、107C)连接的绝缘护套。栅极电极120相似地共形包围栅极电介质130。
[0025]在示例性实施例中，栅极电极120是金属。金属栅极电极实施例包括同质成分的电极，或如图1B中进一步示出的，采用包括功函数金属层120A和设置在功函数金属层之上或直接位于功函数金属层上的体填充金属层120B的栅极电极堆叠体的形式。对于体金属120B，可以利用本领域中公知的用于这种目的的任何高导电性金属，例如但不限于:钨(W)、Al、金(Au)或铜(Cu)。通常，功函数金属可以是具有用于实现FET的预定电压阈值(Vt)的适合功函数的任何金属。在实施例中，功函数金属120A不同于氮的化合物(即，非金属氮化物(M-N))。在某些这种实施例中，存在的任何氮远远低于化学计量量级，并且出于本文中另外描述的其它原因，在功函数金属120A中存在可检测量级的氮的实施例中，氮的量在栅极电极金属与栅极电介质层130的界面处最高，在远离栅极电介质界面的点处的功函数金属120A和/或体金属120B内减少到痕迹量级。例如，栅极金属内的氮浓度梯度可以与由氮从金属与栅极电介质的界面向上扩散所预期的梯度一致。在示例性η型增强模式FET实施例中，功函数金属120Α包括钌(Ru)、钴(Co)、铱(Ir)、镍(Ni)、钯(Pd)或铂(Pt)的至少其中之一。也可以采用显示出相似的高功函数的其它金属及其合金。对于P型增强模式FET实施例，功函数金属120Α可以是Al、Ti或Ta中的一个或多个、以及显示出相似的低功函数的其它金属及其合金。
[0026]对于图1B中所描绘的沟道层107最好近似于椭圆形横截面(尽管这种拐角圆化可能不会发生到作为沟道层的I和z尺寸标注和处理的函数的程度)的特定实施例中，栅极电介质130具有环形截面。由于沟道层107的栅极控制是电介质的函数，所以在实施例中，在顶部沟道半导体表面107A上方和底部沟道半导体表面107B下方的电介质厚度均为Tdo尽管电介质厚度!^可以变化，但是示例性范围为Inm到10nm。为了在所有沟道层表面处实现均匀的电介质厚度Td，高度共形的电介质沉积工艺是有利的，并且对于示例性实施例，由原子层沉积(ALD)来形成栅极电介质层130。
[0027]在实施例中，栅极电介质层130是包括例如但不限于以下金属中的一个或多个的金属氧化物的高k材料:铝(Al)、钽(Ta)、铪(Hf)、锆(Zr)、镧(La)或钛(Ti)。在一个金属氧化物实施例中，采用II1-1V金属氧化物。III族金属包括铝(例如，Al2O3)、镓或铟中的任何一种。IV族元素是硅以形成III族硅酸盐(例如，AlS1x)，或是锗以形成III族锗酸盐。在另一个金属硅酸盐实施例中，例如，栅极电介质130是硅以及具有金属Ta、Hf、Zr、La 或 Ti 中的一个或多个的氧配体(即，TaS1x' HfS1x, ZrS1x, TiS1x' LaS1x)。
[0028]对于金属硅酸盐实施例，可以改变硅含量以实现与下层II1- V半导体的高质量界面并且达到栅极电介质130所需的有效介电常数。像这样，金属硅酸盐可以是相对于硅或氧的化学计量薄膜或亚化学计量薄膜。例如，在一个硅酸铝实施例中，可以添加硅的量，以实现化学计量的正硅酸铝(Al4(S14)3)薄膜。在采用具有亚化学计量量的硅的硅酸铝的替代的实施例中，硅与铝之比小于化学计量薄膜的硅铝比。相似地，可以采用具有比化学计量薄膜小的娃钽比的化学计量娃酸钽(Ta4(S14)5)或亚化学计量娃酸钽。像这样，通过改变包含本文中所描述的金属组分中的一种或多种的薄膜的硅含量，可以实现宽范围的介电常数。
[0029]在实施例中，栅极电介质层130掺杂有氮150，或被“氮化”。已经发现，将氮混合到栅极电介质中的接近栅控半导体表面的区中减少了在栅极电介质130与II1-V半导体沟道层107的界面处存在的陷阱电荷的量，从而改善了 FET 101的沟道的栅极控制。通常，对于金属氧化物栅极电介质实施例，目前认为用氮替换氧。如图1B中所示，氮掺杂是非定向的，以使纳米线实施例包括氮掺杂的栅极电介质区，其也包围沟道层107的至少一部分，并且有利地完全包围沟道层107。尽管在一些实施例中，氮可能均匀地存在于整个电介质厚度TdI，但是在示例性实施例中，栅极电介质层130内的氮含量在整个电介质厚度Td上非同质，而相反，其累积到II1- V半导体表面的接近沟道层107的界面。图1C是定性地示出高k栅极电介质的II1- V半导体界面处的氮累积的图表。如图所示，栅极电介质层130内的氮在接近沟道半导体界面的界面处存在最大数量。注意，本文中的实施例确实具有极小的栅极电介质厚度Td，电子能量损失谱(EELS)是一种分析技术，其可以用于区别接近沟道层107的界面处的栅极电介质层130的氮量级与栅极电介质层130在较远离沟道层107的点处(例如，在栅极电极120的界面处)的氮量级。
[0030]尽管不受理论的限制，但是目前认为在半导体沟道层107与栅极电介质103之间的界面处存在的与能量状态的陷阱密度相关联的悬空键被氮掺杂剂钝化，导致栅极电介质层130内的界面氮的该累积。即使对于具有这种沟道界面累积的实施例，可以在整个栅极电介质厚度Td± (尤其是在厚度减少到Inm时)预期一定量的氮。因此，在金属硅酸盐栅极电介质实施例(例如，HfS1x)中，氮掺杂产生栅极电介质材料HfS1xNy，并且在y于接近沟道层107处最大(即，相对富氮)的其它实施例中，y是电介质厚度的函数。相似地，对于非硅酸盐金属氧化物实施例(例如，11?)2等)中，氮掺杂产生栅极电介质材料HfOxNy，并且在y于接近沟道表面(例如，107A、107B、107C)处最大(即，相对富氮)的其它实施例中，y是电介质厚度的函数。
[0031]取决于所采用的将氮混合到栅极电介质中的技术，氮源材料还可以存在于II1-V FET的实施例中。例如，在采用固态扩散进行栅极电介质层的氮掺杂的一个实施例中，在栅极电极与栅极电介质之间设置共形的金属氮化物层，以用作用于对栅极电介质进行掺杂的氮的非定向、等距固态源。图1D示出了用于这种实施例的II1-V族FET 101的第二截面视图。如图所示，金属氮化物层125是完全包围栅极电介质的共形层，并且在FET101的沟道区内与栅极电介质形成界面。
[0032]通常，金属氮化物要具有不妨碍功函数金属120A为栅极电极设置功函数的厚度。可以选择功函数金属120A的成分，以使得在存在金属氮化物层125的情况下实现所需的功函数。对于包括金属氮化物层125的实施例，可以利用非氮化的金属来设置所需的栅极电极功函数。同样，由于金属氮化物层125可能不具有高导电性，所以在本文中未将其描述为金属栅极电极的一部分，反而是将其描述为栅极电极与栅极电介质之间的界面层。在金属氮化物层125确实具有良好导电性的实施例中，可以将其视为栅极电极堆叠体的底层或第一层。
[0033]尽管金属氮化物层125允许功函数金属被优化而不受到还必须用作氮源的进一步限制，但是如果将金属氮化物用作功函数金属，则金属氮化物层125和功函数金属120A然后可以是单个材料层。金属氮化物层125可以包括非定向沉积技术(例如，ALD、等离子体增强型ALD)适用的任何金属。在示例性实施例中，金属氮化物层125包括T1、Va、Mo、Ta或W的至少其中之一。对于采用金属氮化物层125的实施例，图1D中所描绘的栅极金属/栅极电介质界面180被金属氮化物层125占用。
[0034]在介绍了示例性II1- V FET实施例的结构特征之后，现在提供对制造技术的进一步描述，尤其是关于对栅极电介质/ In - V半导体沟道界面进行氮掺杂。图2是示出根据本发明的实施例的用于形成II1- V FET的方法201中的操作的一般流程图。方法201以如下步骤开始:沉积与暴露的II1- V半导体沟道表面直接接触的非原生高k电介质，以形成栅极电介质层。通常，取决于电介质材料成分，可以使用本领域中公知的任何技术来沉积栅极电介质。在示例性纳米线沟道实施例中，在FET 101的上下文中的其它地方所描述的任何栅极电介质材料通过ALD来沉积，以在栅极电介质与所有暴露的II1- V半导体表面之间形成共形界面。
[0035]在操作225处，通过将沉积的栅极电介质层暴露于氮的液态源、汽态源、气态源或固态源来对栅极电介质进行氮掺杂。已经发现，相较于在电介质沉积的同时将氮混合到栅极电介质中，在沉积栅极电介质之后对栅极电介质进行氮掺杂提供了更低的界面陷阱密度(Dit)。例如，针对在将栅极电介质层(例如，金属氧化物)沉积在半导体表面上之前或者在栅极电介质沉积的同时对II1- V半导体表面进行直接氮暴露，仅提供II1- V半导体表面的间接暴露的栅极电介质表面的氮暴露是优选的。氮暴露之后，方法201继续在操作285处形成栅极电极。例如，利用功函数金属(例如，本文中的其它地方所描述的那些功函数金属中的任何功函数金属)和/或体金属封盖的沉积。在某些实施例中，如本文中的其它地方所进一步描述的，在操作285处，可以在栅极电极形成的同时执行氮暴露，以使得不需要以顺序方式执行方法201中的操作。
[0036]然后方法201完成使用本领域中的任何常规技术来完成的FET的其它元件，例如:如图1A中所示，在栅极电极的相对侧上形成源极区和漏极区。注意，在操作299处，在完成FET期间的一些点处，执行热退火，其间，使氮掺杂剂在栅极电介质内朝着II1- V半导体界面扩散，在该II1- V半导体界面处，氮可以被累积并且进一步钝化半导体-绝缘体界面。通常，在操作285处，在沉积栅极电极的至少一层之后，可以在制造流程中的任何位置处执行该热退火。通过将栅极电极材料用作封盖，可以利用氮的最小向外扩散来继续对接近II1-V半导体界面的栅极电介质进行氮掺杂。像这样，一种或多种后续热处理(例如，前栅极工艺中的源极/漏极重新生长或后栅极工艺中的线N2最终退火的常规结束)可以另外用作热退火操作490。
[0037]图3是具体示出根据本发明的实施例的用