场效应晶体管及其制备方法与流程

1.本技术涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种场效应晶体管及其制备方法。


背景技术：

2.场效应晶体管(field effect transistor，简称fet)，通常仅靠半导体中的多数载流子导电，因此，又称为单极型晶体管，具有输入电阻高，噪声小，功耗低，动态范围大，易于集成、没有二次击穿现象，安全工作区域宽等优点。
3.其中，当电场超过100kv/cm时，载流子从电场中获得更多的能量，载流子的能量和晶格不再保持热平衡，则这种载流子称为热载流子。当热载流子具有的能量超过禁带宽度的3倍时，载流子与晶格的碰撞电离，使得载流子直接注入或通过隧道效应进入栅氧化层和衬底中，产生固定电荷陷阱，使阈值电压漂移，从而影响器件性能的效应称为热载流子效应。
4.然而，随着半导体器件的尺寸不断的缩小，热载流子效应越来越严重，从而导致半导体器件的性能差的技术问题。


技术实现要素：

5.鉴于上述问题，本技术实施例提供一种场效应晶体管及其制备方法，能够降低场效应晶体管中漏极掺杂区周围的电场强度，改善热载流子效应，进而提升半导体器件的性能和工作可靠性。
6.为了实现上述目的，本技术实施例提供如下技术方案：
7.本技术实施例第一方面提供一种场效应晶体管，包括：
8.衬底，具有源极掺杂区、漏极掺杂区和沟道区，所述沟道区设置在所述源极掺杂区和所述漏极掺杂区之间；
9.栅极，覆盖所述衬底的沟道区；
10.栅氧化层，位于所述栅极和所述衬底的沟道区之间，在沿所述源极掺杂区至所述漏极掺杂区的方向上，所述栅氧化层具有相邻设置的第一栅氧层和第二栅氧层，所述第一栅氧层靠近所述源极掺杂区设置，所述第二栅氧层靠近所述漏极掺杂区设置，所述第二栅氧层的介电常数小于所述第一栅氧层的介电常数。
11.在一些可选的实施方式中，在沿所述衬底的厚度方向上，所述第二栅氧层的厚度大于所述第一栅氧层的厚度。
12.在一些可选的实施方式中，所述第二栅氧层的至少部分上表面高于所述第一栅氧层的上表面，所述栅极与所述栅氧化层接触的一端的形状轮廓与所述栅氧化层的上表面的轮廓形状相匹配；
13.和/或，所述第二栅氧层的至少部分下表面低于所述第一栅氧层的下表面；所述沟道区面向所述栅氧化层的一侧的形状轮廓与所述栅氧化层的下表面的轮廓形状相匹配。
14.在一些可选的实施方式中，在沿所述源极掺杂区至所述漏极掺杂区的方向上，所
述第二栅氧层的厚度逐渐增大。
15.在一些可选的实施方式中，在沿所述源极掺杂区至所述漏极掺杂区的方向上，所述第二栅氧层的所述上表面和所述下表面中的至少一者呈阶梯状。
16.在一些可选的实施方式中，在沿所述源极掺杂区至所述漏极掺杂区的方向上，所述第二栅氧层的所述上表面和所述下表面中的至少一者呈斜坡状。
17.在一些可选的实施方式中，所述第一栅氧层包括氧化硅层、二氧化铪层、氧化硅铪层、氧化镧层中的至少一者；
18.和/或，所述第二栅氧层包括非晶碳化硅或非晶硅碳氮中的至少一者。
19.在一些可选的实施方式中，所述栅氧化层包括沿所述衬底的厚度方向依次层叠设置的二氧化硅层、氧化硅铪层和氧化镧层，所述二氧化硅层设置在所述衬底和所述氧化硅铪层之间。
20.在一些可选的实施方式中，所述栅极包括依次层叠设置的半导体层、第一导电层和第二导电层，所述半导体层设置在所述第一导电层和所述栅氧化层之间；所述栅极的侧壁上设置有栅绝缘层，所述栅绝缘层包括第一绝缘层和第二绝缘层，所述第一绝缘层覆盖所述栅氧化层和所述栅极的侧壁，所述第二绝缘层覆盖在所述第一绝缘层的外表面上。
21.在一些可选的实施方式中，所述栅极还包括功函数层，所述功函数层设置在所述栅氧化层和所述栅极之间，所述功函数层靠近所述漏极掺杂区一端的厚度大于所述功函数层靠近所述源极掺杂区一端的厚度；
22.在一些可选的实施方式中，所述场效应晶体管包括靠近所述源极掺杂区的ldd离子注入区和halo离子注入区。
23.本技术实施例第二方面还提供一种场效应晶体管的制备方法，包括：
24.提供衬底，所述衬底中形成有源极掺杂区、漏极掺杂区和沟道区，所述沟道区形成于所述源极掺杂区和所述漏极掺杂区之间；
25.在所述衬底上形成栅氧化层，所述栅氧化层覆盖所述衬底的沟道区；其中，在沿所述源极掺杂区至所述漏极掺杂区的方向上，所述栅氧化层具有相邻设置的第一栅氧层和第二栅氧层，所述第一栅氧层靠近所述源极掺杂区设置，所述第二栅氧层靠近所述漏极掺杂区设置，所述第二栅氧层的介电常数小于所述第一栅氧层的介电常数；
26.在所述栅氧化层上形成栅极。
27.在一些可选的实施方式中，在所述衬底上形成栅氧化层的步骤中，包括：
28.在所述衬底上形成初始栅氧层；
29.在所述初始栅氧层上形成掩膜图案；
30.以所述掩膜图案为掩膜，去除所述沟道区靠近所述漏极掺杂区一端的所述初始栅氧层，暴露所述沟道区靠近所述漏极掺杂区一端的表面，保留所述沟道区靠近所述源极掺杂区一端的上方的所述初始栅氧层，保留的所述初始栅氧层形成为第一栅氧层；
31.在暴露的所述沟道区的表面上形成第二栅氧层；
32.其中，所述第一栅氧层和所述第二栅氧层共同形成为栅氧化层，且所述第二栅氧层的介电常数小于所述第一栅氧层的介电常数。
33.本技术实施例提供的场效应晶体及其制备方法中，衬底具有源极掺杂区、漏极掺杂区和沟道区，沟道区设置在源极掺杂区和漏极掺杂区之间，沟道区的上方设置有栅极，栅
极和衬底的沟道区之间设置有栅氧化层，在沿源极掺杂区至漏极掺杂区的方向上，栅氧化层具有相邻设置的第一栅氧层和第二栅氧层，第一栅氧层靠近源极掺杂区设置，第二栅氧层靠近漏极掺杂区设置，且第二栅氧层的介电常数小于第一栅氧层的介电常数，以降低漏极掺杂区周围的电场强度，这样，可以减少碰撞电离产生的固定电荷陷阱，能够改善阈值电压的漂移，从而改善热载流子效应，进而提高半导体器件的性能以及工作可靠性。
34.除了上面所描述的本技术实施例解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技术方案的技术特征所带来的有益效果外，本技术实施例提供的场效应晶体管及其制备方法所能解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征带来的有益效果，将在具体实施方式中作出进一步详细的说明。
附图说明
35.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
36.图1为本技术实施例提供的场效应晶体管的第一种结构的截面示意图；
37.图2为本技术实施例提供的场效应晶体管的第二种结构的截面示意图；
38.图3为本技术实施例提供的场效应晶体管的第三种结构的截面示意图；
39.图4为本技术实施例提供的场效应晶体管的第四种结构的截面示意图；
40.图5为本技术实施例提供的场效应晶体管的第五种结构的截面示意图；
41.图6为本技术实施例提供的场效应晶体管的第六种结构的截面示意图；
42.图7为本技术实施例提供的场效应晶体管的第七种结构的截面示意图；
43.图8为本技术实施例提供的场效应晶体管的第八种结构的截面示意图；
44.图9为本技术实施例提供的场效应晶体管的第九种结构的截面示意图；
45.图10为本技术实施例提供的场效应晶体管的第十种结构的截面示意图；
46.图11为本技术实施例提供的场效应晶体管的第十一种结构的截面示意图；
47.图12为本技术实施例提供的场效应晶体管的第十二种结构的截面示意图；
48.图13为本技术实施例提供的场效应晶体管的第十三种结构的截面示意图；
49.图14为本技术实施例提供的场效应晶体管的第十四种结构的截面示意图；
50.图15为本技术实施例提供的场效应晶体管的第十五种结构的截面示意图；
51.图16为本技术实施例提供的场效应晶体管的第十六种结构的截面示意图；
52.图17为本技术实施例提供的场效应晶体管的第十七种结构的截面示意图；
53.图18为本技术实施例提供的场效应晶体管的制备方法的流程示意图；
54.图19为本技术实施例提供的场效应晶体管的制备方法中形成初始栅氧化层的截面示意图；
55.图20为本技术实施例提供的场效应晶体管的制备方法中一种形成第一栅氧层的截面示意图；
56.图21为本技术实施例提供的场效应晶体管的制备方法中一种形成第二栅氧层的截面示意图；
57.图22为本技术实施例提供的场效应晶体管的制备方法中去除掩膜图案并形成栅氧化层的截面示意图；
58.图23为本技术实施例提供的场效应晶体的制备方法中另一种形成栅氧化层的截面示意图；
59.图24为本技术实施例提供的场效应晶体管的制备方法中另一种形成栅氧化层的截面示意图；
60.图25为本技术实施例提供的场效应晶体管的制备方法中一种在栅氧化层上形成半导体层的截面示意图；
61.图26为本技术实施例提供的场效应晶体管的制备方法中一种形成栅极的截面示意图。
62.附图标记：
63.100-场效应晶体管；10-衬底；
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101-源极掺杂区；
64.102-漏极掺杂区；
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103-沟道区；104-ldd离子注入区；
65.105-halo离子注入区；11-栅氧化层；
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111-第一栅氧层；
66.112-第二栅氧层；
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114-氧化硅铪层；115-氧化镧层；
67.12-栅极；
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121-半导体层；
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122-第一导电层；
68.123-第二导电层；
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124-功函数层；
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13-栅绝缘层；
69.131-第一绝缘层；
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132-第二绝缘层；14-初始栅氧层；
70.15-掩膜图案；
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16-第二掩膜层；
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17-第三掩膜层。
具体实施方式
71.本技术的发明人在实际工作过程中发现，在场效应晶体管中，当电场超过100kv/cm时，载流子会从电场中获得更多的能量，载流子的能量和晶格不再保持热平衡，则这种载流子称为热载流子。当热载流子具有的能量超过禁带宽度的3倍时，载流子与晶格的碰撞电离，使得载流子直接注入或通过隧道效应进入栅氧化层和衬底中，产生固定电荷陷阱，使阈值电压漂移，从而影响器件性能的效应称为热载流子效应。然而，随着半导体器件的尺寸不断的缩小，热载流子效应越来越严重，从而导致半导体器件的可靠性差的技术问题。
72.为了解决上述问题，本技术实施例提供一种场效应晶体管及其制备方法，其中，衬底具有源极掺杂区、漏极掺杂区和沟道区，沟道区设置在源极掺杂区和漏极掺杂区之间，沟道区的上方设置有栅极，栅极和衬底的沟道区之间设置有栅氧化层，在沿源极掺杂区至漏极掺杂区的方向上，栅氧化层具有相邻设置的第一栅氧层和第二栅氧层，第一栅氧层靠近源极掺杂区设置，第二栅氧层靠近漏极掺杂区设置，且第二栅氧层的介电常数小于第一栅氧层的介电常数，这样，可以降低漏极掺杂区周围的电场强度，减少碰撞电离产生的固定电荷陷阱，能够改善阈值电压的漂移，从而改善热载流子效应，进而提高半导体器件的性能以及工作可靠性。
73.为了使本技术实施例的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，均属于本申
请保护的范围。
74.实施例一
75.请参照图1所示，本技术实施例提供一种场效应晶体管100，包括：衬底10、栅极12和栅氧化层11；衬底10具有源极掺杂区101、漏极掺杂区102和沟道区103，沟道区103设置在源极掺杂区101和漏极掺杂区102之间；栅极12覆盖衬底10的沟道区103，栅氧化层11位于栅极12和衬底10的沟道区103之间，在沿源极掺杂区101至漏极掺杂区102的方向上，栅氧化层11具有相邻设置的第一栅氧层111和第二栅氧层112，第一栅氧层111靠近源极掺杂区101设置，第二栅氧层112靠近漏极掺杂区102设置，第二栅氧层112的介电常数小于第一栅氧层111的介电常数。
76.可以理解的是，衬底10作为场效应晶体管100的支撑结构，可以为衬底10上的器件或结构层提供支撑基础或工艺基础。
77.其中，构成衬底10的材料可以包括硅、锗、锗硅、碳化硅，绝缘体上硅以及绝缘体上锗中的任一者或者多者；或者，构成衬底10的材料也可以是本领域技术人员已知的其他材料。在本技术实施例中，衬底10的至少部分为硅衬底10，硅材料可以为单晶硅。
78.在一些可选的实施方式中，栅氧化层11可以为单材料层或者两个及以上材料层，即第一栅氧层111可以为单材料层或者两个及以上材料层，第二栅氧层112也可以为单材料层或者两个及以上材料层。
79.在一些可选的实施方式中，第一栅氧层111的材料和第二栅氧层112的材料不同，示例性的，第一栅氧层111的材料包括但不仅限于为氧化硅层、二氧化铪层、氧化硅铪层114、氧化镧层115中的至少一者；第二栅氧层112的材料包括但不仅限于为非晶碳化硅或非晶碳化氮中的至少一者，具体可根据实际需求进行适应性设计，只要能够使得第二栅氧层112的介电常数小于第一栅氧层111的介电常数即可。
80.可以理解的是，通过使第一栅氧层111的材料和第二栅氧层112的材料不同，以使得第一栅氧层111的介电常数大于第二栅氧层112的介电常数，从而减小漏极掺杂区102周围的电场强度。
81.上述方案中，通过使靠近漏极掺杂区102的第二栅氧层112的介电常数小于靠近源极掺杂区101的第一栅氧层111的介电常数，以降低漏极掺杂区102周围的电场强度，减少碰撞电离产生的固定电荷陷阱，这样，能够改善阈值电压的漂移现象，从而能够改善热载流子效应，进而提高半导体器件的性能以及工作可靠性；另外，通过使靠近漏极掺杂区102的第二栅氧层112的介电常数小于靠近源极掺杂区101的第一栅氧层111的介电常数，还可以调节场效应晶体管100的阈值电压，从而为场效应晶体管100提供一种新的调节阈值电压的方式。
82.在一些可选的实施方式中，请参照图2和图3所示，栅氧化层11还包括依次层叠设置的氧化硅铪层114和氧化镧层115，其中，氧化硅铪层114设置在栅氧化层11与氧化镧层115之间，这样，可以通过氧化硅铪层114和氧化镧层115提高场效应晶体管100的热稳定性和/或兼容性，从而提升半导体器件的性能以及工作可靠性。
83.在一些可选的实施方式中，栅极12可以为单材料层所构成或者是两种以上的材料层所构成。单材料层例如是掺杂半导体层121。两种以上的材料层例如是可以由掺杂的半导体层121、金属氮化物层、金属层或者其组合所构成。
84.在一些可选的实施例中，请返回参照图1所示，栅极12包括依次层叠设置的半导体层121、第一导电层122和第二导电层123，半导体层121设置在第一导电层122和栅氧化层11之间；其中，半导体层121例如是掺杂的多晶硅层，第一导电层122例如为氮化钛硅层(tisin)，第二导电层123例如为钨层。
85.另外，请参照图2和图3所示，栅极12还包括功函数层124，功函数层124设置在栅氧化层11和栅极12之间，其中，功函数层124例如是钛层或氮化钛层。
86.在一些可选的实施方式中，功函数层124靠近漏极掺杂区102一端的厚度大于功函数层124靠近源极掺杂区101一端的厚度，如图3中所示，可以理解的是，通过使靠近源极掺杂区101对应的功函数层124的厚度小于靠近漏极掺杂区102所对应的功函数层124的厚度，以进一步改善热载流子效应和调节场效应晶体管100的阈值电压，从而提升半导体器件的性能以及工作可靠性。
87.在一些可选的实施方式中，请参照图1至图3所示，场效应晶体管100还包括栅绝缘层13，栅绝缘层13包括至少两层材质不同且相接触的绝缘材料层，示例性的，构成栅绝缘层13的多种绝缘材料可以具有不同的介电常数，其介电常数例如为4～7。
88.在一些可选的实施例中，栅绝缘层13包括第一绝缘层131和第二绝缘层132，第一绝缘层131覆盖栅氧化层11和栅极12的侧壁，第二绝缘层132覆盖在第一绝缘层131的外表面上，如图1至图3中所示，其中，第二绝缘层132的厚度可以大于第一绝缘层131的厚度，且第二绝缘层132的介电常数小于第一绝缘层131的介电常数，从而减小栅绝缘层13所造成的寄生电容。
89.实施例二
90.本技术实施例提供的场效应晶体管100，可以是在上述实施例一的所有技术方案的基础上进一步的改进，在本技术实施例中，仅说明不同于上述实施例一的部分，相同部分不再赘述。
91.其中，ldd指的是轻掺杂漏(lightly doped drain，简称ldd)。
92.下面将以图1所对应的结构为例对本技术实施例提供的场效应晶体管100的进一步的改进进行介绍。
93.请参照图4所示，本技术实施例提供的场效应晶体管100中，场效应晶体管100还包括靠近源极掺杂区101的ldd离子注入区104和halo离子注入区105，其中，即衬底10靠近源极掺杂区101的一端设置有ldd离子注入区104和halo离子注入区105，其中，ldd离子注入区104为掺杂元素的类型与源极掺杂区101的掺杂元素的类型相同的轻掺杂漏区，而halo离子注入区105指的是掺杂元素的类型与源极掺杂区101的掺杂类型相反的反型掺杂区，以通过halo离子注入区105改善沟道区103的短沟道效应。
94.在一些可选的实施方式中，衬底10中靠近漏极掺杂区102的一端不设置ldd离子注入区104和halo离子注入区105，即只在靠近源极掺杂区101的一端设置ldd离子注入区104和halo离子注入区105，以使得场效应晶体管100的源极掺杂区101和漏极掺杂区102之间形成不对称的结构，如图4中所示，这样，可以进一步减小漏极掺杂区102周围的电场的强度，以进一步改善场效应晶体管100的热载流子效应，从而提升半导体器件的性能以及工作可靠性；另外，还可以改善场效应晶体管100的短沟道效应，从而提升半导体器件的性能和工作可靠性。
95.在另一些可选的实施方式中，请参照图5所示，靠近源极掺杂区101的一端设置有ldd离子注入区104和halo离子注入区105的同时，靠近漏极掺杂区102的一端也设置有ldd离子注入区104和halo离子注入区105，以通过靠近漏极掺杂区102的halo离子注入区105进一步改善沟道区103的短沟道效应，从而提升半导体器件的性能。
96.实施例三
97.请参照图6至图17所示，在上述实施一或实施例二的基础上，为了能够进一步改善场效应晶体管100的热载流子效应，在本技术实施例中，在沿衬底10的厚度方向上，第二栅氧层112的厚度可以大于第一栅氧层111的厚度，以减小漏极掺杂区102周围的电场强度，从而改善热载流子效应，提升半导体器件的性能；另外，通过使第二栅氧层112和第一栅氧层111的厚度不同，以实现调节场效应晶体管100的阈值电压的目的。
98.需要说明的是，对于第二栅氧层112的厚度大于第一栅氧层111的厚度的结构，主要适用于高压场效应晶体管100中，示例性的，高压场效应晶体管100中，第一栅氧层111的厚度例如为5～6nm，第二栅氧层112的厚度例如为7～9nm。
99.在一些可选的实施方式中，请参照图6至图8所示，第二栅氧层112的至少部分上表面高于第一栅氧层111的上表面，以使得第二栅氧层112的厚度大于第一栅氧层111的厚度，示例性的，在图6中，第二栅氧层112的厚度大于第一栅氧层111的厚度，且第二栅氧层112的上表面高于第一栅氧层111的上表面，这样，可以降低漏极掺杂区102周围的电场强度，改善热载流子效应；在图7中，是在图6的基础上，在靠近源极掺杂区101设置有ldd离子注入区104和halo离子注入区105，以进一步降低漏极掺杂区102周围的电场强度的基础上，改善场效应晶体管100的短沟道效应；在图8中，是在图6的基础上，在靠近源极掺杂区101和靠近漏极掺杂区102均设置有ldd离子注入区104和halo离子注入区105，以在改善热载流子效应的同时，进一步改善场效应晶体管100的短沟道效应。
100.在一些可选的实施方式中，栅极12与栅氧化层11接触的一端的形状轮廓与栅氧化层11的上表面的轮廓形状相匹配；例如，在图6至图8中，栅极12中的半导体层121靠近栅氧化层11的一侧的轮廓形状与栅氧化层11的上表面的轮廓形状相匹配；在图9中，栅氧化层11还包括氧化硅铪层114和氧化镧层115，其中，氧化硅铪层114的轮廓形状分别与第一栅氧层111和第二栅氧层112的轮廓形状相匹配，而氧化镧层115与氧化硅铪层114接触的表面(如下表面)的轮廓形状与氧化硅铪层114的上表面的轮廓形状相匹配。
101.在另一些可选的实施方式中，请参照图10所示，第二栅氧层112的至少部分下表面低于第一栅氧层111的下表面，以使得第二栅氧层112的厚度大于第一栅氧层111的厚度，其中，沟道区103面向栅氧化层11的一侧的形状轮廓与栅氧化层11的下表面的轮廓形状相匹配。
102.在又一些可选的实施方式中，请参照图11，第二栅氧层112的至少部分上表面高于第一栅氧层111的上表面，栅极12与栅氧化层11接触的一端的形状轮廓与栅氧化层11的上表面的轮廓形状相匹配的同时，第二栅氧层112的至少部分下表面低于第一栅氧层111的下表面，以使得第二栅氧层112的厚度大于第一栅氧层111的厚度，且沟道区103面向栅氧化层11的一侧的形状轮廓与栅氧化层11的下表面的轮廓形状相匹配。
103.在一些可选的实施方式中，请参照图12至图17所示，在沿源极掺杂区101至漏极掺杂区102的方向上，第二栅氧化层11的厚度逐渐增大，以使得源极掺杂区101至漏极掺杂区
102的电场强度依次减小；另外，也可以对场效应晶体管100的阈值电压进行调节。
104.在一些可选的实施方式中，请参照图12至图14中所示，在沿源极掺杂区101至漏极掺杂区102的方向上，第二栅氧化层11的上表面和下表面中的至少一者呈阶梯状。
105.示例性的，在沿源极掺杂区101至漏极掺杂区102的方向上，第二栅氧化层11的上表面呈阶梯状，如图12中所示；或者，第二栅氧化层11的下表面呈阶梯状，如图13中所示；又或者，第二栅氧化层11的上表面呈阶梯状的同时，第二栅氧化层11的下表面呈阶梯状，如图14中所示，具体可根据漏极掺杂区102周围的电场强度的大小和场效应晶体管100的阈值电压进行适应性设计，在此不做具体限制。
106.在另一些可选的实施方式中，请参照图15至图17所示，在沿源极掺杂区101至漏极掺杂区102的方向上，第二栅氧化层11的上表面和下表面中的至少一者呈斜坡状。
107.示例性的，在沿源极掺杂区101至漏极掺杂区102的方向上，第二栅氧化层11的上表面呈斜坡状，如图15中所示；或者，第二栅氧化层11的下表面呈斜坡状，如图16中所示；又或者，第二栅氧化层11的上表面呈斜坡状的同时，第二栅氧化层11的下表面呈斜坡状，如图17中所示，以使得在源极掺杂区101至漏极掺杂区102的方向上，电场强度依次减弱，从而达到改善热载流子效应的目的。
108.需要说明的是，当第二栅氧层112的厚度大于第一栅氧层111的厚度时，第二栅氧层112的材料和第一栅氧层111的材料可以相同，例如，第二栅氧层112和第二栅氧层112的材料例如是二氧化硅，这样，通过第二栅氧层112的厚度大于第一栅氧层111的厚度减小漏极掺杂区102周围的电场强度；另外，还可以通过第二栅氧层112的厚度大于第一栅氧层111的厚度，以实现调节场效应晶体管100的阈值电压的大小；当然，也可以是在第二栅氧层112的材料不同于第一栅氧层111的基础上，使得第二栅氧层112的厚度大于第一栅氧层111的厚度，以进一步减小漏极掺杂区102周围的电场强度以及调节场效应晶体管100的阈值电压，从而改善热载流子效应，进而提高半导体器件的性能以及工作可靠性。
109.其中，当第二栅氧层112的下表面低于第一栅氧层111的下表面时，第二栅氧层112会朝向衬底10一侧延伸，这样，衬底10与第二栅氧层112相对应的表面会因损伤而产生一些缺陷，因此，为了改善衬底10表面因损伤而产生的缺陷，在本技术实施例中，可以向衬底10中注入氮气或氢气等气体，并通过退火工艺处理以改善衬底10表面的缺陷，从而达到改善半导体器件的目的。
110.在一些可选的实施方式中，在第二栅氧层112的厚度大于第一栅氧层111的厚度的结构中，第二栅氧层112的厚度大于第一栅氧层111的厚度的厚度差部分，其材料可以与第二栅氧层112的材料相同，例如，第二栅氧层112的材料为二氧化硅层，则第二栅氧层112与第一栅氧层111的厚度差部分的材料也为二氧化硅；或者，第二栅氧层112与第一栅氧层111的厚度差部分的材料可以是其他材料，例如，当第二栅氧层112的材料为二氧化硅时，第二栅氧层112与第一栅氧层111的厚度差部分的材料可以为氧化硅铪、氧化镧中的一者或者为氧化硅铪和氧化镧的叠层结构，这样，可以提高场效应晶体管100的热稳定性或者兼容性。
111.在另一些可选的实施方式中，栅氧化层11包括沿衬底10的厚度方向依次层叠设置的二氧化硅层、氧化硅铪层114以及氧化镧层115，示例性的，在沿衬底10的厚度方向上，第一栅氧层111和第二栅氧层112均包括依次层叠设置的二氧化硅层、氧化硅铪层114以及氧化镧层115，其中，二氧化硅层设置在衬底10和氧化硅铪层114之间，且第一栅氧层111的厚
度可以小于或等于第一栅氧层111的厚度，可以理解的是，通过在二氧化硅层上设置氧化硅铪层114和氧化镧层115的叠层结构，可以提高场效应晶体管100的热稳定性或者兼容性，从而提升半导体器件的性能以及工作可靠性。
112.实施例四
113.图18为本技术实施例提供的场效应晶体管的一种制备方法的流程示意图。请参照图18所示，本技术实施例提供一种场效应晶体管的制备方法，用于制备上述实施例一、实施例二或实施例三提供的场效应晶体管100，该制备方法包括：
114.步骤s101：提供衬底，衬底中形成有源极掺杂区、漏极掺杂区和沟道区，沟道区形成于源极掺杂区和漏极掺杂区之间。
115.其中，衬底10可以通过化学气相沉积法(chemical vapor deposition，简称cvd)制备形成。
116.另外，在衬底10中形成有源极掺杂区101、漏极掺杂区102和沟道区103，沟道区103设置在源极掺杂区101和漏极掺杂区102之间。
117.具体的，首先可通过cvd工艺形成硅衬底10，并在硅衬底10上形成电极层，例如，通过原子层沉积工艺、物理气相沉积工艺或者化学气相沉积工艺等在硅衬底10的上表面沉积铝、金等导电材料，沉积在硅衬底10上的导电材料形成为电极层，形成电极层之后，可以在电极层上形成图形化的第一掩膜层，其中，第一掩膜层可以为光刻胶层，并采用曝光、显影或者刻蚀的方式形成图形化的第一掩膜层，例如，图形化的第一掩膜层曝光后续工艺中要形成的沟道区103的区域；之后，以图形化的第一掩膜层为掩膜，去除第一掩膜层曝光区域所对应的电极层，以在电极层上形成暴露硅衬底10的沟道，保留在沟道两侧的电极层分别形成为源极区和漏极区，之后，通过掺杂工艺对源极区和漏极进行掺杂，以形成源极掺杂区101和漏极掺杂区102。
118.当形成源极掺杂区101和漏极掺杂区102之后，可以采用清洗液或者清洗气体去除位于保留的电极层上的第一掩膜层。
119.之后，在沟道中填充隔离材料，并使得沟道中的隔离材料与源极掺杂区101和漏极掺杂区102的上表面平齐，这样，源极掺杂区101和漏极掺杂区102之间所对应的区域形成为沟道区103，在后续工艺中，可在沟道区103的上方形成栅氧化层11和栅极12，且沟道区103靠近栅氧化层11的一侧设置有薄膜结构，当向栅极12施加电压时，薄膜结构形成为反型层，以使得源极掺杂区101和漏极掺杂区102之间通过反型层进行电导通。
120.需要说明的是，隔离材料可以与衬底10的材料相同，也可以不同，在本技术实施例中，以隔离材料与衬底10的材料相同为例进行介绍。
121.步骤s102：在衬底上形成栅氧化层，栅氧化层覆盖衬底的沟道区；其中，在沿源极掺杂区至漏极掺杂区的方向上，栅氧化层具有相邻设置的第一栅氧层和第二栅氧层，第一栅氧层靠近源极掺杂区设置，第二栅氧层靠近漏极掺杂区设置，第二栅氧层的介电常数小于第一栅氧层的介电常数。
122.在一些可选的实施方式中，在衬底10上形成栅氧化层11，即沟道区103的上方分别形成第一栅氧层111和第二栅氧层112的步骤中，具体包括：
123.请结合图19所示，在衬底10上通过化学气相沉积、物理气相沉积或者原子层沉积工艺等形成初始栅氧层14，其中，初始栅氧层14的材料例如为氧化硅；之后，在初始栅氧层
14上形成掩膜图案15，其中，掩膜图案15暴露靠近漏极掺杂区102一端的初始栅氧层14，并以掩膜图案15为掩膜，去除沟道区103靠近漏极掺杂区102一端的初始栅氧层14，即去除掩膜图案15暴露的初始栅氧层14，以暴露沟道区103靠近漏极掺杂区102一端的衬底10的表面，保留沟道区103靠近源极掺杂区101一端的上方的初始氧化层，保留的初始氧化层形成为第一栅氧层111，如图20所示；之后，在暴露的沟道区103的表面上形成第二栅氧层112，如图21所示，第二栅氧层112的材料例如是非晶碳化硅或者非晶硅碳氮等，形成第二栅氧层112之后，去除掩膜图案15，第一栅氧层111和第二栅氧层112共同形成栅氧化层11，如图22所示，且第二栅氧层112的介电常数小于第一栅氧层111的介电常数，以降低漏极掺杂区102周围的电场强度，这样，可以减少碰撞电离产生的固定电荷陷阱，能够改善阈值电压的漂移，从而改善热载流子效应，进而提高半导体器件的性能以及工作可靠性。
124.在一些可选的实施方式中，第二栅氧层112的厚度可以与第一栅氧层111的厚度可以相等，仅通过第二栅氧层112和第一栅氧层111的材料不同，以使得第二栅氧层112的介电常数小于第一栅氧层111的介电常数，以降低漏极掺杂区102周围的电场强度来改善热载流子效应。
125.在另一些可选的实施方式中，在第二栅氧层112的介电常数小于第一栅氧层111的介电常数的基础上，还可以使得第二栅氧层112的厚度大于第一栅氧层111的厚度，以进一步降低漏极掺杂区102周围的电场强度，以实现改善热载流子效应的目的。
126.在又一些可选的实施方式中，第一栅氧层111和第二栅氧层112的材料可以相同，并通过对第一栅氧层111和第二栅氧层112分别进行掺杂不同的掺杂元素，以使得掺杂后的第一栅氧层111的介电常数大于第二栅氧层112的介电常数，并在此结构的基础上，使得第二栅氧层112的厚度大于第一栅氧层111的厚度，以进一步降低漏极掺杂区102周围的电场强度，从而改善热载流子效应。
127.在本技术实施例中，以第二栅氧层112与第一栅氧层111的下表面平齐，而第二栅氧层112的上表面高于第一栅氧层111的上表面，且第一栅氧层111和第二栅氧层112的材料均为二氧化硅为例介绍栅氧化层11形成，具体步骤如下：
128.请结合图23所示，在一些实施例中，在衬底10的沟道区103的上方形成二氧化硅层，并通过掺杂工艺分别对靠近源极掺杂区101的二氧化硅层和对靠近漏极掺杂区102的二氧化硅层进行掺杂，以使得靠近源极掺杂区101的二氧化硅层的介电常数大于靠近漏极掺杂区102的二氧化硅层的介电常数，其中，靠近源极掺杂区101的掺杂后的二氧化硅层形成为第一栅氧层111，之后，在第一栅氧层111的上表面上形成第二掩膜层16，以第二掩膜层16为掩膜，在靠近漏极掺杂区102的二氧化硅层的上表面上继续沉积二氧化硅材料，这样，靠近漏极掺杂区102的二氧化硅层和后续沉积的二氧化硅材料共同形成为第二栅氧层112，这样，第二栅氧层112的厚度大于第一栅氧层111的厚度，以通过第二栅氧层112和第一栅氧层111的厚度差，以进一步降低漏极掺杂区102周围的电场强度。
129.请结合图24所示，之后，在靠近漏极掺杂区102的二氧化硅层的上表面上形成第三掩膜层17，暴露靠近源极掺杂区101的二氧化硅层的上表面，并以第三掩膜层17为掩膜，去除靠近源极掺杂区101的部分二氧化硅层，以使得靠近源极掺杂区101的二氧化硅层的厚度小于靠近漏极掺杂区102的二氧化硅层的厚度，这样，靠近源极掺杂区101保留的二氧化硅层形成为第一栅氧层111，靠近漏极掺杂区102的二氧化硅层形成为第二栅氧层112，第二栅
氧层112的厚度大于第一栅氧层111的厚度，从而能够降低漏极掺杂区102周围的电场强度，从而改善场效应晶体管100的热载流子效应。
130.步骤s103：在栅氧化层上形成栅极。
131.在本技术实施例中，以栅极12包括依次层叠设置的半导体层121、第一导电层122和第二导电层123为例进行介绍，具体的：
132.请结合图25和图26所示，在衬底10上形成栅氧化层11之后，在栅氧化层11上通过沉积工艺形成多晶硅层，并对多晶硅层通过掺杂工艺进行掺杂，以形成掺杂的半导体层121，之后，在掺杂的半导体层121上沉积氮化钛硅层，以形成栅极12的第一导电层122，并在第一导电层122上沉积金属钨材料，以形成钨层，钨层形成为栅极12的第二导电层123。
133.之后，在栅极12和栅氧化层11的侧壁上形成第一绝缘层131，并在第一绝缘层131的表面上形成第二绝缘层132，这样，第一绝缘层131和第二绝缘层132共同形成为栅绝缘层13，如图6中所示。
134.本技术实施例提供的场效应晶体及其制备方法中，衬底具有源极掺杂区、漏极掺杂区和沟道区，沟道区设置在源极掺杂区和漏极掺杂区之间，沟道区的上方设置有栅极，栅极和衬底的沟道区之间设置有栅氧化层，在沿源极掺杂区至漏极掺杂区的方向上，栅氧化层具有相邻设置的第一栅氧层和第二栅氧层，第一栅氧层靠近源极掺杂区设置，第二栅氧层靠近漏极掺杂区设置，且第二栅氧层的介电常数小于第一栅氧层的介电常数，这样，可以降低漏极掺杂区周围的电场强度，减少碰撞电离产生的固定电荷陷阱，能够改善阈值电压的漂移，从而改善热载流子效应，进而提高半导体器件的性能以及工作可靠性。
135.本技术还提供一种电子设备，电子设备包括上述任一实施例提供的场效应晶体管。
136.示例性的，场效应晶体管可以应用在动态随机存取存储器(dram)、晶闸管随机存取存储器(tram)、静态随机存取存储器(sram)、非易失性存储器(如只读存储器、闪存存储器、铁电随机存取存储器、磁阻随机存取存储器等)中的任意一种存储器。
137.在一些实施例中，电子设备可以包括智能电话、计算机、平板电脑、可穿戴智能设备、人工智能设备、移动电源等。
138.本说明书中各实施例或实施方式采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分相互参见即可。
139.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的范围。

技术特征：
1.一种场效应晶体管，其特征在于，包括：衬底，具有源极掺杂区、漏极掺杂区和沟道区，所述沟道区设置在所述源极掺杂区和所述漏极掺杂区之间；栅极，覆盖所述衬底的沟道区；栅氧化层，位于所述栅极和所述衬底的沟道区之间，在沿所述源极掺杂区至所述漏极掺杂区的方向上，所述栅氧化层具有相邻设置的第一栅氧层和第二栅氧层，所述第一栅氧层靠近所述源极掺杂区设置，所述第二栅氧层靠近所述漏极掺杂区设置，所述第二栅氧层的介电常数小于所述第一栅氧层的介电常数。2.根据权利要求1所述的场效应晶体管，其特征在于，在沿所述衬底的厚度方向上，所述第二栅氧层的厚度大于所述第一栅氧层的厚度。3.根据权利要求2所述的场效应晶体管，其特征在于，所述第二栅氧层的至少部分上表面高于所述第一栅氧层的上表面，所述栅极与所述栅氧化层接触的一端的形状轮廓与所述栅氧化层的上表面的轮廓形状相匹配；和/或，所述第二栅氧层的至少部分下表面低于所述第一栅氧层的下表面；所述沟道区面向所述栅氧化层的一侧的形状轮廓与所述栅氧化层的下表面的轮廓形状相匹配。4.根据权利要求3所述的场效应晶体管，其特征在于，在沿所述源极掺杂区至所述漏极掺杂区的方向上，所述第二栅氧层的厚度逐渐增大。5.根据权利要求4所述的场效应晶体管，其特征在于，在沿所述源极掺杂区至所述漏极掺杂区的方向上，所述第二栅氧层的所述上表面和所述下表面中的至少一者呈阶梯状。6.根据权利要求4所述的场效应晶体管，其特征在于，在沿所述源极掺杂区至所述漏极掺杂区的方向上，所述第二栅氧层的所述上表面和所述下表面中的至少一者呈斜坡状。7.根据权利要求1-6中任一项所述的场效应晶体管，其特征在于，所述第一栅氧层包括氧化硅层、二氧化铪层、氧化硅铪层、氧化镧层中的至少一者；所述第二栅氧层包括非晶碳化硅或非晶硅碳氮中的至少一者。8.根据权利要求7所述的场效应晶体管，其特征在于，所述栅极包括依次层叠设置的半导体层、第一导电层和第二导电层，所述半导体层设置在所述第一导电层和所述栅氧化层之间；所述栅极的侧壁上设置有栅绝缘层，所述栅绝缘层包括第一绝缘层和第二绝缘层，所述第一绝缘层覆盖所述栅氧化层和所述栅极的侧壁，所述第二绝缘层覆盖在所述第一绝缘层的外表面上。9.根据权利要求8所述的场效应晶体管，其特征在于，所述栅极还包括功函数层，所述功函数层设置在所述栅氧化层和所述栅极之间，所述功函数层靠近所述漏极掺杂区一端的厚度大于所述功函数层靠近所述源极掺杂区一端的厚度。10.根据权利要求1-6中任一项所述的场效应晶体管，其特征在于，所述场效应晶体管包括靠近所述源极掺杂区的ldd离子注入区和halo离子注入区。11.一种场效应晶体管的制备方法，其特征在于，包括：提供衬底，所述衬底中形成有源极掺杂区、漏极掺杂区和沟道区，所述沟道区形成于所述源极掺杂区和所述漏极掺杂区之间；在所述衬底上形成栅氧化层，所述栅氧化层覆盖所述衬底的沟道区；其中，在沿所述源极掺杂区至所述漏极掺杂区的方向上，所述栅氧化层具有相邻设置的第一栅氧层和第二栅
氧层，所述第一栅氧层靠近所述源极掺杂区设置，所述第二栅氧层靠近所述漏极掺杂区设置，所述第二栅氧层的介电常数小于所述第一栅氧层的介电常数；在所述栅氧化层上形成栅极。12.根据权利要求11所述的场效应晶体管的制备方法，其特征在于，在所述衬底上形成栅氧化层的步骤中，包括：在所述衬底上形成初始栅氧层；在所述初始栅氧层上形成掩膜图案；以所述掩膜图案为掩膜，去除所述沟道区靠近所述漏极掺杂区一端的所述初始栅氧层，暴露所述沟道区靠近所述漏极掺杂区一端的表面，保留所述沟道区靠近所述源极掺杂区一端的上方的所述初始栅氧层，保留的所述初始栅氧层形成为第一栅氧层；在暴露的所述沟道区的表面上形成第二栅氧层；其中，所述第一栅氧层和所述第二栅氧层共同形成为栅氧化层，且所述第二栅氧层的介电常数小于所述第一栅氧层的介电常数。

技术总结
本申请提供一种场效应晶体管及其制备方法，涉及半导体技术领域，用于解决热载流子效应的技术问题，该场效应晶体管包括衬底，具有源极掺杂区、漏极掺杂区和沟道区，沟道区设置在源极掺杂区和漏极掺杂区之间；栅极覆盖衬底的沟道区，栅氧化层位于栅极和衬底的沟道区之间，在沿源极掺杂区至漏极掺杂区的方向上，栅氧化层具有相邻设置的第一栅氧层和第二栅氧层，第一栅氧层靠近源极掺杂区设置，第二栅氧层靠近漏极掺杂区设置，第二栅氧层的介电常数小于第一栅氧层的介电常数。本申请能够降低场效应晶体管中漏极掺杂区周围的电场强度，从而改善热载流子效应，进而提升半导体器件的性能和工作可靠性。和工作可靠性。和工作可靠性。


技术研发人员：李雄
受保护的技术使用者：长鑫存储技术有限公司
技术研发日：2023.05.11
技术公布日：2023/7/27