本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)和制造領(lǐng)域，具體涉及一種基于摻雜氮化鋁薄膜的mfmfis型fe-finfet器件及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、由于物聯(lián)網(wǎng)以及人工智能等產(chǎn)業(yè)的逐漸興起，需要存儲和處理的數(shù)據(jù)呈指數(shù)型增長，這給傳統(tǒng)的馮諾依曼計算架構(gòu)帶來了越來越大的壓力。而新興的各種非易失性存儲器(nonvolatile?memory,nvm)，包括電阻隨機(jī)存取存儲器(resistive?random-accessmemory,rram)、磁阻隨機(jī)存取存儲器(magneto-resistive?random-access?memory,mram)、相變隨機(jī)存取存儲器(phase?change?random-access?memory,pcram)和鐵電(ferroelectric,fe)存儲器，作為克服這些限制的選擇，最近引起了人們的廣泛關(guān)注。

2、而鐵電存儲器中的鐵電場效應(yīng)晶體管(ferroelectric?field-effecttransistor,fefet)器件由于其非易失性、低功耗和高速操作特性有望減少馮諾依曼計算架構(gòu)中處理單元和存儲器之間的延遲以及能量需求。

3、摻雜氮化鋁(al1-xyxn)中很高的剩余極化、較大的矯頑場以及cmos(complementary?metal?oxide?semiconductor)工藝兼容性等優(yōu)異性質(zhì)被人們所青睞，將fefet器件中的鐵電材料換成摻雜氮化鋁可以實現(xiàn)很大的存儲窗口，保證了足夠的讀取裕度并且可以防止隨機(jī)位翻轉(zhuǎn)以及由噪聲和干擾導(dǎo)致的讀取錯誤。

4、在傳統(tǒng)的平面型fefet結(jié)構(gòu)溝道縮放至22nm及以下時，器件的短溝道效應(yīng)十分明顯，漏電流巨大，器件無法正常關(guān)閉，嚴(yán)重影響器件性能。雖然三維的fe-finfet(ferroelectric?fin?field-effect?transistor)有效緩解了短溝道效應(yīng)，柵極長度的顯著縮短為提高基于摻雜氮化鋁薄膜的fefet器件的集成度提供了可能性。但是mfis(metal-ferroelectric-insulator-semiconductor)型fe-finfet鐵電層角處的電場過于集中，形成死區(qū)，降低了鐵電層的極化場均勻化，進(jìn)而影響fe-finfet器件的存儲性能以及壽命。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷中的至少一種而提供一種基于摻雜氮化鋁薄膜的mfmfis(metal-ferroelectric-metal-ferroelectric

2、-insulator-semiconductor)型fe-finfet器件及其制備方法，該方法可以均勻化鐵電層角處的電場以及極化場，增加了鐵電層上的電壓降，減小了鐵電層的死區(qū)，增強(qiáng)了器件的耐久性能，提高了器件的壽命。

3、本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

4、本發(fā)明目的之一在于一種基于摻雜氮化鋁薄膜的mfmfis型fe-finfet器件，包括：

5、襯底；

6、設(shè)置于襯底上表面的鰭式結(jié)構(gòu)；

7、設(shè)置于襯底上表面的第一氧化層和第二氧化層，二者被所述鰭式結(jié)構(gòu)分隔開；

8、設(shè)置于第一氧化層、第二氧化層上表面的柵極疊層結(jié)構(gòu)，其三面包圍鰭式結(jié)構(gòu)，進(jìn)而將鰭式結(jié)構(gòu)分為被柵極疊層結(jié)構(gòu)三面包圍的中間鰭式結(jié)構(gòu)，以及未被柵極疊層結(jié)構(gòu)三面包圍的第一鰭式結(jié)構(gòu)和第二鰭式結(jié)構(gòu)，所述第一鰭式結(jié)構(gòu)為源極區(qū)，所述第二鰭式結(jié)構(gòu)為漏極區(qū)；

9、設(shè)置于源極區(qū)上表面的源極電極；

10、設(shè)置于漏極區(qū)上表面的漏極電極；

11、完全覆蓋第一氧化層、第二氧化層、柵極疊層結(jié)構(gòu)、源極區(qū)和漏極區(qū)的鈍化保護(hù)層，所述鈍化保護(hù)層還分別開設(shè)有與源極電極相連通的第一通孔、與柵極疊層結(jié)構(gòu)相連通的第二通孔、與漏極電極相連通的第三通孔，所述第一通孔、第二通孔和第三通孔分別填充有導(dǎo)電介質(zhì)；

12、分別設(shè)置于第一通孔、第二通孔和第三通孔上端的源極接觸點、柵極接觸點和漏極接觸點，所述源極接觸點、柵極接觸點和漏極接觸點與填充于第一通孔、第二通孔和第三通孔內(nèi)的導(dǎo)電介質(zhì)相連；

13、其中，所述柵極疊層結(jié)構(gòu)包括由內(nèi)向外依次疊加的介質(zhì)層、第一鐵電層、第一柵極電極、第二鐵電層和第二柵極電極，所述介質(zhì)層三面包圍鰭式結(jié)構(gòu)。

14、進(jìn)一步地，所述介質(zhì)層的材質(zhì)為high-k材料，包括si3n4、aln、sion、al2o3、hfo2、hfalo、hfsion或la2o3中的至少一種，并且所述介質(zhì)層的厚度為0.4-2nm。

15、進(jìn)一步地，所述第一鐵電層和第二鐵電層的材質(zhì)為al1-xyxn，且所述第一鐵電層和第二鐵電層的厚度為5-45nm；所述y為第二摻雜離子，第二摻雜離子的摻雜濃度x為15-35at％，第二摻雜離子包括鈧、硼、鉿、鋯或鈦中的至少一種。

16、進(jìn)一步地，所述鰭式結(jié)構(gòu)的鰭高為20-80nm，鰭寬為10-50nm，柵極長度為3-45nm。

17、進(jìn)一步地，所述鈍化保護(hù)層的材質(zhì)為氮化硅，且所述鈍化保護(hù)層的厚度為300-350nm。

18、進(jìn)一步地，所述源極電極和所述漏極電極的材質(zhì)包括鋁、銅、鈦、金或銀中的至少一種；所述第一柵極電極和第二柵極電極的材質(zhì)包括氮化鈦、氮化鉭、鉑、鋁、鉬、鎳或鎢中的至少一種；所述源極接觸點、柵極接觸點和漏極接觸點和導(dǎo)電介質(zhì)的材質(zhì)包括金、銅、鎳、鎢或鋁中的至少一種。

19、本發(fā)明目的之二在于一種如上所述的基于摻雜氮化鋁薄膜的mfmfis型fe-finfet器件的制備方法，包括如下步驟：

20、s1、在襯底上生長一層緩沖氧化層，材質(zhì)為氧化硅，采用物理氣相沉積(physicalvapor?deposition,pvd)或者化學(xué)氣相沉積(chemical?vapor?deposition,cvd)生長；

21、s2、在緩沖氧化層上生長一層氮化層，材質(zhì)為氮化硅，采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(plasma?enhanced?chemical?vapor?deposition,pecvd)或低壓化學(xué)氣相沉積(lowpressure?chemical?vapor?deposition,lpcvd)方法；

22、s3、在氮化層上涂抹一層第一光刻膠；

23、s4、在第一光刻膠上曝光、顯影、光刻出鰭的寬度；

24、s5、刻蝕掉第一光刻膠以下部分之外的氮化層；

25、s6、去除第一光刻膠；

26、s7、刻蝕氮化層以下部分之外的緩沖氧化層；

27、s8、去除氮化層；

28、s9、利用緩沖氧化層作為掩膜版刻蝕底部襯底，形成鰭式結(jié)構(gòu)；

29、s10、在襯底以及鰭式結(jié)構(gòu)上沉積氧化層以包圍鰭式結(jié)構(gòu)，氧化層材質(zhì)為氧化硅，采用高密度等離子體化學(xué)氣相沉積(high?density?plasma?chemical?vapor?deposition,hdpcvd)方法；

30、s11、通過化學(xué)機(jī)械拋光(chemical?mechanical?polishing,cmp)平坦化氧化層，緩沖氧化層作為停止層，氧化層被鰭式結(jié)構(gòu)和緩沖氧化層隔開為第一氧化層和第二氧化層；

31、s12、第一氧化層和第二氧化層回刻，鰭式結(jié)構(gòu)凸出第一氧化層和第二氧化層表面；

32、s13、去除緩沖氧化層；

33、s14、沉積一層介質(zhì)層覆蓋鰭式結(jié)構(gòu)以及底部第一氧化層和第二氧化層，采用原子層沉積(atomic?layer?deposition,ald)方法生長；

34、s15、在介質(zhì)層上覆蓋一層第二光刻膠；

35、s16、曝光、顯影、光刻底部第二光刻膠；

36、s17、刻蝕第二光刻膠以下部分之外的介質(zhì)層，剩余介質(zhì)層部分以三面包圍鰭式結(jié)構(gòu)；

37、s18、去除第二光刻膠；

38、s19、在介質(zhì)層以及底部第一氧化層和第二氧化層上沉積一層第一鐵電層，采用原子層沉積方法生長；

39、s20、在第一鐵電層上覆蓋一層第三光刻膠；

40、s21、曝光、顯影、光刻底部第三光刻膠；

41、s22、刻蝕第三光刻膠以下部分之外的第一鐵電層，剩余第一鐵電層部分以三面包圍介質(zhì)層；

42、s23、去除第三光刻膠；

43、s24、在第一鐵電層以及底部第一氧化層和第二氧化層上沉積一層第一柵極電極；

44、s25、在第一柵極電極上覆蓋一層第四光刻膠；

45、s26、曝光、顯影、光刻底部第四光刻膠；

46、s27、刻蝕第四光刻膠以下部分之外的第一柵極電極，剩余第一柵極電極部分以三面包圍第一鐵電層；

47、s28、去除第四光刻膠；

48、s29、在第一柵極電極以及底部第一氧化層和第二氧化層上沉積一層第二鐵電層，采用原子層沉積方法生長；

49、s30、在第二鐵電層上覆蓋一層第五光刻膠；

50、s31、曝光、顯影、光刻底部第五光刻膠；

51、s32、刻蝕第五光刻膠以下部分之外的第二鐵電層，剩余第二鐵電層部分以三面包圍第一柵極電極；

52、s33、去除第五光刻膠；

53、s34、在第二鐵電層以及底部第一氧化層和第二氧化層上沉積一層第二柵極電極以三面包圍第二鐵電層；

54、s35、通過cmp平坦化第二柵極電極；

55、s36、在第二柵極電極頂部涂抹一層第六光刻膠；

56、s37、曝光、顯影、光刻第六光刻膠定義柵極長度；

57、s38、刻蝕第六光刻膠以下部分之外的第二柵極電極；

58、s39、刻蝕第六光刻膠以下部分之外的第二鐵電層；

59、s40、刻蝕第六光刻膠以下部分之外的第一柵極電極；

60、s41、刻蝕第六光刻膠以下部分之外的第一鐵電層；

61、s42、刻蝕第六光刻膠以下部分之外的介質(zhì)層以暴露出鰭式結(jié)構(gòu)左右兩側(cè)的上表面；

62、s43、去除第六光刻膠；

63、s44、在鰭式結(jié)構(gòu)左側(cè)和右側(cè)上表面分別沉積源極電極和漏極電極；

64、s45、分別對鰭式結(jié)構(gòu)左側(cè)和右側(cè)進(jìn)行第一摻雜離子注入摻雜并退火，形成源極區(qū)和漏極區(qū)；

65、s46、生長鈍化保護(hù)層以包圍鰭式結(jié)構(gòu)以及鰭式結(jié)構(gòu)上的源極電極、漏極電極、介質(zhì)層、第一鐵電層、第一柵極電極、第二鐵電層和第二柵極電極；

66、s47、刻蝕鈍化保護(hù)層以形成第一通孔、第二通孔以及第三通孔；

67、s48、往三個通孔內(nèi)填充導(dǎo)電介質(zhì)；

68、s49、圖形化鈍化保護(hù)層上表面多余的導(dǎo)電介質(zhì)，形成源極接觸點、柵極接觸點和漏極接觸點。

69、進(jìn)一步地，所述第一鐵電層和第二鐵電層的生長條件為：反應(yīng)腔室升溫至所需的反應(yīng)溫度為200-400℃；反應(yīng)腔室抽真空至所需的壓力在10-5至10-7torr之間，并保持恒定的真空度。

70、進(jìn)一步地，所述第一鐵電層和第二鐵電層原子層沉積的循環(huán)周期設(shè)置為：

71、步驟1、清洗：在原子層沉積循環(huán)周期的開始前，向反應(yīng)腔室內(nèi)注入n2氣體清洗上一個周期中剩余的氣體；

72、步驟2、第一金屬前驅(qū)體進(jìn)料：使用三甲基鋁作為第一金屬前驅(qū)體，并將其注入到反應(yīng)腔室中；

73、步驟3、清洗：注入n2氣體，以消除過量的第一金屬前驅(qū)體及其副產(chǎn)物；

74、步驟4、氮源進(jìn)料：使用由體積比為1:9的nh3和h2所組成的混合氣體作為氮源，并將氮源注入到反應(yīng)腔室中；

75、步驟5、清洗：注入n2氣體，以消除過量氮源以及副產(chǎn)物；

76、步驟6、第二金屬前驅(qū)體進(jìn)料：將y對應(yīng)的第二金屬前驅(qū)體注入到反應(yīng)腔室中；

77、步驟7、清洗：注入n2氣體，以消除過量第二金屬前驅(qū)體以及副產(chǎn)物。

78、進(jìn)一步地，所述第二金屬前驅(qū)體包括三環(huán)戊二烯基鈧、三甲基環(huán)戊二烯基鈧、二甲基環(huán)戊二烯基氯鈧、三甲基硼tmb、四乙基甲基鉿、四乙基甲基鋯temaz或四乙基甲基鈦temat中的至少一種。

79、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明制備基于摻雜氮化鋁薄膜的mfmfis型fe-finfet器件，可以均勻化鐵電層角處的電場以及極化場，增加了鐵電層上的電壓降，減小了鐵電層的死區(qū)，增強(qiáng)了器件的耐久性能，提高了器件的壽命。