[发明专利]一种宽禁带III-V CMOS应变场效应晶体管

说明书

本发明涉及半导体器件制造技术领域，具体涉及一种基于硅衬底的、结合了n沟道晶体管和p沟道晶体管的宽禁带III‑V CMOS应变场效应晶体管，采用MOCVD或MBE设备外延生长，由在硅衬底上依次外延生长的第一多层晶格应变缓冲层、GaSb沟道层、AlGaSb势垒层、GaSb帽层、第二多层晶格应变缓冲层、In_0.53Ga_0.47As沟道层、In_0.52Al_0.48As势垒层及In_0.53Ga_0.47As帽层构成。本发明可有效地提升p沟道晶体管迁移率，以改进III‑V中n沟道晶体管和p沟道晶体管迁移率巨大差别的问题，并提供高载流子速度与高驱动电流的宽禁带III‑V族晶体管通道，有效的改善晶体管等比例缩小过程中带来短沟道效应，降低功耗，克服摩尔定律，打破极限，维持半导体产业等比例缩小进程。

技术领域

本发明属于半导体器件制造技术领域，具体涉及一种宽禁带III-V CMOS应变场效应晶体管。

背景技术

根据摩尔定律，“集成电路上可容纳的元器件的数目，约每隔18-24个月便会增加一倍，性能也将提升一倍”。大抵而言，若在相同面积的晶圆下生产同样规格的IC，随着制程技术的进步，每隔一年半，IC产出量就可增加一倍，换算为成本，即每隔一年半成本可降低五成，平均每年成本可降低三成多。就摩尔定律延伸，IC技术每隔一年半推进一个世代。国际上半导体厂商基本都遵循着该项定律。

但是，国际上最大的芯片制造厂商英特尔日前宣布将推迟旗下基于10纳米制造技术的Cannonlake芯片的发布时间，推迟至2017年下半年，而Cannonlake芯片原定的发布日期是2016年。英特尔公司首席执行官Brian Krzanich在电话会议上表示，“由于要用各类相关技术，而每一种技术都有其自身一系列的复杂性和难度，从14纳米到10纳米和从22纳米到14纳米不是一回事。如果想大规模生产，光刻技术会更加困难，而且，完成多样式步骤的数目会不断增加”。英特尔一直以来遵循每两年缩小晶体管体积的时间表，也就是俗称的“摩尔定律”，上述消息令时间表出现裂痕，究其原因是构造芯片变得越来越复杂，功耗越来越难以降低，而且各种短沟道效应难以克服。

因此，半导体技术虽然日益进步，但受制于物理定律，最小尺寸不可能过小，为延续半导体摩尔定律的有效性，采用新的物料来制作处理器晶体管已经刻不容缓。目前已经已有不少研究机构，透过为硅材料整合更高性能的材料，例如采用化合物半导体材料如InGaAs/InP(如砷化铟镓与磷化铟)等，形成所谓的宽禁带III-V沟道的晶体管，可增进p-type迁移率和提供高载流子速度与高驱动电流，这种新的化合物半导体可望超越硅材料本身性能，维持摩尔定律，实现持续等比例缩小。

但该项方案目前也遇到了不少问题，主要存在两方面的挑战，一方面，硅基材料和化合物半导体材料如GaAs/InP等之间存在大的晶格常数差，一直无法克服材料之间原子晶格难以匹配的难题；另一方面，通常Si基晶体管由P沟道晶体管和n沟道晶体管结合构成CMOS结构运用于大规模数字领域，而通常III-V如GaAs器件方面n沟道器件容易实现，而p沟道器件受限于掺杂工程和外延制程，同时p沟道的迁移率远低于n沟道，目前结合n-沟道和p-沟道的GaAs/InP晶体管由于两者迁移率相差太大，无法实现CMOS同样电路结构，极大的阻碍了GaAs/InP器件在数字电路领域的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种宽禁带III-V CMOS应变场效应晶体管，该场效应晶体管可以很好地解决现有晶体管在等比例缩小过程中功耗难以降低、短沟道效应难以克服的问题。