一种铁电晶体管及其制造方法

本发明涉及半导体领域，特别涉及一种铁电晶体管及其制造方法。

背景技术：

1、随着半导体技术的发展，集成电路的特征尺寸持续微缩，集成密度不断增加，即晶体管尺寸不断缩小以提高集成密度。但是集成电路在实现高计算性能的同时，也承担巨大功耗损失。

2、集成电路中包括铁电晶体管，当前铁电晶体管主要利用硅材料作为沟道材料，但是硅材料作为沟道材料时，具有较强的电子-声子散射，并且存在焦耳热耗散，这些都增加晶体管的功耗，影响晶体管的可靠性。

3、因此现在亟需一种低功耗的铁电晶体管。

技术实现思路

1、有鉴于此，本申请的目的在于提供一种铁电晶体管及其制造方法，能够实现铁电晶体管的高载流子迁移率以及低功耗，提高铁电晶体管的性能。

2、本申请实施例提供了一种铁电晶体管，所述铁电晶体管包括：

3、衬底；

4、沟道层，所述沟道层设置于所述衬底的一侧，所述沟道层的材料至少包括拓扑绝缘体氧化铪；

5、铁电层，所述铁电层设置于所述沟道层远离所述衬底的一侧，所述铁电层的材料至少包括掺杂氧化铪。

6、可选地，所述拓扑绝缘体氧化铪是利用电场诱导氧化铪的拓扑相变形成。

7、可选地，所述铁电层的材料可以为掺锆氧化铪、掺铝氧化铪、掺硅氧化铪、掺钆氧化铪、掺锶氧化铪和掺钪氧化铪中的一种或多种。

8、可选地，通过切换所述铁电层的极化状态，以调控所述沟道层拓扑表面态的载流子浓度。

9、可选地，所述沟道层的制造工艺为机械剥离工艺、化学剥离工艺、分子束外延生长工艺、化学气相沉积工艺或物理气相沉积工艺。

10、可选地，在平行于所述衬底所在平面的方向上，所述沟道层两侧设置有源极和漏极，所述源极和漏极的材料至少包括氧化铪。

11、可选地，还包括：栅电极；

12、所述栅电极设置于所述铁电层远离所述衬底的一侧。

13、可选地，还包括：绝缘层；

14、所述绝缘层设置于所述衬底和所述沟道层之间。

15、可选地，还包括：覆盖层和多个接触；

16、所述覆盖层设置于所述栅电极远离所述衬底的一侧，所述覆盖层覆盖所述栅电极、所述源极和所述漏极，所述多个接触贯穿所述覆盖层分别至所述栅电极、所述源极和所述漏极。

17、本申请实施例提供一种铁电晶体管的制造方法，所述方法包括：

18、在所述衬底的一侧形成沟道层，所述沟道层的材料至少包括拓扑绝缘体氧化铪；

19、在所述沟道层远离所述衬底的一侧形成铁电层，所述铁电层的材料至少包括掺杂氧化铪。

20、本申请实施例提供了一种铁电晶体管，铁电晶体管包括：衬底、沟道层和铁电层，沟道层设置于衬底的一侧，铁电层设置于沟道层远离衬底的一侧，即衬底、沟道层和铁电层层叠设置。沟道层的材料至少包括拓扑绝缘体氧化铪，也就是说，本申请实施例提供的铁电晶体管的沟道材料为拓扑绝缘体氧化铪，能够具有较高的载流子迁移率，并且不受声子散射的干扰，对杂质、温度和压强等材料参数不敏感，功耗较低。铁电层的材料至少包括掺杂氧化铪，即利用具有铁电极化性质的材料作为铁电晶体管的栅介质，可以实现对于铁电晶体管的开态或关态的控制。此外，沟道层和铁电层都包括氧化铪，两个膜层之间接触较好，沟道层和铁电层的界面质量较高，能够降低载流子的损失，降低功耗，提高铁电晶体管的性能。

技术特征：

1.一种铁电晶体管，其特征在于，所述铁电晶体管包括：

2.根据权利要求1所述的铁电晶体管，其特征在于，所述拓扑绝缘体氧化铪是利用电场诱导氧化铪的拓扑相变形成。

3.根据权利要求1所述的铁电晶体管，其特征在于，所述铁电层的材料可以为掺锆氧化铪、掺铝氧化铪、掺硅氧化铪、掺钆氧化铪、掺锶氧化铪和掺钪氧化铪中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的铁电晶体管，其特征在于，通过切换所述铁电层的极化状态，以调控所述沟道层拓扑表面态的载流子浓度。

5.根据权利要求1所述的铁电晶体管，其特征在于，所述沟道层的制造工艺为机械剥离工艺、化学剥离工艺、分子束外延生长工艺、化学气相沉积工艺或物理气相沉积工艺。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的铁电晶体管，其特征在于，在平行于所述衬底所在平面的方向上，所述沟道层两侧设置有源极和漏极，所述源极和漏极的材料至少包括氧化铪。

7.根据权利要求1-5任意一项所述的铁电晶体管，其特征在于，还包括：栅电极；

8.根据权利要求1-5任意一项所述的铁电晶体管，其特征在于，还包括：绝缘层；

9.根据权利要求7所述的铁电晶体管，其特征在于，还包括：覆盖层和多个接触；

10.一种铁电晶体管的制造方法，其特征在于，所述方法包括：

技术总结本申请提供一种铁电晶体管及其制造方法，包括：衬底、沟道层和铁电层，衬底、沟道层和铁电层层叠设置。沟道层的材料至少包括拓扑绝缘体氧化铪，也就是说，本申请实施例提供的铁电晶体管的沟道材料为拓扑绝缘体氧化铪，能够具有较高的载流子迁移率，并且不受声子散射的干扰，对杂质、温度和压强等材料参数不敏感，功耗较低。铁电层的材料至少包括掺杂氧化铪，即利用具有铁电极化性质的材料作为铁电晶体管的栅介质，可以实现对于铁电晶体管的开态或关态的控制。此外，沟道层和铁电层都包括氧化铪，两个膜层之间接触较好，沟道层和铁电层的界面质量较高，能够降低载流子的损失，降低功耗，提高铁电晶体管的性能。技术研发人员：王晓磊,凡洪洋,赵园园,柴俊帅,徐昊,王文武受保护的技术使用者：中国科学院微电子研究所技术研发日：技术公布日：2024/10/17