一种超疏水FeFET器件及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种超疏水FeFET器件及其制备方法，超疏水FeFET器件包括FeFET器件本体，FeFET器件本体表面覆盖超疏水功能层，超疏水功能层表面具有柱体阵列，并且超疏水功能层上嫁接有低表面能基团。制备方法包括在FeFET器件本体上沉积超疏水功能层，并通过光刻和刻蚀使超疏水功能层表面形成柱体阵列；在超疏水功能层上嫁接低表面能基团，得到超疏水FeFET器件。本发明专利技术利用传统的CMOS工艺，通过光刻和刻蚀的方式形成柱体阵列改变表面粗糙度，增加了工艺操作的可行性，同时蒸发法操作简单，且不会影响FeFET器件本身的性能。会影响FeFET器件本身的性能。会影响FeFET器件本身的性能。

【技术实现步骤摘要】
一种超疏水FeFET器件及其制备方法


[0001]本专利技术属于半导体芯片
，具体涉及一种超疏水FeFET器件及其制备方法。

技术介绍

[0002]铁电栅场效应晶体管(FeFET)具有非挥发性、低功耗、读写速度快等优异的存储性能，是最有前景的新型半导体存储器。FeFET具有单元结构简单、与CMOS工艺兼容、制造工艺成熟等优点，且新型铪锆氧(HZO)铁电薄膜厚度在10nm时也能表现出优异的铁电性能，因此基于HZO薄膜的FeFET存储器具有产业化应用潜力，引领着新型半导体存储器的发展方向。
[0003]FeFET工作方式是通过在晶体管的栅极上施加一个脉冲来完成存储单元的写入操作，该脉冲会改变铁电薄膜的极化状态并影响阈值电压，从而达到存储的目的。然而，当FeFET长时间使用后，其表面极易吸附水汽，尤其是顶层的超亲水金属层，使得晶体管产生漏电，晶体管漏电会提升工作功耗，甚至导致沟道区域导通，晶体管无法开启而失效。此外，水汽也会影响铁电薄膜的界面质量，使得漏电流增加，导致铁电层的极化反转的能力降低，影响器件的存储性能。因此，基于传统的CMOS工艺，使FeFET器件表面具备超疏水性能，有效提升器件在高湿环境下的耐久性和使用寿命成为一个研究热点。
[0004]疏水性是通过改变表面粗糙度和化学成分获得的，在半导体器件制造当中，往往是通过高能离子刻蚀等方式来实现。现有技术如Kim等(Surface modification of a ferroelectric polymer insulator for low<br/>‑
voltage readable nonvolatile memory in an organic field
‑
effect transistor)制造了一种具有疏水特性的有机FeFET，该器件的衬底是玻璃，绝缘栅极铁电层是偏二氟乙烯和三氟乙烯的共聚物[P(VDF
‑
TrFE)]薄膜层，该薄膜中含有铁电相，可以通过极化反转实现存储，此外，栅极电极是氧化铟锡(ITO)，源漏的接触金属是Au。
[0005]现有技术中有机层沉积方式与CMOS工艺难以兼容，无法满足工业化的生产要求。同时有机层的存在限制了一些高温材料在衬底上沉积，进而影响了高性能FeFET的制备。此外，通过等离子体刻蚀的方式来改变表面粗糙度和化学成分的方式会对器件本身的性能产生影响，影响薄膜和界面质量，从而影响其铁电性能，甚至造成失效。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的之一在于提供一种超疏水FeFET器件，具备读写速度快、耐久性能突出、功耗低以及结构简单等优势。
[0007]为实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案为：
[0008]一种超疏水FeFET器件，包括FeFET器件本体，所述FeFET器件本体表面覆盖超疏水功能层，所述超疏水功能层表面具有柱体阵列，并且所述超疏水功能层上嫁接有低表面能基团。
[0009]以下还提供了若干可选方式，但并不作为对上述总体方案的额外限定，仅仅是进一步的增补或优选，在没有技术或逻辑矛盾的前提下，各可选方式可单独针对上述总体方
案进行组合，还可以是多个可选方式之间进行组合。
[0010]作为优选，所述FeFET器件本体包括绝缘衬底以及设置在所述绝缘衬底上的一个或多个有源区；
[0011]所述有源区内通过离子注入方式形成源漏区域，所述源漏区域之间设有位于绝缘衬底表面的栅氧层，所述栅氧层表面设有铁电层，所述源漏区域和铁电层分别连接顶电极提供源极、漏极和栅极。
[0012]作为优选，所述绝缘衬底上设有隔离层，所述隔离层围绕形成有源区。
[0013]作为优选，所述超疏水功能层为无机层。
[0014]作为优选，所述低表面能基团通过蒸发法嫁接在所述超疏水功能层上。
[0015]作为优选，所述柱体阵列中柱体为圆柱体，所述圆柱体的直径为30～80μm，高度为70～120μm。
[0016]本专利技术提供的超疏水FeFET器件通过在器件本体表面沉积具有疏水特性的功能层，并使该功能层表面形成柱体阵列，同时配合低表面能基团获得超疏水性，既保持了FeFET器件本身的特性，又通过超疏水功能层提升了器件的耐久性，为FeFET器件在高湿环境中应用提供了可能。
[0017]本专利技术的目的之二在于提供一种超疏水FeFET器件的制备方法，制备工艺简单方便，且与CMOS工艺兼容。
[0018]为实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案为：
[0019]一种超疏水FeFET器件的制备方法，所述超疏水FeFET器件的制备方法，包括：
[0020]在FeFET器件本体上沉积超疏水功能层，并通过光刻和刻蚀使所述超疏水功能层表面形成柱体阵列；
[0021]在所述超疏水功能层上嫁接低表面能基团，得到超疏水FeFET器件。
[0022]作为优选，所述FeFET器件本体的制备，包括：
[0023]在绝缘衬底的有源区内通过离子注入方式形成源漏区域；
[0024]在所述源漏区域之间制备位于绝缘衬底表面的栅氧层；
[0025]在所述栅氧层表面制备铁电层；
[0026]在所述源漏区域和铁电层上沉积顶电极分别提供源极、漏极和栅极。
[0027]作为优选，所述绝缘衬底的有源区的制备过程为：在所述绝缘衬底上制备一层隔离层，并采用光刻图形化工艺镂空所述隔离层形成有源区。
[0028]作为优选，所述超疏水功能层为无机层。
[0029]作为优选，所述柱体阵列中柱体为圆柱体，所述圆柱体的直径为30～80μm，高度为70～120μm。
[0030]本专利技术的一种超疏水FeFET器件的制备方法，通过在FeFET器件本体表面沉积具有疏水特性的功能层，并采用光刻和刻蚀工艺形成柱体阵列，再基于嫁接低表面能基团获得超疏水性，此制造工艺使FeFET器件表面的接触角大于150
°
，滚动角小于10
°
，即使在高湿环境下也能阻止水汽进入器件；既保持了FeFET本身的特性，又通过超疏水层提升了器件的耐久性，且兼容传统芯片的制造工艺；而且此制造工艺简单方便，为FeFET器件在高湿环境中应用提供了可能。
附图说明
[0031]图1为本专利技术的超疏水FeFET器件的结构示意图；
[0032]图2为本专利技术的超疏水FeFET器件的制备方法的流程图；
[0033]图3为本专利技术制备隔离层后的结构示意图；
[0034]图4为本专利技术制备源漏区域以及栅氧层后的结构示意图；
[0035]图5为本专利技术制备铁电层后的结构示意图；
[0036]图6为本专利技术制备顶电极后的结构示意图；
[0037]图7为本专利技术制备完成得到的超疏水FeFET器件的结构示意图；
[0038]图8为本专利技术在多个有源区内制备完成后的超疏水FeFET器件的俯视图。
[0039]图示中：1、隔离层；2、源漏区域；3、栅氧层；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超疏水FeFET器件，包括FeFET器件本体，其特征在于，所述FeFET器件本体表面覆盖超疏水功能层，所述超疏水功能层表面具有柱体阵列，并且所述超疏水功能层上嫁接有低表面能基团。2.如权利要求1所述的超疏水FeFET器件，其特征在于，所述FeFET器件本体包括绝缘衬底以及设置在所述绝缘衬底上的一个或多个有源区；所述有源区内通过离子注入方式形成源漏区域，所述源漏区域之间设有位于绝缘衬底表面的栅氧层，所述栅氧层表面设有铁电层，所述源漏区域和铁电层分别连接顶电极提供源极、漏极和栅极。3.如权利要求2所述的超疏水FeFET器件，其特征在于，所述绝缘衬底上设有隔离层，所述隔离层围绕形成有源区。4.如权利要求1所述的超疏水FeFET器件，其特征在于，所述超疏水功能层为无机层。5.如权利要求1所述的超疏水FeFET器件，其特征在于，所述低表面能基团通过蒸发法嫁接在所述超疏水功能层上。6.如权利要求1所述的超疏水FeFET器件，其特征在于，所述柱体阵列中柱体为圆柱体，所述圆柱体的直径为30～80μm，高度为70～120μm。7.一种超疏水FeFET...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢欣瑜，戚佳斌，赵毅，李忠贤，
申请(专利权)人：中国电子科技南湖研究院，
类型：发明
国别省市：