掺杂有锡或硅，所述锡或硅的掺杂浓度为1015～1016cm-3。4.如权利要求1、2或3所述的铁电场效应晶体管，其特征在于，所述沟道层的厚度为200nm～300nm。5.如权利1所述的铁电场效应晶体管，其特征在于，所述源电极包括Ti源电极和Au源电极，所述Au源电极形成于所述Ti源电极的上；所述漏电极包括Ti漏电极和Au漏电极，所述Au漏电极形成于所述Ti漏电极的上。6.如权利要求1所述的铁电场效应晶体管，其特征在于，所述衬底由硅材料或锗材料组成。7.如权利要求1所述的铁电场效应晶体管，其特征在于，所述缓冲层为绝缘层，或者所述缓冲层为绝缘层和金属层组成的双层结构。8.如权利要求1所述的铁电场效应晶体管，其特征在于，所述铁电栅介质层的材料为Bi4Ti3O...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖敏，肖文武，周益春，彭强祥，钟向丽，王金斌，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43