垂直铁电场效应晶体管的制备方法及垂直铁电场效应晶体管技术

本发明专利技术公开了一种垂直铁电场效应晶体管的制备方法和由此方法制备的垂直铁电场效应晶体管，该方法通过将源漏电极用绝缘层隔开之后，刻蚀掉多余的绝缘层，然后再在源漏电极之间制备半导体，最后制备栅绝缘层和栅极。该制备方法将源漏电极用绝缘层隔开之后，将半导体沟道层形成于覆盖部分源漏电极以及绝缘层的侧壁处，避免了传统的垂直铁电场效应晶体管制备方法中将源/漏极直接沉积在半导体沟道成上，对半导体沟道层的损伤，由此方法制备的垂直铁电场效应晶体管，第一电极和第二电极用绝缘层间隔，半导体沟道层覆盖部分第一电极，部分第二电极以及绝缘层侧壁，栅绝缘层采用铁电材料，具有高开关比、较大的记忆窗口和良好的保持特性。保持特性。保持特性。

【技术实现步骤摘要】
垂直铁电场效应晶体管的制备方法及垂直铁电场效应晶体管


[0001]本专利技术涉及晶体管
，尤其涉及一种垂直铁电场效应晶体管的制备方法及垂直铁电场效应晶体管。

技术介绍

[0002]随着对高性能器件的需求越来越多，器件尺寸的持续微缩是必然趋势。随着器件小型化至纳米尺度，晶体管开始出现迁移率降低、漏电流增大、功耗增加等严重的短沟道效应，这使得传统平行晶体管的微缩方法逼近物理极限。垂直晶体管具有天然的短沟道特性，但是传统的垂直晶体管，源漏电极之间是半导体沟道层，由于电极直接沉积在沟道上，制备过程中，上电极的制备不可避免会对半导体沟道层造成损伤。因此，有必要提供一种改进的垂直铁电场效应晶体管制备方法，实现短沟道垂直晶体管的制备，并不会对半导体沟道层造成损伤。

技术实现思路

[0003]为了克服上述缺陷，本专利技术提供了一种垂直铁电场效应晶体管的制备方法及垂直铁电场效应晶体管，能够制备垂场效应直晶体管的制备，同时也不会对半导体沟道层造成损伤。
[0004]本专利技术为了解决其技术问题所采用的技术方案是：根据本专利技术的一个方面，提供一种垂直铁电场效应晶体管的制备方法，包括如下步骤：
[0005]提供衬底；
[0006]在衬底上形成第一电极；
[0007]形成图形化的绝缘层和第二电极；
[0008]形成半导体沟道层，其中，半导体沟道层形成于覆盖部分第一电极，部分第二电极以及绝缘层的侧壁处；
[0009]形成栅绝缘层；以及
[0010]形成第三电极；r/>[0011]其中，所述第一电极被设计为源极或漏极，第二电极被设计为漏极或者源极，第三电极被设计为栅极；
[0012]形成栅绝缘层的材料为铁电材料。
[0013]作为本专利技术的进一步改进，所述形成图形化的绝缘层和第二电极的步骤包括：
[0014]在第一电极表面形成覆盖第一电极的绝缘层；
[0015]在绝缘层表面形成图形化的第二电极，该第二电极覆盖部分绝缘层；
[0016]刻蚀第二电极和未被第二电极覆盖的绝缘层，暴露出第一电极。
[0017]作为本专利技术的进一步改进，所述图形化的第二电极是通过掩模板的方式沉积形成。
[0018]作为本专利技术的进一步改进，所述形成图形化的绝缘层和第二电极的步骤包括：
[0019]在第一电极表面形成覆盖第一电极的绝缘层；
[0020]在绝缘层表面形成覆盖绝缘层的第二电极层；
[0021]形成图形化的绝缘层和第二电极，暴露出第一电极。
[0022]作为本专利技术的进一步改进，所述形成图形化的绝缘层和第二电极，暴露出第一电包括涂光刻胶，曝光，显影，刻蚀，去光刻胶的步骤。
[0023]作为本专利技术的进一步改进，所述铁电材料包括聚偏氟乙烯(PVDF)或其共聚物、氧化锆铪(HZO)、锆钛酸铅(PZT)、铁酸铋(BFO)、铌镁酸铅—钛酸铅(PMNPT)或钛酸钡(BTO)中的至少一种。
[0024]作为本专利技术的进一步改进，形成半导体沟道层的材料是有机半导体材料或者无机半导体材料。
[0025]作为本专利技术的进一步改进，形成绝缘层的材料是有机聚合物材料或者无机绝缘材料。
[0026]本专利技术的另一个方面，提供一种根据前述垂直铁电场效应晶体管制备方法制备的垂直铁电场效应晶体管，包括：
[0027]衬底；
[0028]形成于衬底上的第一电极；
[0029]覆盖部分第一电极的绝缘层；
[0030]位于绝缘层表面覆盖绝缘层的第二电极；
[0031]位于第二电极表面覆盖部分第二电极，部分第一电极以及绝缘层侧壁的半导体沟道层；
[0032]位于半导体沟道层表面覆盖部分第二电极，半导体沟道层以及部分第一电极的栅绝缘层；
[0033]位于栅绝缘层表面覆盖栅绝缘层的第三电极；
[0034]其中，所述第一电极被设计为源极或漏极，第二电极被设计为漏极或者源极，第三电极被设计为栅极
[0035]栅绝缘层的材料为铁电材料。
[0036]作为本专利技术的进一步改进，所述铁电材料包括聚偏氟乙烯(PVDF)或其共聚物、氧化锆铪(HZO)、锆钛酸铅(PZT)、铁酸铋(BFO)、铌镁酸铅—钛酸铅(PMNPT)或钛酸钡(BTO)中的至少一种。
[0037]本专利技术的有益效果是：一方面，本专利技术提供一种垂直铁电场效应晶体管的制备方法，该方法通过将可用作源漏极的第一电极和第二电极用绝缘层间隔，刻蚀掉多余的绝缘层之后，将半导体沟道层形成于第一电极和第二电极的交界处，覆盖部分第一电极，部分第二电极以及绝缘层的侧壁，避免传统的电极直接沉积在半导体沟道层导致电极材料渗入半导体沟道层损伤半导体沟道层的情形发生，该制备方法具有操作步骤简单，成本低，易于实施的优点。另一方面，本专利技术提供一种垂直铁电场效应晶体管，该晶体管的第一电极和第二电极用绝缘层间隔，半导体沟道层覆盖部分第一电极，部分第二电极以及绝缘层侧壁，栅绝缘层的材料为铁电材料，该晶体管具有高开关比和良好的保持特性。
附图说明
[0038]图1为本专利技术一个实施例提供的垂直铁电场效应晶体管的制备方法流程图；
[0039]图2～7为对应各个步骤形成的垂直铁电场效应晶体管的剖面结构示意图；
[0040]图4
‑
1a～4
‑
1c是对应形成图形化的绝缘层和第二电极的一个实施方式的各个步骤的垂直铁电场效应晶体管的剖面结构示意图；
[0041]图4
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2a～4
‑
2c是对应形成图形化的绝缘层和第二电极的另一个实施方式的各个步骤的垂直铁电场效应晶体管的剖面结构示意图；
[0042]图8为通过本专利技术实施例提供的制备方法制备的垂直铁电场效应晶体管的转移特性曲线；
[0043]图9为通过本专利技术实施例提供的制备方法制备的垂直铁电场效应晶体管的输出特性曲线；
[0044]图10为通过本专利技术实施例提供的制备方法制备的垂直铁电场效应晶体管的输出特性曲线的保持特性；
[0045]结合附图，作以下说明：
[0046]11——衬底；
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12——第一电极；
[0047]13——绝缘层；
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14——第二电极；
[0048]15——半导体沟道层；
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16——栅绝缘层；
[0049]17——第三电极；
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80——光刻胶。
具体实施方式
[0050]以下结合附图，对本专利技术的一个较佳实施例作详细说明。
[0051]本专利技术提供一种垂直沟道场效应晶体管的制备方法以及垂直沟道场效应晶体管，该制备方法的核心在于将源漏电极用绝缘层隔开，刻蚀掉多余的绝缘层后，再在源漏电极之间制备半导体，最后制备栅绝缘层和栅极。该制备方法将源漏电极用绝缘层隔开之后，将半导体沟道层形成于覆盖部分源漏电极以及绝缘层的侧本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种垂直铁电场效应晶体管的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：提供衬底；在衬底上形成第一电极；形成图形化的绝缘层和第二电极；形成半导体沟道层，其中，半导体沟道层形成于覆盖部分第一电极，部分第二电极以及绝缘层的侧壁处；形成栅绝缘层；以及形成第三电极；其中，所述第一电极被设计为源极或漏极，第二电极被设计为漏极或者源极，第三电极被设计为栅极；形成栅绝缘层的材料为铁电材料。2.根据权利要求1所述的垂直铁电场效应晶体管的制备方法，其特征在于：所述形成图形化的绝缘层和第二电极的步骤包括：在第一电极表面形成覆盖第一电极的绝缘层；在绝缘层表面形成图形化的第二电极，该第二电极覆盖部分绝缘层；刻蚀第二电极和未被第二电极覆盖的绝缘层，暴露出第一电极。3.根据权利要求2所述的垂直铁电场效应晶体管的制备方法，其特征在于：所述图形化的第二电极是通过掩模板的方式沉积形成。4.根据权利要求1所述的垂直铁电场效应晶体管的制备方法，其特征在于：所述形成图形化的绝缘层和第二电极的步骤包括：在第一电极表面形成覆盖第一电极的绝缘层；在绝缘层表面形成覆盖绝缘层的第二电极层；形成图形化的绝缘层和第二电极，暴露出第一电极。5.根据权利要求4所述的垂直铁电场效应晶体管的制备方法，其特征在于：所述形成图形化的绝缘层和第二电极，暴露出第一电极包括涂光刻胶，曝光，显影，刻蚀，去光刻胶的步骤。6.根据权利要求1所述的垂直铁电场效应晶体管的制备方法，其特征在于：所述铁电...

【专利技术属性】
技术研发人员：田博博，冯光迪，朱秋香，褚君浩，段纯刚，
申请(专利权)人：华东师范大学，
类型：发明
国别省市：