一种铁电掺杂多模式可重构场效应晶体管及其制备方法
小编
本发明属于半导体器件，特别涉及一种铁电掺杂多模式可重构场效应晶体管及其制备方法。
1、随着集成电路在摩尔定律的驱动下不断发展，传统晶体管逐渐逼近其物理极限，使得集成电路的进一步微缩和功耗进一步降低面临严峻挑战。在后摩尔时代，提升器件的功能密度以及在低功耗和高性能之间取得平衡显得尤为关键，而传统技术难以同时满足这两项需求。
1、为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种铁电掺杂多模式可重构场效应晶体管及其制备方法，以提高集成电路功能密度，并解决后摩尔时代集成电路在低功耗和高性能之间难以兼顾的难题。
3、一种铁电掺杂多模式可重构场效应晶体管，包括体硅衬底和埋氧化层，在埋氧化层上方顶硅中设置源区、沟道和漏区，源区左侧和漏区右侧分别设置源电极和漏电极，所述沟道上方依次设置控制栅极氧化层和控制栅极；所述源区上方依次设置第一编程栅极铁电层和第一编程栅极，以实现对源区的非易失铁电掺杂；所述漏区上方依次设置第二编程栅极铁电层和第二编程栅极，以实现对漏区的非易失铁电掺杂。
5、在一个实施例中，所述控制栅极、源电极、漏电极、第一编程栅极和第二编程栅极的材料为金属钨、金属钛、金属铜、金属铝、金属铂、金属铱、金属钌、氮化钨、氮化钛、氮化钽、氧化铱、氧化钌、碳化钨、碳化钛、硅化钨、硅化钛和硅化钽中的任意一种。
6、在一个实施例中，所述第一编程栅极铁电层和第二编程栅极铁电层采用铪基铁电材料。
8、在一个实施例中，当第一编程栅极和第二编程栅极均施加正脉冲电压时，形成n型掺杂的源区和n型掺杂的漏区，器件工作在nmos模式；
9、当第一编程栅极和第二编程栅极均施加负脉冲电压时，形成p型掺杂的源区和p型掺杂的漏区，器件工作在pmos模式；
10、当第一编程栅极施加负脉冲电压，第二编程栅极施加正脉冲电压时，形成p型掺杂的源区和n型掺杂的漏区，器件工作在ntfet模式；
11、当第一编程栅极施加正脉冲电压，第二编程栅极施加负脉冲电压时，形成n型掺杂的源区和p型掺杂的漏区，器件工作在ptfet模式。
12、本发明还提供了所述铁电掺杂多模式可重构场效应晶体管的制备方法，包括如下步骤：
14、步骤2，在顶硅层上沉积绝缘介质层，并刻蚀去除绝缘介质层的左右两端，保留中间部分，形成控制栅极氧化层；
15、步骤3，在刻蚀后的器件表面沉积铁电材料层，并刻蚀去除控制栅极氧化层上方的铁电材料层；
16、步骤4，对器件左右两端的铁电材料层及其正下方的顶硅层进行刻蚀，形成第一编程栅极铁电层和第二编程栅极铁电层；
17、步骤5，在器件上沉积金属层，并刻蚀去除控制栅极氧化层上方、第一编程栅极铁电层上方、第二编程栅极铁电层上方、第一编程栅极铁电层左侧、第二编程栅极铁电层右侧的多余金属，分别形成控制栅极、第一编程栅极、第二编程栅极、源电极和漏电极。
19、1.本发明提出铁电掺杂多模式可重构场效应晶体管，通过器件工作机制重构，实现在高性能mosfet模式和低功耗tfet模式之间进行重构，使得器件能够根据具体应用需求实现高性能/低功耗器件灵活切换，显著提升了集成电路的适应性，有助于突破后摩尔时代集成电路产业的能耗瓶颈。
20、2.该晶体管能够在n/p mosfet和n/p tfet四种工作模式之间重构，通过单一晶体管实现多种功能，显著提高了集成电路的功能密度，适应了后摩尔时代集成电路产业对高功能密度的需求。
21、3.与传统可重构器件相比，本发明利用铁电材料的非易失特性，大幅降低了可重构器件的整体功耗。
22、4.本发明采用兼容cmos工艺的铪基铁电材料，确保了该晶体管能够与现有半导体制造工艺兼容，便于大规模集成和量产。
1.一种铁电掺杂多模式可重构场效应晶体管，包括体硅衬底(1)和埋氧化层(2)，在埋氧化层(2)上方顶硅中设置源区(3)、沟道和漏区(4)，源区(3)左侧和漏区(4)右侧分别设置源电极(5)和漏电极(6)，其特征在于，所述沟道上方依次设置控制栅极氧化层(11)和控制栅极(12)；所述源区(3)上方依次设置第一编程栅极铁电层(7)和第一编程栅极(9)，以实现对源区(3)的非易失铁电掺杂；所述漏区(4)上方依次设置第二编程栅极铁电层(8)和第二编程栅极(10)，以实现对漏区(4)的非易失铁电掺杂。
2.根据权利要求1所述铁电掺杂多模式可重构场效应晶体管，其特征在于，所述控制栅极氧化层(11)的材料为sio2、hfo2、laalo3、la2o3，zro2、srtio3和tialo3中的任意一种。
3.根据权利要求1所述铁电掺杂多模式可重构场效应晶体管，其特征在于，所述控制栅极(12)、源电极(5)、漏电极(6)、第一编程栅极(9)和第二编程栅极(10)的材料为金属钨、金属钛、金属铜、金属铝、金属铂、金属铱、金属钌、氮化钨、氮化钛、氮化钽、氧化铱、氧化钌、碳化钨、碳化钛、硅化钨、硅化钛和硅化钽中的任意一种。
4.根据权利要求1所述铁电掺杂多模式可重构场效应晶体管，其特征在于，所述第一编程栅极铁电层(7)和第二编程栅极铁电层(8)采用铪基铁电材料。
5.根据权利要求4所述铁电掺杂多模式可重构场效应晶体管，其特征在于，所述铪基铁电材料为hfzrox、hfalox、hfsiox、hftiox和hfyox中的任意一种。
6.根据权利要求1至5任一项所述铁电掺杂多模式可重构场效应晶体管，其特征在于，当第一编程栅极(9)和第二编程栅极(10)均施加正脉冲电压时，形成n型掺杂的源区(3)和n型掺杂的漏区(4)，器件工作在nmos模式；
7.权利要求1至6任一项所述铁电掺杂多模式可重构场效应晶体管的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
本发明提出了一种铁电掺杂多模式可重构场效应晶体管及其制备方法，旨在解决后摩尔时代集成电路在低功耗和高性能之间难以兼顾的难题，同时提高器件功能密度以突破微缩瓶颈。该晶体管通过引入兼容CMOS工艺的铪基铁电材料，实现了在N/P MOSFET和N/P TFET四种工作模式之间的重构，使器件能够根据具体应用需求灵活切换晶体管模式，显著提高了集成电路的功能密度和适应性。其制备方法包括采用具有Si‑SiOsubgt;2/subgt;‑Si结构的SOI基片，利用淀积、刻蚀和反应溅射等工艺步骤，构建源区、漏区、控制栅极氧化层、控制栅极、编程栅极铁电层及编程栅极等关键结构，并通过脉冲电压对源区和漏区进行非易失铁电掺杂，实现器件的多模式重构，本发明为推动新一代集成电路的发展提供了有效技术方案。
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