互补场效应晶体管及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种互补场效应晶体管及其制备方法，包括：半导体衬底，位于半导体衬底中的相互隔离的N型场效应晶体管和P型场效应晶体管；N型场效应晶体管包括第一锗纳米线、包围在第一锗纳米线四周的第一III-V化合物层、位于第一III-V化合物层上的第一势垒层、第一栅介质层和第一栅电极，以及分别位于第一栅电极两侧的第一源区和第一漏区；P型场效应晶体管包括第二锗纳米线、包围在第二锗纳米线四周的第二III-V化合物层、位于第二III-V化合物层上的第二势垒层、第二栅介质层和第二栅电极，以及分别位于第二栅电极两侧第二源区和第二漏区。本发明专利技术互补场效应晶体管形成二维电子气和二维空穴气，且为栅极全包围的器件，载流子迁移率高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体制造
，尤其涉及一种互补场效应晶体管及其制备方法。
技术介绍
高电子迁移率晶体管(HEMT)的基本结构中包括一个调制掺杂异质结，由于组成异质结的两种材料的禁带宽度不同，HEMT的栅极上加上偏压后，在异质结界面处分别形成势阱和势垒，由于极化效应或调制掺杂产生的自由电子积累在异质结靠近界面处的势阱中，形成二维电子气(2-DEG)，二维电子气由于不受电离杂质离子散射的影响，迁移率非常高。并且，因为电子与杂质中心在空间上是分隔开的，在极低温度下也不“冻结”(即不复合)，因此，HEMT有很好的低温性能，可用于低温研究工作(如分数量子Hall效应)中。HEMT是电压控制器件，栅极电压Vg可控制异质结势阱的深度，从而控制势阱中2-DEG的面密度，进而控制器件的工作电流。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种互补场效应晶体管及其制作方法，互补场效应晶体管为高电子迁移率晶体管，进一步提高器件的性能。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种互补场效应晶体管，包括：半导体衬底；位于所述半导体衬底中的N型场效应晶体管，所述N型场效应晶体管包括第一锗纳米线、包围在第一锗纳米线四周的第一III-V化合物层、位于所述第一III-V化合物层上的第一势垒层、第一栅介质层和第一栅电极，以及分别位于所述第一栅电极两侧的第一源区和第一漏区；位于所述半导体衬底中的P型场效应晶体管，所述P型场效应晶体管与所述N型场效应晶体管之间通过介质层隔离，所述P型场效应晶体管包括第二锗纳米线、包围在第二锗纳米线四周的第二III-V化合物层、位于所述第二III-V化合物层上的第二势垒层、第二栅介质层和第二栅电极，以及分别位于所述第二栅电极两侧第二源区和第二漏区。可选的，所述第一III-V化合物层和所述第二III-V化合物层为N型InGaAs。可选的，所述第一势垒层和所述第二势垒层为Si掺杂的InP，Si的掺杂浓度为1.0×1018cm-3～1.5×1018cm-3，所述第一势垒层和所述第二势垒层的厚度为50nm～100nm。可选的，所述第一栅介质层和所述第二栅介质层为高k介质层，厚度为1nm～5nm。可选的，所述第一栅电极和所述第二栅电极为TiN、NiAu或CrAu中的一种。可选的，所述第一源区和第一漏区为N型离子掺杂的In0.25Ga0.75As，所述第二源区和第二漏区为P型离子掺杂的In0.25Ga0.75As。可选的，所述N型场效应晶体管还包括位于所述第一栅电极两侧的第一侧墙、位于第一源区上的第一源电极和位于第一漏区上的第一漏电极，所述P型场效应晶体管还包括位于所述第二栅电极两侧的第二侧墙、位于第二源区上的第二源电极和位于第二漏区上的第二漏电极。可选的，所述第一栅电极与所述第二栅电极连接，所述第一漏电极与所述第二漏电极连接，所述第一源电极连接地端，所述第二源电极连接工作电压。相应的，本专利技术还提供一种互补场效应晶体管的制备方法，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底表面具有沟槽以及悬空于所述沟槽上方的第一锗纳米线和第二锗纳米线；形成依次包围在所述第一锗纳米线四周的第一III-V化合物层和第三III-V化合物层，形成依次包围在所述第二锗纳米线四周的第二III-V化合物层和第四III-V化合物层；在所述第三III-V化合物层中形成第一凹槽，所述第一凹槽暴露所述第一III-V化合物层，在所述第四III-V化合物层中形成第二凹槽，所述第二凹槽暴露所述第二III-V化合物层；在所述第一凹槽中依次形成第一势垒层、第一栅介质层以及第一栅电极，在所述第二凹槽中依次形成第二势垒层、第二栅介质层以及第二栅电极；在所述第一栅电极两侧形成第一侧墙，在所述第二栅电极两侧形成第二侧墙；对所述第三III-V化合物层进行N型离子注入，形成第一源区和第一漏区，对所述第四III-V化合物层进行P型离子注入，形成第二源区和第二漏区。可选的，在所述半导体衬底表面形成所述沟槽以及悬空于所述沟槽上的所述第一锗纳米线和第二锗纳米线的步骤包括：形成一锗硅合金层，所述锗硅合金层覆盖所述半导体衬底；形成浅沟槽隔离结构，所述浅沟槽隔离结构将所述锗硅合金层分割开；去除部分所述浅沟槽隔离结构，暴露部分所述锗硅合金层的侧壁；进行选择性外延，形成多边形结构的锗硅合金层；进行热氧化，形成氧化硅层以及包裹在所述氧化硅层中的第一锗纳米线和第二锗纳米线；去除所述氧化硅层，形成所述沟槽以及悬空在所述沟槽中的所述第一锗纳米线和所述第二锗纳米线；在氢气中对所述第一锗纳米线和所述第二锗纳米线进行热退火；在所述沟槽中形成一氧化硅层。可选的，所述第一锗纳米线和所述第二锗纳米线的截面为圆形，直径为10nm～100nm。可选的，采用金属有机化合物化学气相沉积、原子层沉积或分子束外延形成所述第一III-V化合物层和所述第二III-V化合物层，所述第一III-V化合物层和所述第二III-V化合物层的材料为N型InGaAs。可选的，采用金属有机化合物化学气相沉积、原子层沉积或分子束外延形成所述第三III-V化合物层和所述第四III-V化合物层，所述第三III-V化合物层和所述第四III-V化合物层为In0.25Ga0.75As。可选的，采用电感耦合等离子体刻蚀所述第三III-V化合物层和所述第四III-V化合物层，形成所述第一凹槽和所述第二凹槽。可选的，采用金属有机化合物化学气相沉积、原子层沉积或分子束外延形成所述第一势垒层和所述第二势垒层，所述一势垒层和所述第二势垒层为Si掺杂的InP，Si的掺杂浓度为1.0×1018cm-3～1.5×1018cm-3，所述一势垒层和所述第二势垒层的厚度为50nm～100nm。可选的，采用金属有机化合物化学气相沉积、原子层沉积或等离子体增强化学气相沉积形成所述第一栅介电层和所述第二栅介质层，所述第一栅介电层和所述第二栅介质层为高k介质层，厚度为1nm～5nm。可选的，所述第一栅介电层和所述第二栅介质层的材料为Al2O3或TiSiOx。可选的，采用物理气相沉积、金属有机化合物化学气相沉积、原子层沉积或分子束外延形成所述第一栅电极和所述第二栅电极，所述第一栅电极和所述第二栅电极为TiN、NiAu或CrAu中的一种。可选的，所述互补场效应晶体管的制备方法还包括：在所述第一源区上形成第一源电极，在所述第一漏区上形成第一漏电极，在所述第二源区上形成第二源电极，在所述第二漏区上形成第二漏电极。可选的，所述第一源电极、所述第一漏电极、所述第二源电极以及所述第二漏电极均为TiN、NiAu或CrAu中的一种。本专利技术提供的互补场效应晶体管及其制备方法中，N型场效应晶体管的第一III-V化合物层形成二维电子气，P型场效应晶体管的第二锗纳米线中形成二维空穴气，二维电子气和二维空穴气的迁移率较高，从而互补场效应晶体管具有更好的电学性能。此外，N型场效应晶体管和P型场效应晶体管均形成栅极全包围的器件，提高互补场效应晶体管的电学性能。附图说明图1为本专利技术一实施例中的互补场效应晶体管的剖面结构示意图；图2为本专利技术一实施例中制备互补场效应晶体管的制备方法的流程图；图3a～图3m为本专利技术一实施例中制备互补场效应晶体管各步骤中的剖面结构示意图；图4为本专利技术一实施例中的N型场效应晶体管的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种互补场效应晶体管，其特征在于，包括：半导体衬底；位于所述半导体衬底中的N型场效应晶体管，所述N型场效应晶体管包括第一锗纳米线、包围在第一锗纳米线四周的第一III‑V化合物层、位于所述第一III‑V化合物层上的第一势垒层、第一栅介质层和第一栅电极，以及分别位于所述第一栅电极两侧的第一源区和第一漏区；位于所述半导体衬底中的P型场效应晶体管，所述P型场效应晶体管与所述N型场效应晶体管之间通过介质层隔离，所述P型场效应晶体管包括第二锗纳米线、包围在第二锗纳米线四周的第二III‑V化合物层、位于所述第二III‑V化合物层上的第二势垒层、第二栅介质层和第二栅电极，以及分别位于所述第二栅电极两侧第二源区和第二漏区。

【技术特征摘要】
1.一种互补场效应晶体管，其特征在于，包括：半导体衬底；位于所述半导体衬底中的N型场效应晶体管，所述N型场效应晶体管包括第一锗纳米线、包围在第一锗纳米线四周的第一III-V化合物层、位于所述第一III-V化合物层上的第一势垒层、第一栅介质层和第一栅电极，以及分别位于所述第一栅电极两侧的第一源区和第一漏区；位于所述半导体衬底中的P型场效应晶体管，所述P型场效应晶体管与所述N型场效应晶体管之间通过介质层隔离，所述P型场效应晶体管包括第二锗纳米线、包围在第二锗纳米线四周的第二III-V化合物层、位于所述第二III-V化合物层上的第二势垒层、第二栅介质层和第二栅电极，以及分别位于所述第二栅电极两侧第二源区和第二漏区。2.如权利要求1所述的互补场效应晶体管，其特征在于，所述第一III-V化合物层和所述第二III-V化合物层为N型InGaAs。3.如权利要求1所述的互补场效应晶体管，其特征在于，所述第一势垒层和所述第二势垒层为Si掺杂的InP，Si的掺杂浓度为1.0×1018cm-3～1.5×1018cm-3，所述第一势垒层和所述第二势垒层的厚度为50nm～100nm。4.如权利要求1所述的互补场效应晶体管，其特征在于，所述第一栅介质层和所述第二栅介质层为高k介质层，厚度为1nm～5nm。5.如权利要求1所述的互补场效应晶体管，其特征在于，所述第一栅电极和所述第二栅电极为TiN、NiAu或CrAu中的一种。6.如权利要求1所述的互补场效应晶体管，其特征在于，所述第一源区和第一漏区为N型离子掺杂的In0.25Ga0.75As，所述第二源区和第二漏区为P型离子掺杂的In0.25Ga0.75As。7.如权利要求1所述的互补场效应晶体管，其特征在于，所述N型场效应晶体管还包括位于所述第一栅电极两侧的第一侧墙、位于第一源区上的第一源电极和位于第一漏区上的第一漏电极，所述P型场效应晶体管还包括位于所述第二栅电极两侧的第二侧墙、位于第二源区上的第二源电极和位于第二漏区上的第二漏电极。8.如权利要求7所述的互补场效应晶体管，其特征在于，所述第一栅电极与所述第二栅电极连接，所述第一漏电极与所述第二漏电极连接，所述第一源电极连接地端，所述第二源电极连接工作电压。9.一种互补场效应晶体管的制备方法，其特征在于，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底表面具有沟槽以及悬空于所述沟槽上方的第一锗纳米线和第二锗纳米线；形成依次包围在所述第一锗纳米线四周的第一III-V化合物层和第三III-V化合物层，形成依次包围在所述第二锗纳米线四周的第二III-V化合物层和第四III-V化合物层；在所述第三III-V化合物层中形成第一凹槽，所述第一凹槽暴露所述第一III-V化合物层，在所述第四III-V化合物层中形成第二凹槽，所述第二凹槽暴露所述第二III-V化合物层；在所述第一凹槽中依次形成第一势垒层、第一栅介质层以及第一栅电极，在所述第二凹槽中依次形成第二势垒层、第二栅介质层以及第二栅电极；在所述第一栅电极两侧形成第一侧墙，在所述第二栅电极两侧形成第二侧墙；对所述第三III-V化合物层进行N型离子注入，形成第一源区和第一漏区，对所述第四III-V化合物层进行P型离子注入，形成第二源区和第二漏区。10.如权利要求9所述的互补场效应晶体管的制备方法，其特征在于，在...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖德元，
申请(专利权)人：上海新昇半导体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31