[发明专利]一种基于氮化镓的CMOS场效应晶体管及制备方法

说明书

本发明提供了一种基于氮化镓的CMOS场效应晶体管及制备方法，CMOS场效应晶体管包括：衬底、绝缘导热层和金属栅极，绝缘导热层和金属栅极设置于抛光面上，且绝缘导热层位于金属栅极的两侧；在金属栅极内生长有形成第一沟道的nmos纳米片和生长有形成第二沟道的pmos纳米片，nmos纳米片和pmos纳米片均为氮化镓材料，nmos纳米片和pmos纳米片的两侧均延伸至绝缘导热层内；且在nmos纳米片与金属栅极之间，以及pmos纳米片与金属栅极之间生长有栅氧化层。本发明提供的基于氮化镓的CMOS场效应晶体管，解决沟道存在高热量的问题，增强栅极对沟道的控制能力，漏电流更小，静态功耗更低，散热性更强，使得器件能保持长时间的正常工作。

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，尤其涉及一种基于氮化镓的CMOS场效应晶体管及制备方法。

背景技术

互补金属氧化物半导体(CMOS，Complementary Metal OxideSemiconductor)器件是在将N型金属氧化物半导体晶体管(NMOS)与P型金属氧化物半导体晶体管(PMOS)集成在同一块硅片上的半导体器件。

传统三维结构的FinFET互补式金属半导体场效应晶体管具有优异的栅极可控性，在过去的十年里成了成为了半导体器件的主流结构，但到了5纳米节点之后，鳍式结构已经很难满足晶体管所需的静电控制。它的漏电现象在尺寸进一步缩小的情况下越来越明显,造成器件静态功耗较大，产热大等问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于氮化镓的CMOS场效应晶体管及制备方法，旨在解决传统互补式金属半导体场效应晶体管漏电流大、产热高的问题。

为解决上述技术问题，本发明是这样实现的，本发明第一方面提供一种基于氮化镓的CMOS场效应晶体管，包括：衬底、绝缘导热层和金属栅极，所述衬底包括抛光面，所述绝缘导热层和所述金属栅极设置于所述抛光面上，且所述绝缘导热层位于所述金属栅极的两侧；

其中，所述金属栅极内生长有形成第一沟道的nmos纳米片和形成第二沟道的pmos纳米片，所述nmos纳米片和pmos纳米片的材料均为氮化镓，所述nmos纳米片和pmos纳米片的两侧均延伸至所述绝缘导热层内；在所述nmos纳米片与所述金属栅极之间，以及所述pmos纳米片与所述金属栅极之间均生长有栅氧化层。

进一步地，所述nmos纳米片对应于所述金属栅极的区域的掺杂元素为Mg，掺杂浓度为1x10¹⁵cm^-3～8x10¹⁵cm^-3；所述nmos纳米片对应于所述绝缘导热层的区域的掺杂元素为Si，掺杂浓度为1x10¹⁸cm^-3～4x10¹⁸cm^-3。

进一步地，所述pmos纳米片对应于所述金属栅极的区域的掺杂元素为Si，掺杂浓度为1x10¹⁵cm^-3～8x10¹⁵cm^-3；所述nmos纳米片对应于所述绝缘导热层的区域的掺杂元素为Mg，掺杂浓度为1x10¹⁸cm^-3～4x10¹⁸cm^-3。

进一步地，所述衬底上还设置有绝缘层，所述绝缘层位于所述抛光面的两侧，且所述绝缘层长度方向垂直于所述金属栅极的设置方向。

进一步地，所述绝缘层包括Al₂O₃、SiO₂中的任意一种，所述绝缘层的厚度在0.2～0.5μm之间。

进一步地，所述栅氧化层包括Al₂O₃、SiO₂中的任意一种。

进一步地，所述绝缘导热层包括氮化铝、金刚石中的任意一种。