[发明专利]金属半导体场效应晶体管的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件的制造领域，尤其涉及金属半导体场效应晶体管的制造方法。

背景技术

金属半导体场效应晶体管(Metal-Semiconductor-Field-Effect-Transistor，MESFET)是一种常见的晶体管，在现代半导体装置中大量使用。MESFET具有与金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor-Field-Effect-Transistor，MOSFE)相似的电流-电压特性。然而在器件的栅极部分，MESFET利用金属-半导体的肖特基接触取代了MOSFET的MOS结构；而在源极与漏极部分，MESFET以欧姆接触取代MOSFET中的p-n结。MESFET与其他的场效应器件一样，在高电流时具有负的温度系数，即随着温度的升高电流反而下降。因此即使是使用大尺寸的有源器件或将许多器件并接使用时，仍可维持热稳定。此外，由于MESFET可用GaAs、InP等具有高电子迁移率的化合物半导体制造，因此具有比硅基MOSFET高的开关速度与截止频率。MESFET结构的基础在于金半接触，在电特性上它相当于单边突变的p-n结，然而在工作时，它具有多数载流子器件所享有的快速响应。

公开号为JP10070139的日本专利公开了一种以绝缘体上硅(Silicon-On-Insulator，SOI)为衬底的MESFET结构。该MESFET的简化结构如图1所示，包括绝缘体101，在绝缘体101上的轻掺杂硅沟道102，沟道102两侧的重掺杂硅源区106和漏区104，与源区106连接的金属源极107，与漏区105连接的金属漏极105，以及位于沟道102上方并与之连接的金属栅极103。其中金属源极107与重掺杂硅源区106为欧姆接触，金属漏极105与重掺杂硅漏区105也为欧姆接触，但金属栅极103与轻掺杂硅沟道102为肖特基接触。所谓欧姆接触是指相互接触的金属和半导体之间具有线性并且对称的电流-电压特性曲线。而肖特基接触是指相互接触的金属和半导体之间电流-电压特性曲线为非线性曲线。

采用上述结构的MESFET会产生漏电流，特别是当半导体器件的尺寸越来越小的时候，这种漏电流就变得越来越明显。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种无漏电流的金属半导体场效应晶体管的制造方法。

为解决上述技术问题，本发明提供一种金属半导体场效应晶体管的制造方法，包括步骤：提供衬底，所述衬底设有埋入电介质层和所述埋入电介质层上的半导体材料层；对所述的半导体材料层进行轻掺杂；刻蚀所述半导体材料层和埋入电介质层，形成半导体材料柱和电介质支撑柱，所述半导体材料柱由所述电介质支撑柱所支撑；去除所述电介质支撑柱的中段，使得电介质支撑柱的中段形成镂空；在所述衬底上沉积金属层至至少掩埋所述半导体材料柱，并填充所述电介质支撑柱的镂空处；刻蚀所述金属层，形成金属栅极，所述金属栅极的长度小于等于所述电介质支撑柱被去除的长度，所述金属栅极在所述电介质支撑柱的镂空处形成对所述半导体材料柱的包裹，且金属栅极与半导体材料柱的接触为肖特基接触，所述半导体材料柱被所述金属栅极包裹的一段形成沟道区；对所述半导体材料柱两端的暴露部分进行重掺杂，形成源区和漏区。

可选地，在对所述半导体材料柱两端的暴露部分进行重掺杂之前还包括步骤：在所述金属栅极的侧壁上形成隔离层。

可选地，所述隔离层为氧化物-氮化物-氧化物隔离层。

可选地，在所述去除所述电介质支撑柱的中段之后还包括步骤：对所述半导体材料柱进行热退火处理，所述热退火的温度为1000至1200℃。

可选地，对所述的半导体材料层进行轻掺杂的杂质与对所述半导体材料柱两端的暴露部分进行重掺杂的杂质的导电类型相同。

可选地，所述电介质支撑柱的中段被去除的长度为5nm至50nm。

可选地，所述半导体材料柱为圆柱形。

可选地，所述半导体材料柱的径向界面的外接圆的直径为2nm至25nm。

可选地，所述金属栅极由W、Al、Ag、Au、Cr、Mo、Ni、Pd、Ti或Pt的金属单质或氮化物，或者任意两种以上所述金属单质和/或氮化物的叠层或合金所形成。

可选地，所述的半导体材料包括Si、Ge、SiGe、GaAs、InP、InAs或InGaAs。

可选地，在所述形成源区和漏区之后还包括步骤：形成分别与源区和漏区接触的金属源极与金属漏极，金属源极与源区的接触以及金属漏极与漏区的接触为欧姆接触。