[发明专利]一种基于纳米线的高电子迁移率晶体管及其制作方法

说明书

本发明提供一种基于纳米线的高电子迁移率晶体管及其制作方法，所述方法包括如下步骤：S1：制作悬空的III‑V族材料纳米线作为支撑梁；S2：于所述纳米线表面形成环绕的沟道材料层；所述沟道材料层由内而外依次由GaN层及AlGaN层叠加而成；S3：于所述沟道材料层表面形成环绕的栅区结构层。所述晶体管中，沟道材料层及栅区结构层均全包围纳米线，可以获得更好的栅控制能力，并避免短沟道效应；沟道材料层采用GaN/AlGaN双层结构，GaN/AlGaN异质结界面处形成的二维电子气可以降低界面载流子散射，实现很高的电子迁移率；纳米线采用III‑V族材料，使得纳米线不仅可以作为支撑梁，还可以作为沟道材料层的缓冲层，有利于沟道材料层在纳米线上的选择性外延生长，降低工艺成本。

技术领域

本发明属于半导体制造领域，涉及一种基于纳米线的高电子迁移率晶体管及其制作方法。

背景技术

现今，大多数集成电路都是基于硅的，然而，随着集成电路特征尺寸的逐渐减小，现有的体硅材料和工艺已接近它们的物理极限，遇到了严峻的挑战。32纳米技术节点以下尤其是22纳米以下，晶体管的结构和材料将面临更多挑战。必须采取新的技术来提高性能(新材料、新结构及新工艺)。其中，引入新的沟道材料是主要革新途径。研究表明Ge具有较高的空穴迁移率、III-V族半导体材料(如GaAs、InP、InGaAs，InAs和GaSb)具有较高的电子迁移率，因此，在15纳米的节点后，新型硅基高迁移率材料将逐步由应变硅材料过渡到新型高迁移率Ge/III-V/石墨烯等半导体材料。此外，基于纳米线的器件也为下一代集成电路提供了一个新的选择。

高电子迁移率晶体管(High Electron Mobility Transistor，HEMT)是一种异质结场效应晶体管，又称为调制掺杂场效应晶体管(MODFET)、二维电子气场效应晶体管(2-DEGFET)、选择掺杂异质结晶体管(SDHT)等。这种器件及其集成电路都能够工作于超高频(毫米波)、超高速领域，原因就在于它是利用具有很高迁移率的二维电子气来工作的。

HEMT的基本结构是一个调制掺杂异质结。高迁移率的二维电子气(2-DEG)存在于调制掺杂的异质结中，这种2-DEG不仅迁移率很高，而且在极低温度下也不“冻结”，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，则可控制势阱中2-DEG的面密度，从而控制着器件的工作电流。

现有技术中纳米线的制作工艺复杂，成本较高。且由于短沟道效应(ShortChannel effects，SCE)，HEMT的栅控制能力及界面载流子散射性能仍然不够良好。

因此，如何提供一种基于纳米线的高电子迁移率晶体管及其制作方法，以提高晶体管栅控制能力、减少界面载流子散射，以避免短沟道效应，并降低生产成本，成为本领域技术人员亟待解决的一个重要技术问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于纳米线的高电子迁移率晶体管及其制作方法，用于解决现有技术中HEMT器件制作工艺复杂及性能不高的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于纳米线的高电子迁移率晶体管的制作方法，包括如下步骤：

S1：制作悬空的III-V族材料纳米线作为支撑梁；

S2：于所述纳米线表面形成环绕所述纳米线的沟道材料层；所述沟道材料层由内而外依次由GaN层及AlGaN层叠加而成；

S3：于所述沟道材料层表面形成环绕所述纳米线的栅区结构层。

可选地，所述步骤S1包括步骤：

S1-1：提供一自下而上依次包括衬底、绝缘埋层及III-V族材料层的基底；