[發明專利]一種III-V族半導體納米線陣列場效應晶體管

無效

• 申請號: 201210545473.0
• 申請日: 2012-12-14
• 公開（公告）號: CN102969360A
• 公開（公告）日: 2013-03-13
• 發明（設計）人: 劉洪剛;常虎東;薛百清;王虹
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L29/43
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 任巖

1.一種III-V族半導體納米線陣列場效應晶體管，其特征在于，包括：

單晶襯底層(101)；

在該單晶襯底層(101)上形成的III-V半導體緩沖層(102)；

在該III-V半導體緩沖層(102)上形成的第一歐姆接觸層(103)；

在該第一歐姆接觸層(103)上形成的第一高遷移率半導體溝道層(104)；

在該第一高遷移率半導體溝道層(104)上形成的第二歐姆接觸層(105)；

在該第二歐姆接觸層(105)上形成的第二高遷移率半導體溝道層(106)；

在該第二高遷移率半導體溝道層(106)上形成的第三歐姆接觸層(107)；

利用干法或濕法腐蝕刻蝕出納米尺度有源區，利用選擇性腐蝕和干法刻蝕在該納米尺度有源區選擇性腐蝕掉第一歐姆接觸層、第二歐姆接觸層和第三歐姆接觸層形成的III-V族半導體納米線陣列；

在該III-V半導體納米線陣列上形成的環形高K介質和功函數金屬層(108)；以及

在該高K介質和功函數金屬層(108)上形成的柵金屬電極(109)。

2.根據權利要求1所述的III-V族半導體納米線陣列場效應晶體管，其特征在于，所述單晶襯底層(101)為采用硅Si、鍺Ge、砷化鎵GaAs、磷化銦InP、氮化鎵GaN、氮化鋁AlN、碳化硅SiC或氧化鋁Al₂O₃材料的襯底。

3.根據權利要求1所述的III-V族半導體納米線陣列場效應晶體管，其特征在于，所述III-V族半導體緩沖層(102)采用III-V族半導體薄層材料，該III-V族半導體薄層材料包括由砷化鎵GaAs、磷化銦InP、銻化銦InSb、砷化銦InAs、銻化鎵GaSb、氮化鎵GaN和砷化鋁AlAs構成的群組中的任一種化合物，以及該群組中多個化合物形成的多元合金。

4.根據權利要求1所述的III-V族半導體納米線陣列場效應晶體管，其特征在于，所述第一歐姆接觸層(103)和第二歐姆接觸層(105)采用III-V族半導體薄層材料，該III-V族半導體薄層材料包含一種III-V族半導體或者多種III-V族半導體的多元合金，或者包含由多種III-V族半導體以及合金薄層組合而成的高摻雜半導體薄層。

5.根據權利要求1所述的III-V族半導體納米線陣列場效應晶體管，其特征在于，所述第一高遷移率半導體溝道層(104)和第二高遷移率半導體溝道層(106)采用III-V族薄層材料，該III-V族薄層材料包含一種III-V族半導體或者多種III-V族半導體的多元合金，或者包含由多種III-V族半導體以及合金薄層組合而成的復合溝道層。

6.根據權利要求1所述的III-V族半導體納米線陣列場效應晶體管，其特征在于，所述第三歐姆接觸層(107)采用II-V族薄層材料或者半金屬材料，該III-V族薄層材料包含一種III-V族半導體或者多種III-V族半導體的多元合金，或者包含由多種III-V族半導體以及合金薄層組合而成的高摻雜半導體薄層；該半金屬材料包含III-V族半導體材料與金屬的合金，或者II-VI族半導體、IV族半導體與金屬的合金層。

7.根據權利要求1所述的III-V族半導體納米線陣列場效應晶體管，其特征在于，所述環形高K介質和功函數金屬層(108)中的高K介質的介電常數k大于20，高于SiO₂的介電常數k＝3.9，以保證該環形高K介質和功函數金屬層(108)的等效氧化層厚度具有等比例縮小的能力，該環形高K介質和功函數金屬層(108)采用的材料包括氧化物、氮化物或氮氧化物，以及氧化物、氮化物或氮氧化物的任意混合，或者氧化物、氮化物或氮氧化物的多層任意組合。

8.根據權利要求1所述的III-V族半導體納米線陣列場效應晶體管，其特征在于，所述柵金屬電極(109)包含黏附金屬層和接觸金屬層，其中黏附金屬層用于調節器件閾值和在功函數金屬層上有良好的黏附性，接觸金屬層為低阻金屬。