场效应晶体管、绝缘栅双极型晶体管及沟槽MOS型二极管的制作方法

本发明属于半导体，特别地，涉及一种场效应晶体管、绝缘栅双极型晶体管及沟槽mos型二极管。

背景技术：

1、肖特基源漏mosfet结构于20世纪60年代被提出，它是利用金属源漏取代传统pn结型mosfet的半导体掺杂源漏，并且金属源漏与半导体之间形成肖特基接触势垒。对于肖特基源漏mosfet，当在漏源之间施加正电压时，源极与半导体材料之间形成的肖特基势垒反偏，使耗尽层扩宽来实现关断，据此，肖特基源漏mosfet是常关型器件；肖特基源漏mosfet的导通，是在正栅偏压的作用下形成导电沟道，由源端的载流子直接隧穿势垒进入沟道来实现的。

2、相较于传统的pn结型mosfet，肖特基源漏mosfet有如下优点：第一，金属肖特基接触具有超浅结的特点，能有效地抑制在器件尺寸大幅度降低时困扰常规mosfet的短沟道效应和源漏穿通问题，为mosfet继续减小尺寸提供了可能性；第二，金属与半导体接触的高电导性，可以进一步的减小漏源电阻；第三，肖特基源漏mosfet中，不存在寄生的体三极管效应，响应速度更快，可以更加高频化；第四，不需要离子注入来形成n+或p+的源漏区，高温退火也就随着取消，工艺简单。同时也避免了离子注入和退火带来的晶格损伤问题，有助于获得高的界面质量，从而获得高质量的介质层，耐压和可靠性也会更优。

3、然而，自肖特基源漏mosfet诞生之初，就存在两大显著的缺点：第一，开态电流小，当肖特基源漏mosfet的漏源电压vds＞0时，肖特基源电极与半导体形成的肖特基接触势垒反偏使耗尽区扩宽，使得即使在栅电极和肖特基源电极之间施加正栅源电压vgs时，在漏电极和肖特基源电极之间也未能形成完整且高浓度的电子导电通道，在靠近肖特基源电极的区域始终存在一定的肖特基势垒高度，这有限的肖特基势垒高度抑制了电子载流子的输运，使得仅有少部分的电子载流子通过隧穿效应形成电流，根据电导率的计算公式σ＝nqu(其中n是参与导电的电子载流子浓度，q是电子电荷量，u是一定载流子浓度条件下的迁移率)，参与导电的载流子浓度n越低，电导率σ就越低。再根据电流密度j＝σe(其中e代表电场强度)，电导率σ越低，电流密度j就越低，这就是肖特基源漏mosfet开态电流比同等条件下的pn结mosfet开态电流小的原因，常规pn结mosfet的开态电流可以达到几十安～几百安量级，而同等条件下的肖特基源漏mosfet的开态电流只能达到毫安量级甚至更低；第二，关态漏电大，漏电流包括了来自源结通过衬底传输的热电子发射电流和来自源结的隧穿电流。

4、这两个缺点，尤其是开态电流小这个缺点，一直到如今，仍未有很好的解决方案，这严重制约了肖特基源漏mosfet的使用，以致于至今仍未见有肖特基源漏mosfet的商业化应用。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明针对现有肖特基源漏mosfet存在的问题，对现有肖特基源漏mosfet的结构进行了改进，解决了现有肖特基源漏mosfet开态电流小的问题，提供一种具有大的开态电流能力的常关型半导体元件。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供一种场效应晶体管，具有：

3、n型半导体层；

4、电极，其包括漏电极、源电极以及栅电极；

5、栅绝缘膜，其介于栅电极和n型半导体层之间；

6、源电极的第一部分与n型半导体层之间存在肖特基势垒，源电极的第二部分与n型半导体层接触形成欧姆接触；源电极的第二部分比源电极的第一部分更靠近栅绝缘膜。

7、优选的，源电极的第一部分与n型半导体层接触形成肖特基势垒。

8、优选的，源电极的第一部分与n型半导体层之间设有介质层，源电极的第一部分、介质层、n型半导体层三者形成mis(金属绝缘体半导体)结。

9、优选的，源电极的第二部分位于源电极的第一部分和栅绝缘膜之间。

10、优选的，源电极的第二部分对应材料的功函数不高于n型半导体层对应材料的功函数。

11、优选的，源电极的第二部分的远离栅绝缘膜的一端距离栅绝缘膜的宽度范围介于3nm～200nm区间。

12、优选的，源电极的第二部分的远离栅绝缘膜的一端距离栅绝缘膜

13、的宽度范围介于3nm～100nm区间。

14、优选的，源电极的第二部分与源电

15、极的第一部分是具有不同功函数的金属或合金。

16、优选的，源电极的第一部分和源电极的第二部分共面，或源电极的第一部分的底面低于源电极的第二部分的底面。

17、优选的，n型半导体层包括多层半导体，各层半导体的施主浓度不同。

18、优选的，n型半导体层的与源电极的第二部分接触形成欧姆接触的区域的施主浓度≥1.0x 1018cm-3。

19、优选的，n型半导体层中与源电极的第一部分接触形成肖特基接触的区域具有凹槽，凹槽的内壁覆盖有绝缘膜层，凹槽还填充有导电材料，导电材料与n型半导体层之间隔着绝缘膜层。

20、优选的，n型半导体层中与源电极的第一部分接触形成肖特基接触的区域通过注入离子形成相互间隔的若干p型区，p型区与所述n型半导体层形成pn结。

21、优选的，场效应晶体管是横式mosfet或纵式mosfet，其中，纵式mosfet是纵式平面栅mosfet、纵式沟槽栅mosfet、纵式屏蔽栅mosfet、纵式超结型mosfet中的一种。

22、优选的，n型半导体层是氧化物系半导体、化合物半导体或单质半导体构成。

23、为了解决上述问题，本发明还提供一种场效应晶体管。具有：

24、半导体层，其包含n型导电区域以及高阻掺杂区域；

25、电极，其包括漏电极、源电极以及栅电极；

26、栅绝缘膜，其介于栅电极和n型半导体层之间；

27、源电极的第一部分与半导体层的n型导电区域之间存在肖特基势垒，源电极的第二部分与半导体层的高阻掺杂区域接触；源电极的第二部分比源电极的第一部分更靠近栅绝缘膜。

28、优选的，源电极的第一部分与半导体层的n型导电区域接触形成肖特基势垒。

29、优选的，源电极的第一部分与半导体层的n型导电区域之间设有介质层，源电极的第一部分、介质层、半导体层的n型导电区域三者形成mis(金属绝缘体半导体)结。

30、优选的，源电极的第二部分位于源电极的第一部分和栅绝缘膜之间。

31、优选的，源电极的第二部分对应材料的功函数不高于半导体层对应材料的功函数。

32、优选的，源电极的第二部分与源电极的第一部分是具有不同功函数的金属或合金。

33、优选的，场效应晶体管是横式mosfet或纵式mosfet，其中，纵式mosfet是纵式平面栅mosfet、纵式沟槽栅mosfet、纵式屏蔽栅mosfet、纵式超结型mosfet中的一种。

34、针对上述技术实现要素：，本发明具有如下有益效果：

35、本发明对现有肖特基源漏mosfet的结构进行了改进，将肖特基源漏mosfet中的纯肖特基源极调整为欧姆源极和肖特基源极的组合，其中欧姆源极介于栅绝缘膜和肖特基源极之间，通过这一结构细节的改进，本发明的场效应晶体管，在正栅偏压的作用下，能够在漏电极和源电极之间形成完整且高浓度的电子导电通道，此时在漏电极和源电极之间施加正向电压时，在漏电极和源电极之间就会有电流流过。本发明的场效应晶体管的开态通流能力能够媲美甚至超过同等条件下pn结型mosfet的开态通流能力，从而彻底解决现有肖特基源漏mosfet的开态电流小的问题，大幅提升其通流能力，满足安级电流以上的应用场景。

36、本发明的场效应晶体管，在解决现有肖特基源漏mosfet开态电流小的问题的同时，依然是常关型器件，本发明的场效应晶体管，可利用栅电极-栅绝缘膜层-n型半导体层之间形成的mis结以及源电极与n型半导体层形成的肖特基结二者共同对电子载流子的耗尽作用实现常关型功能。

37、本发明场效应晶体管，在解决现有肖特基源漏mosfet开态电流小的问题的同时，依然能够维持肖特基源漏mosfet原来的优点(详见背景所述)。

38、本发明场效应晶体管，工艺简单，批量可行度高，有利于产品化商用。

39、本发明场效应晶体管，可广泛的应用于多种半导体材料当然也包括氧化物系半导体材料，且在无需使用p型材料的情况下，可制备出具有大的开态电流和低漏电的器件。

40、本发明再提供一种场效应晶体管，具有：

41、p型半导体层；

42、电极，其包括漏电极、源电极以及栅电极；

43、栅绝缘膜，其介于栅电极和p型半导体层之间；其特征在于，源电极的第一部分与p型半导体层之间存在肖特基势垒，

44、源电极的第二部分与p型半导体层接触形成欧姆接触；源电极的第二部分比源电极的第一部分更靠近栅绝缘膜。

45、优选的，源电极的第一部分与p型半导体层直接接触形成肖特基势垒。

46、优选的，源电极的第一部分与p型半导体层之间设有介质层，源电极的第一部分、介质层、p型半导体层三者形成mis(金属绝缘体半导体)结。

47、本发明具有如下有益效果：

48、p型半导体与肖特基源漏电极同样可以构成肖特基源漏mosfet，由于肖特基势垒的存在，此类肖特基源漏mosfet同样存在开态电流小的问题，运用本发明的结构创新，将纯肖特基源极调整为欧姆源极和肖特基源极的组合，其中欧姆源极介于栅绝缘膜和肖特基源极之间，通过这一结构细节的改变，同样可以解决p型半导体与肖特基源漏电极构成的肖特基源漏mosfet的开态电流小的问题，提升其通流能力。

49、本发明还提供一种绝缘栅双极型晶体管，具有：

50、半导体层，其包括p型导电的半导体层、层叠于p型导电的半导体层之上的n型半导体层；

51、电极，其包括集电极、发射极以及栅电极；

52、栅绝缘膜，其介于栅电极和n型半导体层之间；

53、发射极的第一部分与n型半导体层之间存在肖特基势垒，

54、发射极的第二部分与n型半导体层接触形成欧姆接触；发射极的第二部分比发射极的第一部分更靠近栅绝缘膜。

55、优选的，发射极的第二部分位于发射极的第一部分和栅绝缘膜之间。

56、优选的，发射极的第一部分与n型半导体层接触形成肖特基势垒接触。

57、本发明还提供一种沟槽mos型二极管，其具有：

58、半导体层，其包括第一n型半导体层和第二n型半导体层，第二n型半导体层层叠于第一n型半导体层之上，第二n型半导体层设有沟槽，沟槽从第二n型半导体层的与第一n型半导体层相反的一侧的面上开口，第二n型半导体层的施主浓度小于第一n型半导体层的施主浓度；

59、阳极电极，其形成于第二n型半导体层的与第一n型半导体层相反的一侧的面上；

60、阴极电极，其形成于第一n型半导体层的与第二n型半导体层相反的一侧的面上；

61、沟槽mos栅极，其埋入第二n型半导体层的沟槽内，其与半导体层之间隔着栅绝缘膜；

62、阳极电极的第一部分与第二n型半导体层接触形成肖特基接触，阳极电极的第二部分与第二n型半导体层接触形成欧姆接触，阳极电极的第二部分比阳极电极的第一部分更靠近栅绝缘膜。

63、优选的，阳极电极的第二部分对应材料的功函数低于第二n型半导体层对应材料的功函数。

64、优选的，阳极电极的第二部分的远离绝缘膜的一段距离绝缘膜的宽度范围介于3nm～200nm区间，优选为3nm～150nm。

65、优选的，沟槽mos栅极与阳极电极直接接触，或沟槽mos栅极与阳极电极之间隔着绝缘层。

66、本发明具有如下有益效果：

67、本发明的沟槽mos型二极管，相对于传统的沟槽mos型肖特基二极管，将纯肖特基阳极调整为欧姆阳极(阳极电极的第二部分)和肖特基阳极(阳极电极的第一部分)的组合，通过这一结构细节的改变，当本发明的沟槽mos型二极管在正向导通时，由于欧姆阳极与第二n型半导体层之间无肖特基势垒，因此仅需要很小的电压就能使其开启，因此本发明的沟槽mos型二极管，能够更进一步的降低开启电压，从而降低导通阻抗。