本公开属于微电子器件领域，尤其是涉及一种铁电晶体管的栅极堆叠结构和制备方法、铁电晶体管。
背景技术：
1、人工智能和大模型ai时代的到来使数据存储的需求大幅提升，经典静态随机存取存储器（static random-access memory，sram）、动态随机存取存储器（dynamic randomaccess memory，dram）和快闪存储器（flash memory）对高频存取和巨量数据已经相形见绌。因此，铁电晶体管（fefet）成为非易失存储、存内运算和类脑计算的最有潜力的发展方案之一。
2、fefet常见的疲劳现象，一般由铁电疲劳和栅氧层损伤造成。作为辅助铁电层稳定铁电正交相（o相）的金属盖帽层，会吸取铁电层中的氧元素，产生大量氧空位，这些氧空位会在场应力的作用下聚集形成内建场，钉扎有效的铁电翻转畴。另外，内建场的存在使铁电翻转更加困难，因此矫顽场增大。对于小尺寸器件，铁电的翻转场接近于栅氧击穿电场，导致栅氧损伤和严重的沟道电荷注入，造成阈值漂移和器件疲劳。铁电相结晶需要的高温退火（500℃左右）可能会严重影响小尺寸器件的源漏杂质分布和硅化物。
3、因此，解决铁电晶体管的铁电疲劳和栅氧层损伤问题，以提升其使用寿命和工作稳定性具有深远的实用意义。
技术实现思路
1、有鉴于此，为解决相关技术中的所述以及其他方面的至少一种技术问题，本公开提出了一种铁电晶体管的栅极堆叠结构，包括栅氧层、铁电相种子层、铁电层、隔离层、盖帽层。其中，栅氧层形成绝缘结构，以减小栅极漏电，增强栅极电压对沟道载流子的控制，控制铁电晶体管开关和工作电流；铁电相种子层包括第一铁电相种子层和第二铁电相种子层，铁电相种子层为具有纳米铁电微晶的氧化锆，其中，第一铁电相种子层形成于栅氧层之上；铁电层形成于第一铁电相种子层和第二铁电相种子层之间，以依附氧化锆形成规则的铁电相结晶，以使铁电层具有自发极化状态，根据栅极电压信号对极化状态的改变，调控沟道电流的阈值电压漂移；隔离层形成于第二铁电相种子层之上，隔离层适用于抑制铁电层中的氧扩散，以缓解铁电层形成界面氧空位；盖帽层形成于隔离层之上，盖帽层适用于稳定铁电层中铁电相结晶的正交相，以增强铁电层的铁电特性。
2、根据本公开的实施例，铁电层的材料为hfxzr1-xo2，0.3≤x≤0.7。
3、根据本公开的实施例，第一铁电相种子层和第二铁电相种子层的厚度为1-3nm，第一铁电相种子层和第二铁电相种子层的厚度相同。
4、根据本公开的实施例，铁电层的厚度为5-15nm；隔离层的材料为氧化钛，隔离层的厚度为1-3nm；盖帽层的材料为氮化钛。
5、根据本公开的实施例，前述的栅极堆叠结构还包括栅极金属填充层，栅极金属填充层形成于盖帽层之上，以保护栅极堆叠结构并形成栅极金属互联。
6、在本公开的另一方面，还提出了一种前述栅极堆叠结构的制备方法，包括：
7、对铁电晶体管栅极位置进行预处理，去除伪栅非晶硅结构，以暴露栅氧层；
8、通过原子沉积工艺，在栅氧层上依次沉积氧化锆、hfxzr1-xo2、氧化锆，以依次形成第一铁电相种子层、铁电层、第二铁电相种子层，其中，0.3≤x≤0.7；
9、在隔离层上沉积氮化钛，得到盖帽层；
10、在盖帽层上沉积到导电金属，以形成栅极金属填充层，得到第一栅极堆叠结构；
11、对第一栅极堆叠结构进行光刻和刻蚀，以得到目标图案的第二栅极堆叠结构。
12、根据本公开的实施例，前述栅极堆叠结构的制备方法，还包括，在得到盖帽层后，进行退火处理。
13、根据本公开的实施例，在退火处理中，退火温度为200-400℃，退火时间为30-120s。
14、根据本公开的实施例，导电金属包括钨。
15、在本公开的另一方面，还提出了一种铁电晶体管，包括衬底、n/p阱层、源极、栅极、漏极。其中，n/p阱层，形成于衬底上，适用于实现沟道载流子与衬底的隔离，避免闩锁效应源极形成于n/p阱层的一端；栅极如前述栅极堆叠结构形成于n/p阱层的中部并用作栅极，栅极堆叠结构的栅极金属填充层在外加电压的情况下，铁电层极化，使得栅极堆叠结构输出栅极电压，以控制沟道结构的载流子状态，实现铁电晶体管的启闭；漏极形成于n/p阱层的另一端。
16、根据本公开的实施例，铁电相依附于铁电相种子层生长，具有自发极性的特性，铁电相形成于第一铁电相种子层和第二铁电相种子层之间，第一铁电相种子层和第二铁电相种子层保证了铁电层上下界面层的热膨胀系数一致，稳定了铁电正交相（o相），同时保证了器件的对称性。隔离层在第二铁电相种子层之上，抑制了铁电层中的氧向盖帽层中扩散导致的界面氧空位浓度增加，有效地降低了铁电翻转场，缓解了栅氧损伤，减轻了电荷注入，改善了器件疲劳。
1.一种铁电晶体管的栅极堆叠结构，包括：
2.根据权利要求1所述的栅极堆叠结构，其中，所述铁电层的材料为hfxzr1-xo2，0.3≤x≤0.7。
3.根据权利要求1所述的栅极堆叠结构，其中，所述第一铁电相种子层和所述第二铁电相种子层的厚度为1-3nm，所述第一铁电相种子层和所述第二铁电相种子层的厚度相同。
4.根据权利要求1所述的栅极堆叠结构，其中，
5.根据权利要求1所述的栅极堆叠结构，还包括：栅极金属填充层，形成于所述盖帽层之上，以保护所述栅极堆叠结构并形成栅极金属互联。
6.一种如权利要求1-5中任一项所述的栅极堆叠结构的制备方法，包括：
7.根据权利要求6所述的制备方法，还包括，在得到所述盖帽层后，进行退火处理。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其中，在所述退火处理中，退火温度为200-400℃，退火时间为30-120s。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其中，所述导电金属包括钨。
10.一种铁电晶体管，包括：
