场效应晶体管及其制备方法技术

本公开提供了一种场效应晶体管及其制备方法。本公开的一些实施例中，场效应晶体管包括：衬底层；沟道层，通过在衬底层上沉积碳纳米管而形成；铁电栅介质层，位于沟道层的源漏沟道中间，通过在沟道层之上沉积掺杂氧化铪的铁电栅介质薄膜而形成；栅极，形成于铁电栅介质层之上；源极，形成于沟道层之上；漏极，形成于沟道层之上。本公开的场效应晶体管结构简单、易于制备，存储窗口大，便于大面积制备，与现有硅基产线兼容性好，且具有读写速率块、存储窗口大、高擦写次数、功耗低的优点。功耗低的优点。功耗低的优点。

【技术实现步骤摘要】
场效应晶体管及其制备方法


[0001]本公开涉及一种场效应晶体管及其制备方法。

技术介绍

[0002]碳纳米管材料具有优异的电学性能，随着摩尔定律的发展，硅基器件在尺寸缩减的过程中短沟道效应接近物理极限，碳纳米管材料被认为是最有可能取代硅基的半导体材料之一。
[0003]此外，氧化铪基铁电薄膜的发现，引起了研究人员的广泛关注。氧化铪基铁电薄膜与硅基材料良好的兼容性，解决了传统铁电薄膜无法小型化的问题。铁电介质存储器相较于其他存储单元具有更长的存储时间，更高的读写速度，更低的功耗以及良好的抗辐照特性。如何将氧化铪基铁电薄膜引入场效应晶体管的性能，以提高铁电介质存储器的读写速率、存储窗口等性能，是亟待解决的问题。

技术实现思路

[0004]为了解决上述技术问题中的至少一个，本公开提供了一种场效应晶体管及其制备方法。
[0005]本公开的第一方面，提供了一种场效应晶体管，包括：
[0006]衬底层；
[0007]沟道层，通过在所述衬底层上沉积碳纳米管而形成；
[0008]铁电栅介质层，位于所述沟道层的源漏沟道中间，通过在所述沟道层之上沉积掺杂氧化铪的铁电栅介质薄膜而形成；
[0009]栅极，形成于所述铁电栅介质层之上；
[0010]源极，形成于所述沟道层之上；
[0011]漏极，形成于所述沟道层之上。
[0012]本公开第一方面的一些实施方式中，所述衬底层为：氧化硅片衬底、熔融石英衬底、单晶石英衬底或蓝宝石衬底。
[0013]本公开第一方面的一些实施方式中，所述碳纳米管为阵列碳纳米管或者网络碳纳米管。
[0014]本公开第一方面的一些实施方式中，所述碳管碳纳米管为单壁碳纳米管，所述碳纳米管的直径为0.5nm
‑
5nm。
[0015]本公开第一方面的一些实施方式中，所述碳纳米管为排列密度为1根每微米～500根每微米的阵列碳纳米管。
[0016]本公开第一方面的一些实施方式中，所述铁电栅介质层的厚度为1nm
‑
20nm。
[0017]本公开第一方面的一些实施方式中，所述掺杂氧化铪的铁电栅介质薄膜的掺杂元素为如下之一或其任意组合：锆、钇、硅、铝、镧、钆。
[0018]本公开第一方面的一些实施方式中，所述掺杂氧化铪的铁电栅介质薄膜中氧化铪
的质量含量为1％
‑
99％。
[0019]本公开第一方面的一些实施方式中，所述栅极为如下金属中之一或其任意组合：钛、金、铝、氮化钛、氮化钽、钨。
[0020]本公开第一方面的一些实施方式中，所述栅极的厚度为1nm
‑
100nm。
[0021]本公开第一方面的一些实施方式中，所述源极和漏极为如下金属之一或其任意组合：钯、金、钨、钇、铪、钛。
[0022]本公开第一方面的一些实施方式中，所述源极和漏极的厚度为1nm
‑
100nm。
[0023]本公开的第二方面提供了一种场效应晶体管的制备方法，包括：
[0024]提供衬底；
[0025]在所述衬底上沉积碳纳米管，以形成沟道层；
[0026]在所述沟道层上沉积掺杂氧化铪的铁电栅介质薄膜；
[0027]在所述掺杂氧化铪的铁电栅介质薄膜上沉积覆盖层薄膜；
[0028]采用高温快速热退火工艺进行退火；
[0029]去除所述覆盖层薄膜，暴露所述掺杂氧化铪的铁电栅介质，以形成铁电栅介质层；
[0030]制备源极和漏极，使所述源极和漏极位于所述沟道层之上且所述铁电栅介质层位于所述沟道层的源漏沟道中间；
[0031]制备栅极，使所述栅极位于所述铁电栅介质层之上。
[0032]本公开第二方面的一些实施方式中，所述掺杂氧化铪的铁电栅介质薄膜的掺杂元素为如下之一或其任意组合：锆、钇、硅、铝、镧、钆。
[0033]本公开第二方面的一些实施方式中，所述掺杂氧化铪的铁电栅介质薄膜中氧化铪的质量含量为1％
‑
99％。
[0034]本公开第二方面的一些实施方式中，所述掺杂氧化铪的铁电栅介质薄膜的厚度为1nm
‑
20nm。
[0035]本公开第二方面的一些实施方式中，所述覆盖层薄膜为如下之一：氮化钛(TiN)、氮化钽(TaN)、氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)、氧化铝(Al2O3)。
[0036]本公开第二方面的一些实施方式中，所述覆盖层薄膜的厚度为50nm
‑
200nm。
[0037]本公开第二方面的一些实施方式中，所述采用高温快速热退火工艺进行退火的步骤中，退火温度为400℃
‑
1000℃；和/或，所述采用高温快速热退火工艺进行退火的步骤中，退火时间为1s
‑
120s；和/或，所述采用高温快速热退火工艺进行退火的步骤中，退火气氛为氮气、氩气或者氧气。
[0038]本公开第二方面的一些实施方式中，在所述碳纳米管上沉积掺杂氧化铪的铁电栅介质薄膜，包括：采用原子层沉积工艺在所述碳纳米管上沉积掺杂氧化铪的铁电栅介质薄膜。
[0039]本公开第二方面的一些实施方式中，所述去除所述覆盖层薄膜，包括：采用干法刻蚀或湿法刻蚀工艺去除所述覆盖层薄膜。
[0040]本公开第二方面的一些实施方式中，所述制备源极和漏极，包括：采用光刻、刻蚀以及沉积工艺制备所述源极和漏极。
[0041]本公开第二方面的一些实施方式中，所述制备栅极，包括：采用光刻和薄膜沉积工艺制备所述栅极。
[0042]本公开第二方面的一些实施方式中，场效应晶体管的制备方法还包括：在所述衬底上沉积碳纳米管后，制备碳纳米管有源区。
[0043]本公开第二方面的一些实施方式中，所述制备碳纳米管有源区，包括：采用光刻和干法刻蚀工艺制备碳纳米管有源区。
[0044]本公开的场效应晶体管结构简单、易于制备，存储窗口大，便于大面积制备，与现有硅基产线兼容性好。
[0045]此外，本公开的场效应晶体管采用了碳纳米管沟道铁电场效应晶体管结构，结合了碳纳米管作为沟道材料的优异特性，引入氧化铪基铁电薄膜制备了具有铁电栅介质的碳纳米管沟道场效应晶体管，具有读写速率块、存储窗口大、高擦写次数、功耗低的优点，在计算机存储领域有着重大的应用价值和广阔的市场前景，为研究碳纳米管铁电存储器件提供了保证，为拓展碳纳米管在铁电存储器等方面的应用提供了支持。
附图说明
[0046]附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。
[0047]图1是根据本公开的一些实施方式的场效应晶体管的结构示意图。
[0048]图2是根据本公开的一些实施方式的场效应晶体管制备方法的流程示意图。
[0049]图3是根据本公开的一些实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种场效应晶体管，其特征在于，包括：衬底层；沟道层，通过在所述衬底层上沉积碳纳米管而形成；铁电栅介质层，位于所述沟道层的源漏沟道中间，通过在所述沟道层之上沉积掺杂氧化铪的铁电栅介质薄膜而形成；栅极，形成于所述铁电栅介质层之上；源极，形成于所述沟道层之上；漏极，形成于所述沟道层之上。2.根据权利要求1所述的场效应晶体管，其特征在于，所述衬底层为：氧化硅片衬底、熔融石英衬底、单晶石英衬底或蓝宝石衬底；优选地，所述碳纳米管为阵列碳纳米管或者网络碳纳米管；优选地，所述碳管碳纳米管为单壁碳纳米管，所述碳纳米管的直径为0.5nm
‑
5nm；优选地，所述碳纳米管为排列密度为1根每微米～500根每微米的阵列碳纳米管。3.根据权利要求1所述的场效应晶体管，其特征在于，所述铁电栅介质层的厚度为1nm
‑
20nm；优选地，所述掺杂氧化铪的铁电栅介质薄膜的掺杂元素为如下之一或其任意组合：锆、钇、硅、铝、镧、钆；优选地，所述掺杂氧化铪的铁电栅介质薄膜中氧化铪的质量含量为1％
‑
99％。4.根据权利要求1所述的场效应晶体管，其特征在于，所述栅极为如下金属中之一或其任意组合：钛、金、铝、氮化钛、氮化钽、钨；优选地，所述栅极的厚度为1nm
‑
100nm。5.根据权利要求1所述的场效应晶体管，其特征在于，所述源极和漏极为如下金属之一或其任意组合：钯、金、钨、钇、铪、钛；优选地，所述源极和漏极的厚度为1nm
‑
100nm。6.一种场效应晶体管的制备方法，其特征在于，包括：提供衬底；在所述衬底上沉积碳纳米管，以形成沟道层；在所述沟道层上沉积掺杂氧化铪的铁电栅介质薄膜；在所述掺杂氧化铪的铁电栅介质薄膜上沉积覆盖层薄膜；采用高温快速热退火工艺进行退火；去除所述覆盖层薄膜，暴露所述掺杂氧化铪的铁电栅介质，以形成铁...

【专利技术属性】
技术研发人员：翟明龙，刘洪刚，张志勇，彭练矛，
申请(专利权)人：北京元芯碳基集成电路研究院北京华碳元芯电子科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：