CN105448718A - 无结场效应管及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种无结场效应管及其制作方法，包括：提供衬底；掺杂以形成第一、第二掺杂区，使第一、第二掺杂区的掺杂类型不同；形成第一、第二栅极结构；去除部分衬底以形成第一、第二开口；在第一、第二开口中形成金属层；对金属层以及衬底进行退火处理以形成源漏区。本发明还提供一种无结场效应管，包括衬底；第一、第二掺杂区；第一、第二栅极结构；第一、第二开口，所述第一、第二开口中具有作为源漏区的含有金属的材料层。本发明的有益效果在于：源漏区与导电插塞之间的接触电阻较小且开启电流增加，提高了无结场效应管的性能；简化了工艺难度并在一定程度上减少掺杂区中可能发生的界面散射问题的程度。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，具体涉及一种无结场效应管及其制作方法。
背景技术
金属-氧化层半导体场效晶体管(MetalOxideSemiconductorFieldEffectTransistor,MOSFET)中除了包含源漏区、栅极之外，在源漏区之间的沟道区中还存在诸如PN结、异质结等的沟道结(junction)。
随着的MOSFET的特征尺寸逐渐减小，越来越多的问题开始逐渐显现。例如，随着MOSFET的尺寸减小，MOSFET在工作时的漏电程度增加。
另外，为了进一步提高MOSFET的性能，尽量地减小源漏区之间的电阻也是较为关键的问题之一。一般来说，减小栅极的尺寸或者是调整源漏区的掺杂程度可以在一定程度上减小源漏区之间的电阻。但是随着特征尺寸的减小，掺杂工艺的难度增加，随着掺杂工艺难度的增加，通过掺杂来减小源漏区之间的电阻变得较为困难，而减小栅极的尺寸意味着沟道区的尺寸也相应的变小，这可能加剧MOSFET的短沟道效应。
另外，由于现有技术中的MOSFET的源漏区均为掺杂的半导体材料，在后续形成与源漏区相连的导电插塞时，导电插塞(通常为金属材料)与源漏区之间存在着较大的接触电阻。
晶体管漏电、源漏区之间的电阻较大、导电插塞与源漏区之间接触电阻较大等问题影响了晶体管的性能。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种无结场效应管及其制作方法，以优化场效应管的性能。
为了解决上述问题，本发明提供一种无结场效应管的制作方法，包括：
提供衬底，所述衬底具有第一区域以及第二区域；
对所述第一区域的衬底进行第一掺杂以形成第一掺杂区，对所述第二区域的衬底进行第二掺杂以形成第二掺杂区，所述第一掺杂与所述第二掺杂的掺杂类型不同；
在衬底上形成第一栅极结构以及第二栅极结构，所述第一栅极结构与所述第一掺杂区的位置相对应，且所述第二栅极结构与所述第二掺杂区的位置相对应；
去除位于所述第一栅极结构以及第二栅极结构之间的部分衬底以形成第一开口，并分别去除第一栅极结构远离第二栅极结构一侧的部分衬底以及第二栅极结构远离第一栅极结构一侧的部分衬底以形成第二开口；
在所述第一开口以及第二开口中形成金属层；
对所述金属层以及衬底进行退火处理，使第一开口中的金属层与第一开口处的部分衬底形成含有金属的共源区，并使第二开口中的金属层与第二开口处的部分衬底形成含有金属的漏区；或者，
对所述金属层以及衬底进行退火处理，使第一开口中的金属层与第一开口处的部分衬底形成含有金属的共漏区，并使第二开口中的金属层与第二开口处的部分衬底形成含有金属的源区。
可选的，在第一开口以及第二开口中形成金属层的步骤包括：形成铝、钨、铜、镍、银、金、钛、氮化钛或碳化钽材料的金属层。
可选的，提供衬底的步骤包括：提供硅衬底；
进行退火处理的步骤包括：形成金属硅化物的共源区以及漏区；或者，形成金属硅化物的共漏区以及源区。
可选的，进行退火处理的步骤包括：形成全硅化物的共源区以及漏区，或者，形成全硅化物的共漏区以及源区。
可选的，提供衬底的步骤包括：
提供基底；
在所述基底上形成埋氧层；
在所述埋氧层上形成半导体层；
去除部分所述半导体层，以形成鳍；
形成第一掺杂区以及第二掺杂区的步骤包括：在所述鳍中分别形成所述第一掺杂区以及第二掺杂区；
形成第一栅极结构以及第二栅极结构的步骤包括：形成横跨所述鳍的第一掺杂区的第一栅极结构，并使第一栅极结构覆盖所述鳍的侧壁与顶部；形成横跨所述鳍的第二掺杂区的第二栅极结构，并使第二栅极结构覆盖所述鳍的侧壁与顶部；
形成第一开口以及第二开口的步骤包括：去除位于所述第一栅极结构以及第二栅极结构之间的鳍以形成第一开口，并分别去除第一栅极结构远离第二栅极结构一侧的鳍以及第二栅极结构远离第一栅极结构一侧的鳍以形成第二开口，所述第一开口以及第二开口露出所述埋氧层。
可选的，提供基底的步骤包括：提供硅基底；
形成埋氧层的步骤包括：形成氧化硅埋氧层。
可选的，形成半导体层的步骤包括：形成硅或者锗材料的半导体层。
可选的，去除部分半导体层以形成鳍的步骤包括：使形成的鳍的厚度在10～100纳米的范围内。
可选的，在所述埋氧层上形成鳍的步骤包括：形成截面为三角形、矩形或者圆形的鳍。
可选的，形成第一掺杂区以及第二掺杂区的步骤包括：使第一掺杂区以及第二掺杂区的掺杂浓度从衬底表面到衬底中心逐渐减小。
可选的，形成第一掺杂区以及第二掺杂区的步骤包括：形成砷掺杂的第一掺杂区以及硼掺杂的第二掺杂区。
可选的，形成第一掺杂区以及第二掺杂区的步骤包括：
使砷的掺杂能量在5～40千电子伏的范围内，且掺杂剂量在1×1016～5×1016每平方厘米的范围内；
使硼的掺杂能量在1～10千电子伏的范围内，且掺杂剂量在1×1016～5×1016每平方厘米的范围内。
可选的，在进行退火处理的步骤之后，所述制作方法还包括：
在所述共源区以及漏区上形成导电插塞；或者，
在所述共漏区以及源区上形成导电插塞。
可选的，在进行退火处理的步骤之后，形成导电插塞的步骤之前，还包括：
采用包括双氧水与硫酸的混合溶液对所述共源区以及漏区进行清洗的步骤，或者，
采用包括双氧水与硫酸的混合溶液对所述共漏区以及源区进行清洗的步骤。
此外，本发明还提供一种无结场效应管，包括：
衬底，所述衬底具有第一区域以及第二区域；
位于第一区域衬底中的第一掺杂区以及位于第二区域衬底中的第二掺杂区，所述第一掺杂区与所述第二掺杂区的掺杂类型不同；
位于第一掺杂区衬底上的第一栅极结构以及位于所述第二掺杂区衬底上的第二栅极结构；
所述第一栅极结构以及第二栅极结构之间的衬底中形成有含有金属的第一材料层，用作共漏区；所述第一栅极结构远离第二栅极结构的一侧以及第二栅极结构远离第一栅极结构的一侧的衬底中形成有含有金属的第二材料层，用作源区；
或者，所述第一栅极结构以及第二栅极结构之间的衬底中形成有含有金属的第一材料层，用作共源区；所述第一栅极结构远离第二栅极结构的一侧以及第二栅极结构远离第一栅极结构的一侧的衬底中形成有含有金属的第二材料层，用作漏区。
可选的，所述衬底包括：
基底；
形成于所述基底上的埋氧层；
形成于所述埋氧层上的第一鳍和第二鳍，第一鳍与第二鳍分别掺杂不同掺杂类型的离子；
所述第一栅极结构横跨所述第一鳍，且覆盖所述第一鳍的侧壁与顶部，所述第二栅极结构横跨所述第二鳍，且覆盖所述第二鳍的侧壁与顶部；
所述第一材料层位于所述第一鳍和第二鳍之间，所述第二材料层位于所述第一鳍远离所述第一材料层的一侧以及所述第二鳍远离所述第一材料层的一侧。
可选的，所述第一材料层以及第二材料层的材料为金属硅化物。
可选的，所述第一材料层以及第二材料层的材料为全硅化物。
可选的，所述鳍的截面为三角形、矩形或者圆形。
可选的，所述第一掺杂区以及第二掺杂区的掺杂浓度从衬底表面到衬底中心逐渐减小。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
去除位于所述第一栅极以及第二栅极结构之间的部分衬底以形成第一开口，并分别去除第一栅极结构远离第二栅极结构一侧的部分衬底以及第二栅极结构远离第一栅极结构一侧的部分衬底以形成第二开口，并在所述第一开口以及第二开口中形成金属层；然后对所述金属层以及衬底进行退火处理，使第一开口中的金属层与第一开口处的衬底形成含有金属的共源区或者共漏区，并使第二开口中的金属层与第二开口处的衬底形成含有金属的漏区或者源区。由于含有金属的材料的电阻远小于半导体材料的电阻，这种源漏区相较于现有技术中的半导体材料的源漏区，一方面，源区、漏区与后续将要形成的导电插塞之间的接触电阻较小，无需像现有技术一样额外设置工序步骤形成减小接触电阻的硅化物接触层；另一方面，源区与漏区之间的电阻相对较小，即是说，在同样大小的开启电压下开启电流相对增加，这在一定程度上有利于提高无结场效应管的性能(例如改善无结场效应管关断时的漏电程度等)。
此外，在所述衬底中分别形成掺杂类型不同的第一、第二掺杂区，在后续形成源漏区后，源漏区位于第一掺杂区或第二掺杂区的两侧，所述第一掺杂区或所述第二掺杂区作为晶体管工作状态下的沟道区；在无结场效应管工作时，载流子几乎能够分布于整个第一、第二掺杂区当中，而不是仅靠近衬底表面，因此相对于现有的场效应晶体管载流子靠近衬底表面区域的情况，可以在一定程度上减少沟道区发生界面散射的问题，进而提高无结场效应管的性能。
进一步，使第一掺杂区以及第二掺杂区的掺杂浓度从衬底表面到衬底中心逐渐减小，有利于无结场效应管的关断，进而减小漏电程度。其原因在于，在无结场效应管关断时，由于电场强度与距离成反比，越远离掺杂区表面电场强度越小，也就是远离掺杂区表面的载流子比较不容易被耗尽；本发明使掺杂浓度从衬底表面到衬底中心逐渐减小，而在一定程度上减少了远离掺杂区表面的载流子的数量，这样有利于远离掺杂区表面的载流子尽量地被耗尽，进而减小无结场效应管关断时发生漏电的几率。
附图说明
图1至图3是本发明无结场效应管一实施例的结构示意图；
图4至图16是本发明无结场效应管的制作方法一实施例中各个步骤的结构示意图；
图17是本发明无结场效应管一实施例中具体工作时的示意图。
具体实施方式
由于现有的场效应管(例如MOSFET)的特征尺寸逐渐减小，对于制作MOSFET时的掺杂工艺的难度也逐渐增加；同时，由于现有的MOSFET的源漏区一般为半导体材料，源漏区之间电阻较大的问题一直难以得到改善；并且半导体材料与互连结构中的导电插塞之间存在较大的接触电阻，一般需要额外的流程步骤以在源漏区上形成降低接触电阻的硅化物接触层。
此外，在MOSFET工作时，载流子在沟道区中的界面散射(surfacescattering)现象较为严重，这会在一定程度上影响无结场效应管的工作性能，例如噪声变大等。
所以，本发明提供一种无结场效应管，包括：
衬底，所述衬底具有第一区域以及第二区域；
位于第一区域衬底中的第一掺杂区以及位于第二区域衬底中的第二掺杂区，所述第一、第二掺杂区的掺杂类型不同；
位于第一掺杂区衬底上的第一栅极结构以及位于所述第二掺杂区衬底上的第二栅极结构；
所述第一、第二栅极结构之间的衬底中形成有含有金属的第一材料层，用作共漏区；第一栅极结构远离第二栅极结构的一侧以及第二栅极结构远离第一栅极结构的一侧的衬底中形成有含有金属的第二材料层，用作源区；或者，第一材料层用作共源区，第二材料层用作漏区。
含有金属材料的电阻通常小于半导体材料的电阻，所以形成含有金属的源漏区(包括共源区或者共漏区，以及源区或者漏区)相较于现有技术中的半导体材料的源漏区来说，一方面。能够在一定程度上减小源漏区与导电插塞之间的接触电阻，相对于现有技术，无需额外设置工序形成硅化物的接触层。另一方面，源漏区的电阻变小意味着在同样的开启电压下开启电流相对增加，这在一定程度上有利于提高无结场效应管的性能(例如改善无结场效应管关断时的漏电程度等)。
此外，源漏区由退火的方式形成，不需要像现有技术那样通过源漏掺杂得到，这在一定程度上简化了工艺难度。
在所述衬底中分别形成掺杂类型不同的第一、第二掺杂区，在后续形成源漏区后，第一、第二掺杂区位于形成的源漏区两侧，作为晶体管工作状态下的沟道区；在晶体管工作时，载流子几乎能够分布于整个第一、第二掺杂区当中，相对于现有的场效应晶体管可以在一定程度上减少掺杂区中可能发生的界面散射问题的程度，因为现有的场效应晶体管的沟道区掺杂仅仅位于沟道区的表面。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例作详细的说明。
参考图1，为本发明的无结场效应管在一实施例的结构示意图，同时并结合参考图2以及图3(图2为图1沿A-A`方向的剖视图，图3为图1沿B-B`向的剖视图)，在本实施例中，所述无结场效应管为鳍式场效晶体管(FinField-EffectTransistor，FinFET)结构，所述无结场效应管包括：
衬底，所述衬底包括基底1、埋氧层2以及鳍3，在本实施例的图1中，所述鳍3包括第一鳍和第二鳍。
所述衬底具有第一区域10以及第二区域20，分别用于形成P型场效应管或者N型场效应管。
埋氧层2形成于基底1表面，鳍3露出于所述埋氧层2表面，并位于所述衬底的第一区域10以及第二区域20中。
具体的，本实施例中可以采用硅材料的基底1，相应的，所述埋氧层2可以是二氧化硅埋氧层。但是需要说明的是，此处为现有技术，本发明对此不作赘述，也不作任何限定。
在本实施例中，所述鳍3的材料可以是硅，但是本发明对此并不作限定，锗，或者其他III-V族材料例如铟镓砷(InGaAs)等也可以作为所述鳍3的材料。
同时，本实施例中的鳍3的厚度在10～100纳米的范围内，但是这仅仅是本实施例中采用的数值，本发明对此并不作任何限定。
此外，在本实施例中，所述鳍3的截面也不仅限于图中所示的矩形，在本发明的其他实施例中，也可以是三角形或者圆形等，本发明对此不做限定。
第一鳍和第二鳍分别掺杂不同掺杂类型的离子，进而形成第一掺杂区6以及第二掺杂区7；所述第一掺杂区6以及第二掺杂区7分别位于第一区域10以及第二区域20中。
在所述衬底中分别形成掺杂类型不同的第一、第二掺杂区6、7，在后续形成源漏区(包括共源区或者共漏区，以及源区或者漏区)后，第一、第二掺杂区位于形成的源漏区两侧，作为晶体管工作状态下的沟道区；在晶体管工作时，载流子几乎能够分布于整个第一、第二掺杂区6、7当中，相对于现有的场效应晶体管可以在一定程度上减少掺杂区中可能发生的界面散射问题的程度，因为现有的场效应晶体管的沟道区掺杂仅仅位于沟道区的表面，工作时载流子也仅仅集中于沟道区表面，发生界面散射的程度更大。
具体的，在本实施例中，所述第一掺杂区6为N型掺杂物的砷(As)掺杂，所述第二掺杂区7则为对应的P型掺杂物的硼(B)掺杂，但是本发明对采用何种元素进行N型或者P型掺杂并不作限定；同时，也不限定必须是对第一掺杂区6进行N型掺杂、对第二掺杂区7进行P型掺杂，第一掺杂区6以及第二掺杂区7之间的掺杂类型可以互换，也就是说，在本发明的其他实施例中，也可以是对第一掺杂区6进行P型掺杂、对第二掺杂区7进行N型掺杂。
此外，在本实施例中，第一掺杂区6以及第二掺杂区7的掺杂浓度从衬底表面到衬底中心逐渐减小，这样有利于无结场效应管关断，进而减小漏电程度。其原因在于，在无结场效应管关断时，由于电场强度与距离成反比，越远离掺杂区表面电场强度越小，进而远离掺杂区表面的载流子不容易被耗尽；本发明使掺杂浓度从衬底表面到衬底中心逐渐减小，而减少了远离沟道区上表面的载流子的数量，这样有利于远离掺杂区上表面的载流子尽量地被耗尽，进而减小无结场效应管关断时发生漏电的几率。
此外，在本实施例中，所述第一掺杂区6以及第二掺杂区7表面的掺杂浓度大于或者等于1×1019原子每立方厘米，在此掺杂浓度范围内的第一、第二掺杂区6、7比较容易形成，且工作时的性能较佳。但是此数值仅为本实施例所采用，本发明对此不做限定。
本实施例的无结场效应管还包括第一栅极结构和第二栅极结构4，分别横跨于所述第一鳍和第二鳍上，所述第一栅极结构和第二栅极结构4的位置与所述第一掺杂区6以及第二掺杂区7相对应，也就是说，所述第一栅极结构横跨第一鳍，且覆盖所述第一鳍的侧壁与顶部，第二栅极结构横跨所述第二鳍，且覆盖所述第二鳍的侧壁与顶部。
在本实施例中，所述第一、第二栅极结构4包括栅极41、栅氧层43以及形成于所述栅极侧壁的侧墙42。
本实施例的无结场效应管还包括含有金属的第一材料层32以及第二材料层31、33；第一材料层32设于所述第一、第二栅极结构之间的衬底中，用作共漏区；第二材料层31、33设于第一栅极结构远离第二栅极结构的一侧的衬底中，以及第二栅极结构远离第一栅极结构的一侧的衬底中，用作源区；或者，第一材料层32用作共源区，第二材料层31、33用作漏区。
在这之后，还可以在形成的第一和第二栅极结构以及源漏区上形成导电插塞，但是本发明对此并不做限定。
由于形成的源漏区采用含有金属的材料形成，这样有利于减小与后续步骤中形成的导电插塞(图中未示出)之间的接触电阻，且无需像现有技术中那样额外形成一层降低源漏区与到导电插塞之间接触电阻的硅化物接触层。
此外，相对于现有技术，含有金属的源区与漏区之间的电阻也能够得到一定程度的减小，电阻减小意味着在同样的开启电压下，开启电流变大，这在一定程度上有利于提高无结场效应管的性能(例如改善无结场效应管关断时的漏电程度等)。
进一步，在本实施例中，所述含有金属的第一材料层以及第二材料层的材料为金属硅化物。金属硅化物的电阻相对于现有技术中半导体材料的电阻更小。但是，本发明对此不做限定，在本发明的其它实施例中，还可以采用全硅化物(Fully-Salicide,FUSI)作为源漏区的材料，这样进一步有利于减小源漏区导电插塞之间的接触电阻，以及源漏区之间的电阻。
需要说明的是，上述结构仅为本发明的一个实施例，在本发明的其他实施例中，所述鳍3并不仅限于图1至图3中所示的截面为矩形的结构，还可以是其他结构，例如截面呈三角形或者圆形的鳍，本发明对此并不作限定。
此外需要说明的是，上述FinFET结构的无结场效应管仅仅是本发明起示意作用的一个实施例，在本发明的其他实施例中，也可以是平面结构的无结场效应管。
此外，本发明还提供一种无结场效应管的制作方法，可以但不限于形成上述的无结场效应管。
在本实施例中，所述制作方法包括以下步骤：
提供衬底，所述衬底具有第一区域以及第二区域；对所述第一区域的衬底进行第一掺杂以形成第一掺杂区，对所述第二区域的衬底进行第二掺杂以形成第二掺杂区，所述第一掺杂与所述第二掺杂类型不同；在衬底上形成第一栅极结构以及第二栅极结构，使所述第一栅极结构与所述第一掺杂区的位置相对应，并使第二栅极结构与所述第二掺杂区的位置相对应；去除位于所述第一栅极以及第二栅极结构之间的部分衬底以形成第一开口，并分别去除第一栅极结构远离第二栅极结构一侧的部分衬底以及第二栅极结构远离第一栅极结构一侧的部分衬底以形成第二开口；在所述第一开口以及第二开口中形成金属层；对所述金属层以及衬底进行退火处理，使第一开口中的金属层与第一开口处的衬底形成含有金属的共源区，并使第二开口中的金属层与第二开口处的衬底形成含有金属的漏区；或者，使第一开口中的金属层与第一开口处的衬底形成含有金属的共漏区，并使第二开口中的金属层与第二开口处的衬底形成含有金属的源区。
通过以上步骤可以但不限于形成上述的无结场效应管。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例作详细的说明。
本实施例以形成上述的FinFET结构的无结场效应管为例。
图4、图5、图7、图9、图11、图13、图14、图15以及图17为制备图1所示的无结场效应管过程时各个步骤沿A-A`方向的剖面结构示意图；
图6、图8、图10、图12以及图16为制备图1所示的无结场效应管过程时各个步骤沿B-B`方向的剖面结构示意图。
参考图4，提供衬底，所述衬底具有分别用于形成P型场效应管或者N型场效应管的第一区域11以及第二区域22。
在本实施例中，提供衬底的步骤具体包括：
提供基底100；在本实施例中，所述基底100采用硅作为材料。
在所述基底100上形成埋氧层110；由于所述基底100采用硅作为材料，相应的，所述埋氧层110可以为氧化硅材料的埋氧层；
具体的，可以使埋氧层110的厚度在20～50纳米的范围内，这样所述埋氧层可以在具有足够厚度隔离基底100与后续将要形成的鳍200的同时，又不至于过厚而影响整个无结场效应管的结构。但是本发明对埋氧层110的材料以及厚度并不作限定，而是应当根据实际情况进行选择，本发明对此不作赘述，也不做任何限定。
在所述埋氧层110上形成半导体层(图中未示出)，所述半导体层用于形成鳍。具体的，在本实施例中，可以采用硅或者锗作为材料形成所述半导体层，但是本发明对此并不作限定，其他III-V族材料，例如铟镓砷(InGaAs)等也可以作为所述半导体层的材料；
去除部分所述半导体层，以形成鳍200；此时的鳍200为非掺杂状态，所述鳍200用于在后续的步骤中进行掺杂以形成第一掺杂区以及第二掺杂区，进而在无结场效应管工作时形成第一沟道区以及第二沟道区。
进一步，在本实施例中，可以使形成的鳍200的厚度在10～100纳米的范围内。但是此数值范围仅仅是本实施例中所采用的厚度范围，在实际操作时，应当根据无结场效应管的实际尺寸进行相应的调整，本发明对此不作任何限定。
具体的，在本实施例中，可以采用硅作为材料形成所述鳍200，但是本发明对此并不作限定，锗或者其他III-V族材料，例如铟镓砷(InGaAs)等也可以作为所述鳍200的材料。
参考图5以及图6，分别对鳍200在第一区域11以及第二区域22中的部分进行掺杂，其中对所述第一区域11的衬底进行第一掺杂以形成第一掺杂区210，对所述第二区域22的衬底进行第二掺杂以形成第二掺杂区220，所述第一和第二掺杂区210、220用于分别形成无结场效应管工作时的第一沟道区和第二沟道区。
由于第一掺杂区210与第二掺杂区220各自为同种物质掺杂，在后续形成源漏区之后，无结场效应管处于工作状态时，整个第一掺杂区210与第二掺杂区220便变为第一、第二沟道区，也就是说，载流子几乎分布于整个第一、第二沟道区当中。而现有的场效应晶体管的掺杂一般仅限于衬底表面，也就是说，现有的场效应晶体管在工作时大多数载流子集中于沟道区表面，这回导致界面散射的程度增加，所以本发明可以在一定程度上减少沟道区中可能发生的界面散射问题。
具体的，在本实施例中，所述第一掺杂区210为N型掺杂物的砷(As)掺杂，所述第二掺杂区220则为对应的P型掺杂物的硼(B)掺杂，但是本发明对采用何种元素进行N型或者P型掺杂并不作限定；同时，也不限定必须是对第一掺杂区210进行N型掺杂、对第二掺杂区220进行P型掺杂，第一掺杂区210以及第二掺杂区220之间的掺杂类型可以互换，也就是说，在本发明的其他实施例中，也可以是对第一掺杂区210进行P型掺杂、对第二掺杂区220进行N型掺杂。
进一步，本实施例可以使砷的掺杂能量在5～40千电子伏的范围内，且掺杂剂量在1×1016～5×1016每平方厘米的范围内；并使硼的掺杂能量在1～10千电子伏的范围内，且掺杂剂量在1×1016～5×1016每平方厘米的范围内。但是，同样的，上述的掺杂离子以及掺杂工艺参数仅在本实施例中所采用，本发明对此并不做限定。
在具体操作时，可以先采用掩模层(例如带有图案的光刻胶等)遮挡第一区域11或者第二区域22，然后对未被遮挡的区域进行掺杂，然后去除掩模并形成新的掩模以遮挡掺杂后的区域，以对未掺杂的区域进行掺杂。具体的掺杂过程为现有技术，本发明对此不作赘述，也不做任何限定。
此外，在本实施例中，可以使第一掺杂区210以及第二掺杂区220各自的掺杂浓度从衬底表面到衬底中心逐渐减小，也就是说，在本实施例中，靠近鳍200表面的掺杂浓度较高，越是接近鳍200中心，掺杂浓度越低。这样有利于在无结场效应管工作时，作为第一、第二沟道区的第一掺杂区210以及第二掺杂区220的耗尽，进而减小无结场效应管关断时的漏电程度。其原因在于，在无结场效应管关断时，由于电场强度与距离成反比，越远离沟道区表面电场强度越小，远离沟道区表面的载流子不容易被耗尽；本发明使掺杂浓度从衬底表面到衬底中心逐渐减小，而减少了远离沟道区表面的载流子的数量，这样有利于远离沟道区表面的载流子尽量地被耗尽，进而减小无结场效应管关断时发生漏电的几率。
具体来说，本实施例中可以在对鳍200进行掺杂时，可以采用有限表面源扩散的方式对鳍200进行掺杂：分别在将要形成所述第一掺杂区210与第二掺杂区220的位置分别形成带有掺杂离子的掺杂层，然后通过高温退火的方式，使掺杂层中的掺杂离子逐渐进入鳍200中。由于采用有限表面源扩散(即本实施例中的掺杂层)的离子掺杂一般遵循高斯分布，这样便能够形成所述的掺杂浓度从衬底表面到衬底中心逐渐减小的第一掺杂区210以及第二掺杂区220。
在本实施例中，可以使第一掺杂区210以及第二掺杂区220表面的掺杂浓度大于或者等于1×1019原子每立方厘米。但是本发明对此同样不做限定，而是应当根据实际情况进行相应的调整。
参考图7至图10，在第一区域11以及第二区域22中分别形成横跨所述鳍200的第一栅极结构以及第二栅极结构300，并使所述第一、第二栅极结构300的位置分别与后续将要形成的所述第一、第二沟道区的位置相对应，也就是说，第一栅极结构形成于所述第一掺杂区上方并覆盖所述鳍的侧壁与顶部；第二栅极结构形成于所述第二掺杂区上方并覆盖所述鳍的侧壁与顶部；所述第一栅极结构以及第二栅极结构300用于定义后续形成的源漏区的位置。
在本实施例中，形成所述第一栅极结构以及第二栅极结构300包括以下分步骤：
分别在所述鳍位于第一区域11以及第二区域22的部分分别形成横跨所述鳍200的栅氧层320；
在所述栅氧层320上形成横跨所述鳍200的栅极310；
在所述栅极310的侧壁形成侧墙330。
但是需要说明的是，以上形成栅极结构的步骤仅为本实施例所采用，本发明对此并不做限定。
参考图11以及图12，在形成所述第一栅极结构以及第二栅极结构300之后，去除位于所述第一栅极以及第二栅极结构300之间的部分衬底以形成第一开口50，并分别去除第一栅极结构远离第二栅极结构一侧的部分衬底以及第二栅极结构远离第一栅极结构一侧的部分衬底以形成第二开口51、52。(图12中的虚线表示形成的第一开口50的底部)
具体来说，在本实施例中，形成第一开口50以及第二开口51、52的步骤包括：去除位于所述第一、第二栅极结构300之间的鳍200以形成第一开口50，并分别在第一栅极结构远离第二栅极结构一侧的鳍200中以及第二栅极结构远离第一栅极结构一侧的鳍200中形成第二开口51、52，所述第一开口50以及第二开口51、52露出所述埋氧层110。
此时，所述第一开口50以及第二开口51、52用于定义后续形成源漏区的位置。
位于所述第一开口50以及第二开口51、52下方的剩余的部分衬底(在本实施例中为位于鳍200中第一开口50以及第二开口51、52下方剩余的鳍材料)用于在后续的步骤中，与金属层(图中未示出)形成源漏区。同时，位于第一开口50以及第二开口51、52两侧的鳍材料用于在无结场效应管工作时作为无结场效应管的沟道区。
继续参考图13，在所述第一开口50以及第二开口51、52中形成金属层70，所述金属层70用于在后续的退火步骤中，与第一开口50以及第二开口51、52处的部分衬底形成含有金属的源漏区。具体来说，第一开口50中的金属层用于与第一开口50处的部分衬底形成含有金属的共源区、第二开口51、52中的金属层用于与第二开口51、52处的部分衬底形成含有金属的漏区；或者，第一开口50中的金属层70用于与第一开口50处的部分衬底形成含有金属的共漏区，第二开口51、52中的金属层70用于与第二开口51、52处的部分衬底形成含有金属的源区。
需要说明的是，所述的“部分衬底”在本实施例中主要指所鳍200位于第一开口50、第二开口51、52下方的部分鳍材料。但是在实际操作中，在退火时，第一开口50、第二开口51、52侧壁也会部分地与金属层70发生反应，但是这并不影响本发明的实施。
在本实施例中，可以形成镍材料的金属层70。本发明对金属层70的材料并不做限定，其它金属同样可用于形成硅化物，例如铝、钨、铜、银、金、钛等。需要说明的是，本发明所说的“金属层”还包括含有金属元素的化合物，例如氮化钛、碳化钽以及其它的一些合金材料同样可以用于形成所述金属层70。
具体来说，本实施例中可以采用化学气相沉积(CVD)或者有机金属化学气相沉积(Metal-organicChemicalVaporDeposition,MOCVD)形成所述金属层70。这样形成的金属层70的台阶覆盖性较好，能够较好的覆盖于开口50当中。
具体来说，本实施例中可以形成厚度在5～50纳米的范围内的金属层。但是此厚度范围仅为本实施例所采用，本发明对此并不做限定，而是应当根据实际情况进行相应的调整。
参考图14，对所述金属层70以及衬底进行退火处理，使第一开口50中的金属层70与第一开口50处的部分衬底形成含有金属的共源区，并使第二开口51、52中的金属层70与第二开口51、52处的部分衬底形成含有金属的漏区；或者，使第一开口50中的金属层70与第一开口50处的部分衬底形成含有金属的共漏区，并使第二开口51、52中的金属层70与第二开口51、52处的部分衬底形成含有金属的源区。
由于形成的源漏区为含有金属，这样有利于减小与后续步骤中形成的导电插塞(图中未示出)之间的接触电阻，且无需像现有技术中那样额外形成一层降低源漏区与到导电插塞之间接触电阻的硅化物接触层。
此外，相对于现有技术，含有金属材料的源区与漏区之间的电阻也能够得到一定程度的减小，电阻减小意味着在同样的开启电压下，开启电流变大，这在一定程度上有利于提高无结场效应管的性能(例如改善无结场效应管关断时的漏电程度等)。
进一步，由于本实施例中的鳍200采用硅作为材料，所以形成的含有金属材料的源漏区为金属硅化物400。金属硅化物的电阻相对于现有技术中半导体材料的电阻更小。
源漏区由退火的方式形成，不需要像现有技术那样通过源漏掺杂得到，这在一定程度上简化了工艺难度。
具体的，可以采用快速热退火(RapidThermalAnnealing,RTA)的方式进行所述退火处理，并使退火处理的温度在450～550摄氏度的范围内，这样能够在形成所述金属硅化物400的同时，尽量减小对器件的其他部分的影响。
但是，本发明对此不做限定，在本发明的其它实施例中，还可以形成全硅化物(FullySalicide,FUSI)的源漏区，所述全硅化物可以是含有金属的材料(例如：含有镍等金属材料)，这样进一步有利于减小源漏区导电插塞之间的接触电阻，以及源漏区之间的电阻。
此时，分别位于第一、第二栅极结构300下方剩余的鳍200便作为无结场效应管在工作时的沟道区。如前文所述，由于所述剩余的鳍200各自为同种物质掺杂，在无结场效应管工作时，载流子将分布于整个沟道区当中，在一定程度上减少了沟道区中可能发生的界面散射问题。
此外需要说明的是，一般来说金属层70主要与位于金属层70下方的鳍200反应，但是在实际操作时，所述金属层70也可能略微地与两侧的鳍200反应，也就是说，第一沟道区以及第二沟道区(剩余的第一掺杂区210与第二掺杂区220)与形成的金属硅化物400的交界处可能有一定厚度的过渡层(图中未示出)，但这并不影响本发明的实施。
另外，在本实施例中，在形成所述的导电插塞之前，还包括以下步骤：采用包括双氧水与硫酸的混合溶液(SPM溶液)对所述硅化物进行清洗，这样可以去除位于形成的金属硅化物400表面可能存在的未反应的残留金属材料(在本实施例中为镍金属)。
进一步，可以使双氧水与硫酸溶液的混合比为1比4，这样有利于增加对于残留金属材料的选择比，减少对周围其他部件的影响。
参考图15以及图16，在所述源区以及漏区上形成层间介质层500以及导电插塞90。诸如前文所述，由于所述源区以及漏区为硅化物材料，源区以及漏区与导电插塞90之间的接触电阻相对较小。
参考图17，在无结场效应管工作时，将第一、第二栅极结构300接信号输入端VIN，将第一、第二栅极结构300的共漏区接信号输出端VOUT；由于第一掺杂区210为N型掺杂，且第二掺杂区220则为对应的P型掺杂，将第一栅极结构远离第二栅极结构的一侧接地GND，将第二栅极结构远离第一栅极结构的一侧接工作电压VDD(+)。
当VIN输入为低电平时，第一掺杂区210耗尽，此时VOUT输出为高电平；反之，当VIN输入为高电平时，第二掺杂区220耗尽，此时VOUT输出为低电平，从而实现输入与输出反相的功能。
此外需要说明的是，上述的制作方法仅为本发明的一个实施例，在本发明的其他实施例中，所述鳍200并不仅限于形成上述的截面为矩形的结构，在本发明的其他实施中，还可以形成其他结构，例如截面呈三角形或者圆形的鳍，本发明对此并不作任何限定。
此外，本发明也不仅限于形成上述实施例中FinFET结构的无结场效应管，在本发明的其他实施例中，也可以形成平面结构的无结场效应管。
具体来说，可以在衬底中形成半导体层，并在平面结构的半导体层中形成第一掺杂区以及第二掺杂区，并形成分别与第一掺杂区以及第二掺杂位置相对应的第一栅极结构以及第二栅极结构；在此之后，在半导体层中形成位于第一栅极结构以及第二栅极结构的第一开口以及位于第一栅极结构以及第二栅极结构另一侧的第二开口，并在第一、第二开口中形成含有金属的材料层，以形成源漏区。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (20)
1.一种无结场效应管的制作方法，其特征在于，包括：
提供衬底，所述衬底具有第一区域以及第二区域；
对所述第一区域的衬底进行第一掺杂以形成第一掺杂区，对所述第二区域的衬底进行第二掺杂以形成第二掺杂区，所述第一掺杂与所述第二掺杂的掺杂类型不同；
在衬底上形成第一栅极结构以及第二栅极结构，所述第一栅极结构与所述第一掺杂区的位置相对应，且所述第二栅极结构与所述第二掺杂区的位置相对应；
去除位于所述第一栅极结构以及第二栅极结构之间的部分衬底以形成第一开口，并分别去除第一栅极结构远离第二栅极结构一侧的部分衬底以及第二栅极结构远离第一栅极结构一侧的部分衬底以形成第二开口；
在所述第一开口以及第二开口中形成金属层；
对所述金属层以及衬底进行退火处理，使第一开口中的金属层与第一开口处的部分衬底形成含有金属的共源区，并使第二开口中的金属层与第二开口处的部分衬底形成含有金属的漏区；或者，
对所述金属层以及衬底进行退火处理，使第一开口中的金属层与第一开口处的部分衬底形成含有金属的共漏区，并使第二开口中的金属层与第二开口处的部分衬底形成含有金属的源区。
2.如权利要求1所述的制作方法，其特征在于，在第一开口以及第二开口中形成金属层的步骤包括：形成铝、钨、铜、镍、银、金、钛、氮化钛或碳化钽材料的金属层。
3.如权利要求1所述的制作方法，其特征在于，提供衬底的步骤包括：提供硅衬底；
进行退火处理的步骤包括：形成金属硅化物的共源区以及漏区；或者，形成金属硅化物的共漏区以及源区。
4.如权利要求3所述的制作方法，其特征在于，进行退火处理的步骤包括：形成全硅化物的共源区以及漏区，或者，形成全硅化物的共漏区以及源区。
5.如权利要求1所述的制作方法，其特征在于，提供衬底的步骤包括：
提供基底；
在所述基底上形成埋氧层；
在所述埋氧层上形成半导体层；
去除部分所述半导体层，以形成鳍；
形成第一掺杂区以及第二掺杂区的步骤包括：在所述鳍中分别形成所述第一掺杂区以及第二掺杂区；
形成第一栅极结构以及第二栅极结构的步骤包括：形成横跨所述鳍的第一掺杂区的第一栅极结构，并使第一栅极结构覆盖所述鳍的侧壁与顶部；形成横跨所述鳍的第二掺杂区的第二栅极结构，并使第二栅极结构覆盖所述鳍的侧壁与顶部；
形成第一开口以及第二开口的步骤包括：去除位于所述第一栅极结构以及第二栅极结构之间的鳍以形成第一开口，并分别去除第一栅极结构远离第二栅极结构一侧的鳍以及第二栅极结构远离第一栅极结构一侧的鳍以形成第二开口，所述第一开口以及第二开口露出所述埋氧层。
6.如权利要求5所述的制作方法，其特征在于:
提供基底的步骤包括：提供硅基底；
形成埋氧层的步骤包括：形成氧化硅埋氧层。
7.如权利要求5所述的制作方法，其特征在于，形成半导体层的步骤包括：形成硅或者锗材料的半导体层。
8.如权利要求5所述的制作方法，其特征在于，去除部分半导体层以形成鳍的步骤包括：使形成的鳍的厚度在10～100纳米的范围内。
9.如权利要求5或8所述的制作方法，其特征在于，在所述埋氧层上形成鳍的步骤包括：形成截面为三角形、矩形或者圆形的鳍。
10.如权利要求1所述的制作方法，其特征在于，形成第一掺杂区以及第二掺杂区的步骤包括：使第一掺杂区以及第二掺杂区的掺杂浓度从衬底表面到衬底中心逐渐减小。
11.如权利要求1或10所述的制作方法，其特征在于，形成第一掺杂区以及第二掺杂区的步骤包括：形成砷掺杂的第一掺杂区以及硼掺杂的第二掺杂区。
12.如权利要求11所述的制作方法，其特征在于，形成第一掺杂区以及第二掺杂区的步骤包括：
使砷的掺杂能量在5～40千电子伏的范围内，且掺杂剂量在1×1016～5×1016每平方厘米的范围内；
使硼的掺杂能量在1～10千电子伏的范围内，且掺杂剂量在1×1016～5×1016每平方厘米的范围内。
13.如权利要求1所述的制作方法，其特征在于，在进行退火处理的步骤之后，所述制作方法还包括：
在所述共源区以及漏区上形成导电插塞；或者，
在所述共漏区以及源区上形成导电插塞。
14.如权利要求13所述的制作方法，其特征在于，在进行退火处理的步骤之后，形成导电插塞的步骤之前，还包括：
采用包括双氧水与硫酸的混合溶液对所述共源区以及漏区进行清洗的步骤，或者，
采用包括双氧水与硫酸的混合溶液对所述共漏区以及源区进行清洗的步骤。
15.一种无结场效应管，其特征在于，包括：
衬底，所述衬底具有第一区域以及第二区域；
位于第一区域衬底中的第一掺杂区以及位于第二区域衬底中的第二掺杂区，所述第一掺杂区与所述第二掺杂区的掺杂类型不同；
位于第一掺杂区衬底上的第一栅极结构以及位于所述第二掺杂区衬底上的第二栅极结构；
所述第一栅极结构以及第二栅极结构之间的衬底中形成有含有金属的第一材料层，用作共漏区；所述第一栅极结构远离第二栅极结构的一侧以及第二栅极结构远离第一栅极结构的一侧的衬底中形成有含有金属的第二材料层，用作源区；
或者，所述第一栅极结构以及第二栅极结构之间的衬底中形成有含有金属的第一材料层，用作共源区；所述第一栅极结构远离第二栅极结构的一侧以及第二栅极结构远离第一栅极结构的一侧的衬底中形成有含有金属的第二材料层，用作漏区。
16.如权利要求15所述的无结场效应管，其特征在于，所述衬底包括：
基底；
形成于所述基底上的埋氧层；
形成于所述埋氧层上的第一鳍和第二鳍，第一鳍与第二鳍分别掺杂不同掺杂类型不同的离子；
所述第一栅极结构横跨所述第一鳍，且覆盖所述第一鳍的侧壁与顶部，所述第二栅极结构横跨所述第二鳍，且覆盖所述第二鳍的侧壁与顶部；
所述第一材料层位于所述第一鳍和第二鳍之间，所述第二材料层位于所述第一鳍远离所述第一材料层的一侧以及所述第二鳍远离所述第一材料层的一侧。
17.如权利要求15所述的无结场效应管，其特征在于，所述第一材料层以及第二材料层的材料为金属硅化物。
18.如权利要求15所述的无结场效应管，其特征在于，所述第一材料层以及第二材料层的材料为全硅化物。
19.如权利要求16所述的无结场效应管，其特征在于，所述鳍的截面为三角形、矩形或者圆形。
20.如权利要求15所述的无结场效应管，其特征在于，所述第一掺杂区以及第二掺杂区的掺杂浓度从衬底表面到衬底中心逐渐减小。
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