[发明专利]具有共形的金属栅极电极和栅极电介质界面的氮掺杂的非平面Ⅲ‑Ⅴ族场效应晶体管

权利要求书

1.一种非平面Ⅲ-Ⅴ场效应晶体管(FET)，包括：

源极区和漏极区，所述源极区和所述漏极区具有设置于其间的Ⅲ-Ⅴ半导体沟道区；

设置在所述Ⅲ-Ⅴ半导体沟道区下方的底部器件层；

设置在所述Ⅲ-Ⅴ半导体沟道区之上的栅极电介质层，其中，所述栅极电介质层包括金属氧化物，并且还包括包含在所述栅极电介质层中的氮掺杂剂，所述氮掺杂剂接近所述栅极电介质与所述Ⅲ-Ⅴ半导体沟道区之间的界面；以及

设置在所述栅极电介质层之上的栅极电极，

其中，所述Ⅲ-Ⅴ半导体沟道区包括穿过所述栅极电介质层的线，并且所述栅极电介质层完全包围所述Ⅲ-Ⅴ半导体沟道区，并且其中，所述栅极电介质层和所述栅极电极穿过所述底部器件层中的孔洞。

2.根据权利要求1所述的FET，其中，所述Ⅲ-Ⅴ半导体沟道区与所述栅极电介质直接接触，其中，所述栅极电介质层在接近与所述Ⅲ-Ⅴ半导体沟道区的所述界面处包括富氮区，所述富氮区相对于所述栅极电介质的远离所述界面的区具有更多的氮。

3.根据权利要求2所述的FET，其中，所述栅极电介质层的所述富氮区也完全包围所述Ⅲ-Ⅴ半导体沟道区。

4.根据权利要求1所述的FET，还包括：设置在所述栅极电极与所述栅极电介质之间的金属氮化物层，所述金属氮化物与所述栅极电介质连接。

5.根据权利要求4所述的FET，其中，所述金属氮化物包括以下物质的至少其中之一：Ti、V、Mo、Ta或W。

6.根据权利要求4所述的FET，其中，所述栅极电极包括设置在所述金属氮化物之上的功函数金属，所述功函数金属具有在存在所述金属氮化物的情况下设定所述栅极电极的功函数的成分。

7.根据权利要求6所述的FET，其中，所述功函数金属包括以下物质的至少其中之一：Ru、Co、Ir、Ni、Pd或Pt。

8.根据权利要求1所述的FET，其中，所述金属氧化物是选自由Al、Zr、Hf、Ta和La组成的组中的金属的氧化物。

9.根据权利要求8所述的FET，其中，所述金属氧化物是还包括硅的金属硅酸盐。

10.根据权利要求1所述的FET，还包括：

在所述源极区与所述漏极区之间延伸的Ⅲ-Ⅴ半导体纳米线，并且所述栅极电介质层完全包围所述源极区与所述漏极区之间的Ⅲ-Ⅴ半导体线的长度，其中，由氮掺杂剂形成的富氮区被包含在所述栅极电介质层中，所述富氮区接近所述栅极电介质层与所述半导体沟道之间的所述界面，包围所述Ⅲ-Ⅴ半导体线的至少一部分；以及

其中，所述栅极电极包括完全包围所述栅极电介质层的金属层。

11.一种采用Ⅲ-Ⅴ晶体管的移动计算平台，包括：

集成电路，所述集成电路包括根据权利要求1所述的Ⅲ-ⅤFET，

显示屏；以及

无线收发器。

12.一种形成非平面Ⅲ-Ⅴ场效应晶体管(FET)的方法，所述方法包括：

形成Ⅲ-Ⅴ半导体沟道区；

在所述Ⅲ-Ⅴ半导体沟道区之上形成包括金属氧化物的栅极电介质层；

在所述Ⅲ-Ⅴ半导体沟道区下方形成底部器件层；

利用氮对所述栅极电介质层的接近所述半导体沟道区的表面的区域进行共形掺杂；

在所述栅极电介质层之上形成栅极电极；以及

在所述栅极电极的相对侧上形成源极区和漏极区，

其中，所述Ⅲ-Ⅴ半导体沟道区包括穿过所述栅极电介质层的线，并且所述栅极电介质层完全包围所述Ⅲ-Ⅴ半导体沟道区，并且其中，所述栅极电介质层和所述栅极电极穿过所述底部器件层中的孔洞。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述Ⅲ-Ⅴ半导体沟道区包括Ⅲ-Ⅴ半导体纳米线，所述Ⅲ-Ⅴ半导体纳米线穿过所述栅极电介质层，并且所述栅极电介质完全包围所述沟道区；以及

其中，所述共形掺杂还包括：将所述栅极电介质层非定向地暴露于液相氮源、汽相氮源、气相氮源或固相氮源的至少其中之一；以及

在至少400℃的温度下对所述FET进行退火。