專利名稱：鰭型場(chǎng)效應(yīng)晶體管二極管結(jié)構(gòu)及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體來(lái)說涉及數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域，更具體而言，涉及鰭型場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)二極管或FinFET二極管結(jié)構(gòu)以及構(gòu)建該FinFET二極管結(jié)構(gòu)的方法。
背景技術(shù)：
可以以FinFET絕緣體上硅(SOI)技術(shù)來(lái)構(gòu)建二極管，該二極管與用目前的平面SOI技術(shù)或體CMOS(bulk CMOS)技術(shù)所構(gòu)建的二極管形式大致相同。如目前沒有使用任何Fin結(jié)構(gòu)來(lái)構(gòu)建二極管，可以僅僅使用平面器件來(lái)構(gòu)建二極管，所述平面器件被構(gòu)建得足夠?qū)捯詫?duì)準(zhǔn)在柵極區(qū)上方的阻擋擴(kuò)散(block diffusion，BN/BP)。然而，這些二極管是對(duì)N本體(N-body)進(jìn)行P+擴(kuò)散的二極管，其具有高的串聯(lián)電阻。該特性限制了它們的有效性并增大了其尺寸。
圖1表示了傳統(tǒng)的二極管設(shè)計(jì)。在SOI技術(shù)中，使用多晶硅邊界環(huán)(polysilicon-bounded ring)二極管。在這一技術(shù)中，僅支持一種類型的二極管設(shè)計(jì)。該二極管形成于P+源極/漏極擴(kuò)散區(qū)和N-本體區(qū)之間。這些二極管是具有高串聯(lián)電阻的對(duì)N本體進(jìn)行P+擴(kuò)散的二極管，并具有被限制的有效性以及增大的尺寸?，F(xiàn)有技術(shù)二極管的剖面圖如圖1所示。
存在對(duì)于具有改善的二極管特性的二極管結(jié)構(gòu)的需要，并且希望提供具有在物理上尺寸更小的這樣的二極管結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要方面是提供改善的FinFET二極管結(jié)構(gòu)以及構(gòu)建該FinFET二極管結(jié)構(gòu)的方法。本發(fā)明的其他重要目的是提供基本沒有負(fù)效應(yīng)(negative effect)并克服了現(xiàn)有技術(shù)配置中的眾多不利的FinFET二極管結(jié)構(gòu)以及構(gòu)建該FinFET二極管結(jié)構(gòu)的方法。
簡(jiǎn)要地說，提供了FinFET二極管結(jié)構(gòu)以及用于構(gòu)建該FinFET二極管結(jié)構(gòu)的方法。通過用P+摻雜劑在第一側(cè)并用N+摻雜劑在第二側(cè)注入擴(kuò)散鰭以提供P+N+二極管結(jié)構(gòu)，來(lái)制造FinFET二極管結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明的特征，執(zhí)行成角度的注入以用于注入各個(gè)N+和P+摻雜劑。擴(kuò)散鰭由半導(dǎo)體材料形成，如包括單晶硅的硅。鰭的寬度被限定使得所得PN結(jié)二極管具有合理的突變P+/N+結(jié)以及提高的二極管特性。鰭的寬度為選取的寬度，例如，在25nm至500nm的范圍內(nèi)。


從對(duì)附圖中示出的本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的以下詳細(xì)描述中，本發(fā)明以及以上和其他目的和優(yōu)點(diǎn)將更易理解，其中圖1是表示傳統(tǒng)二極管的剖面圖；圖2是表示根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例的示例性FinFET二極管結(jié)構(gòu)的剖視圖；圖3是表示根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例的第二示例性FinFET二極管結(jié)構(gòu)的剖視圖，實(shí)線箭頭表示P+成角度的離子注入，虛線箭頭表示N+成角度的離子注入；圖4是表示根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例的用于圖3的FinFET二極管結(jié)構(gòu)的示例性掩模形狀的正視圖；圖5是表示根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例的另一示例性FinFET二極管結(jié)構(gòu)的剖視圖；圖6是表示根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例的用于圖5的FinFET二極管結(jié)構(gòu)的示例性掩模形狀的正視圖；圖7是表示根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例的又一示例性蛇形FinFET二極管結(jié)構(gòu)的剖視圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)參照附圖，在圖2中示出了根據(jù)一優(yōu)選實(shí)施例的示例性FinFET二極管結(jié)構(gòu)，其大體由附圖標(biāo)記200來(lái)表示。該示例性FinFET二極管結(jié)構(gòu)200包括非導(dǎo)電襯底或氧化物202，其支撐擴(kuò)散鰭或FinFET半導(dǎo)體鰭204。應(yīng)理解的是，本發(fā)明適用于各種半導(dǎo)體技術(shù)，例如絕緣體上硅(SOI)、互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)、BiCMOS、雙極以及硅鍺(SiGe)，只要該FinFET半導(dǎo)體鰭204與其他這樣的鰭和襯底電隔離。
根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例的特征，通過用P+摻雜劑206在一側(cè)并用N+摻雜劑208在另一側(cè)注入FinFET半導(dǎo)體鰭204，來(lái)制造二極管結(jié)構(gòu)，如示例性FinFET二極管結(jié)構(gòu)200。這導(dǎo)致了圖2所示的P+N+二極管結(jié)構(gòu)200。
半導(dǎo)體鰭204形成在比如單晶硅的硅中，或者其他半導(dǎo)體材料中。鰭的寬度被限定使得所得PN結(jié)二極管具有合理的突變P+/N+結(jié)以及盡可能好的二極管特性。依據(jù)鰭的形狀清晰度限制以及N和P節(jié)點(diǎn)(node)的注入能量，鰭的寬度為選取的寬度，例如，在25nm至500nm的范圍內(nèi)。注意與圖1所示的傳統(tǒng)二極管相比的N-區(qū)的消除/減小。
在正常的FinFET加工中，執(zhí)行相同摻雜劑類型的兩次成角度的注入，從而產(chǎn)生N+或者P+漏極和源極擴(kuò)散。這些注入首先對(duì)準(zhǔn)鰭的一側(cè)，然后是另一側(cè)。優(yōu)選實(shí)施例的FinFET二極管結(jié)構(gòu)200的形成是這一基礎(chǔ)工藝的擴(kuò)展。
該示例性FinFET二極管結(jié)構(gòu)200具有更加理想的二極管特性并且在物理上小于使用傳統(tǒng)SOI技術(shù)所構(gòu)建的傳統(tǒng)二極管。
參照?qǐng)D3和4，其示出了根據(jù)一優(yōu)選實(shí)施例的大體上由圖3中的附圖標(biāo)記300表示的另一示例性所得FinFET二極管結(jié)構(gòu)，以及用于根據(jù)本優(yōu)選實(shí)施例的FinFET二極管結(jié)構(gòu)300的大體上由圖4中的附圖標(biāo)記400表示的示例性實(shí)例掩模形狀。
根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例的特征，用以“P+注入306”標(biāo)識(shí)的多個(gè)實(shí)線箭頭和以“N+注入308”標(biāo)識(shí)的多個(gè)虛線箭頭來(lái)表示用于從半導(dǎo)體鰭304產(chǎn)生P+/N+二極管結(jié)構(gòu)的成角度的離子注入。擴(kuò)散鰭304對(duì)應(yīng)于圖4中標(biāo)以RX404的形狀。絕緣柵極材料節(jié)點(diǎn)310、如多晶硅材料或沿著半導(dǎo)體鰭結(jié)構(gòu)304的頂部和端部縱向向下的多晶條(poly stripe)310，用作硅化物形成期間的停止物。多晶條310對(duì)應(yīng)于圖4中標(biāo)以PC 410的形狀。不同的是，傳統(tǒng)的硅化物形成會(huì)將FinFET二極管結(jié)構(gòu)300的兩側(cè)短路在一起而沒有柵極材料310。在FinFET二極管結(jié)構(gòu)300端部的一對(duì)硅接頭(silicon tab)312提供了一對(duì)接觸連接物或者圖4中的形狀412到二極管陽(yáng)極和陰極的著陸點(diǎn)(landing site)。
圖3和4假設(shè)使用獨(dú)特的掩模形狀400以及工藝步驟來(lái)形成FinFET二極管結(jié)構(gòu)300。該獨(dú)特的掩模形狀400僅用于隔離其中從形成傳統(tǒng)二極管的區(qū)域來(lái)構(gòu)建FinFET二極管結(jié)構(gòu)300的區(qū)域。優(yōu)選實(shí)施例的基本特征是屏蔽芯片的其余區(qū)域并敞開恰好是FinFET二極管結(jié)構(gòu)300的二極管存在的區(qū)域以及執(zhí)行至少一種獨(dú)特的注入，例如，在鰭型結(jié)構(gòu)304的一側(cè)從一個(gè)角度α的注入以或形成或過摻雜(overdope)漏極/源極注入并由此產(chǎn)生二極管的一個(gè)節(jié)點(diǎn)(N+或P+離子注入)。該FinFET二極管結(jié)構(gòu)300需要所有二極管結(jié)構(gòu)僅形成在一個(gè)方向、即所示的直線二極管結(jié)構(gòu)，并且所有這些二極管結(jié)構(gòu)彼此平行。可以通過傳統(tǒng)的漏極或源極注入，允許P型器件漏極/源極注入或N型器件漏極/源極注入，來(lái)形成二極管的另一節(jié)點(diǎn)，或者也使用敞開并注入另一二極管節(jié)點(diǎn)的相同的獨(dú)特掩模。
使用一個(gè)或多個(gè)獨(dú)特的注入“P+注入306”、“N+注入308”，使得在鰭304中形成突變結(jié)，消除了通常存在于傳統(tǒng)的二極管結(jié)構(gòu)中兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的只是輕摻雜的本征區(qū)，而多晶硅柵極隔離了所述兩個(gè)節(jié)點(diǎn)。FinFET二極管結(jié)構(gòu)300的突變結(jié)提供了大大減小的串聯(lián)電阻以及理想得多的二極管特性。本優(yōu)選實(shí)施例的FinFET二極管結(jié)構(gòu)300用于輸出驅(qū)動(dòng)器保護(hù)結(jié)構(gòu)以及熱二極管溫度感測(cè)應(yīng)用的需求。
參照?qǐng)D5和6，其示出了根據(jù)一優(yōu)選實(shí)施例并大體上由圖5中的附圖標(biāo)記500表示的另一示例性所得FinFET二極管結(jié)構(gòu)，以及用于根據(jù)本實(shí)施例的FinFET二極管結(jié)構(gòu)500的大體上由圖6中的附圖標(biāo)記600所表示的示例性實(shí)例掩模形狀。
根據(jù)本優(yōu)選實(shí)施例的特征，使用標(biāo)準(zhǔn)的掩模和工藝步驟來(lái)制造FinFET二極管結(jié)構(gòu)500。當(dāng)使用標(biāo)準(zhǔn)的掩模和工藝步驟時(shí)，半導(dǎo)體鰭504必須更寬以容納N+注入阻擋設(shè)計(jì)水平面(blocking design level)和P+注入阻擋設(shè)計(jì)水平面的對(duì)準(zhǔn)。N+注入阻擋設(shè)計(jì)水平面和P+注入阻擋設(shè)計(jì)水平面被稱為BP和BN掩模。更寬的擴(kuò)散鰭504對(duì)應(yīng)于圖6中標(biāo)以RX 604的形狀。FinFET二極管結(jié)構(gòu)500的所得二極管特性折衷，然而，由于潛在的更大的二極管表面積以及更大的輕摻雜本體區(qū)截面，該器件仍優(yōu)于傳統(tǒng)的平面SOI二極管結(jié)構(gòu)。當(dāng)使用標(biāo)準(zhǔn)的掩模和工藝步驟來(lái)構(gòu)建FinFET二極管結(jié)構(gòu)500時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)任何形狀的二極管結(jié)構(gòu)。
FinFET二極管結(jié)構(gòu)500類似地包括沿著FinFET二極管結(jié)構(gòu)500的頂部和端部縱向向下并用作硅化物形成期間的停止物的多晶條510。多晶條510對(duì)應(yīng)于圖6中標(biāo)以PC 610的形狀。在FinFET二極管結(jié)構(gòu)500端部的一對(duì)硅接頭512類似地提供了一對(duì)接觸連接物或者圖6中的形狀612到二極管的陽(yáng)極和陰極的著陸點(diǎn)。
參照?qǐng)D7，其示出了根據(jù)一優(yōu)選實(shí)施例的大體上由附圖標(biāo)記700表示的示例性蛇形FinFET二極管結(jié)構(gòu)。蛇形FinFET二極管結(jié)構(gòu)700包括大體由附圖標(biāo)記702表示的硅擴(kuò)散區(qū)或鰭；大體由附圖標(biāo)記704表示的柵極，而大體由附圖標(biāo)記708表示的BN/BP掩模以虛線示出。蛇形FinFET二極管結(jié)構(gòu)700具有不需要用于構(gòu)建二極管的任何獨(dú)特掩模層或工藝步驟的優(yōu)點(diǎn)。器件的每單位長(zhǎng)度的二極管特性可能會(huì)優(yōu)于以平面結(jié)構(gòu)制造的二極管特性，但并不像以獨(dú)特掩模形狀400和包括至少一個(gè)新注入的工藝步驟的FinFET二極管結(jié)構(gòu)300那樣好。然而，蛇形FinFET二極管結(jié)構(gòu)700具有在二極管的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的輕摻雜本征區(qū)，因此將具有較高的串聯(lián)電阻，使得其從電學(xué)觀點(diǎn)看并沒有以上根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例所描述的那么理想。
簡(jiǎn)要地說，所述優(yōu)選實(shí)施例的鰭的改進(jìn)是對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)平面結(jié)構(gòu)的改善，但使用新的掩模和獨(dú)特的一個(gè)或多個(gè)注入能夠?qū)崿F(xiàn)最大的改善。
盡管已參照附圖中所示的本發(fā)明實(shí)施例的細(xì)節(jié)描述了本發(fā)明，但這些細(xì)節(jié)并非意于限制由所附權(quán)利要求所界定的本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種FinFET二極管結(jié)構(gòu)，包括垂直定向的擴(kuò)散鰭，所述擴(kuò)散鰭具有第一側(cè)和第二側(cè)；在所述擴(kuò)散鰭的第一側(cè)上的P+摻雜劑注入；以及在所述擴(kuò)散鰭的第二側(cè)上的N+摻雜劑注入，所述P+摻雜劑注入和所述N+摻雜劑注入提供了P+N+二極管結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的FinFET二極管結(jié)構(gòu)，其中所述垂直定向的擴(kuò)散鰭由半導(dǎo)體材料形成。
3.如權(quán)利要求1所述的FinFET二極管結(jié)構(gòu)，其中所述垂直定向的擴(kuò)散鰭由硅形成。
4.如權(quán)利要求1所述的FinFET二極管結(jié)構(gòu)，其中所述垂直定向的擴(kuò)散鰭由單晶硅形成。
5.如權(quán)利要求1所述的FinFET二極管結(jié)構(gòu)，其中所述垂直定向的擴(kuò)散鰭具有其范圍在25nm至500nm之間的選定寬度。
6.如權(quán)利要求1所述的FinFET二極管結(jié)構(gòu)，其中在所述擴(kuò)散鰭第一側(cè)上的所述P+摻雜劑注入和在所述擴(kuò)散鰭第二側(cè)上的所述N+摻雜劑注入中的至少一個(gè)包括獨(dú)特的掩模，該掩模用于提供產(chǎn)生一個(gè)二極管節(jié)點(diǎn)的成角度的注入；所述成角度的注入使得在所述擴(kuò)散鰭中形成突變結(jié)。
7.如權(quán)利要求1所述的FinFET二極管結(jié)構(gòu)，包括沿所述擴(kuò)散鰭的頂部和相對(duì)端部縱向延伸的選定柵極材料的條；所述選定柵極材料用作硅化物形成期間的停止物。
8.如權(quán)利要求1所述的FinFET二極管結(jié)構(gòu)，包括形成在所述擴(kuò)散鰭的第一側(cè)和第二側(cè)上的一對(duì)硅接頭，所述硅接頭為一對(duì)接觸連接物提供著陸點(diǎn)。
9.如權(quán)利要求1所述的FinFET二極管結(jié)構(gòu)，包括提供成角度的注入，其用于形成所述擴(kuò)散鰭第一側(cè)上的所述P+摻雜劑注入或者所述擴(kuò)散鰭第二側(cè)上的所述N+摻雜劑注入中的至少一個(gè)。
10.一種構(gòu)建FinFET二極管結(jié)構(gòu)的方法，包括以下步驟形成具有第一側(cè)和第二側(cè)的垂直取向的擴(kuò)散鰭；在第一側(cè)用P+摻雜劑注入所述擴(kuò)散鰭；以及在第二側(cè)用N+摻雜劑注入所述擴(kuò)散鰭以提供P+N+二極管結(jié)構(gòu)。
11.如權(quán)利要求10所述的構(gòu)建FinFET二極管結(jié)構(gòu)的方法，其中形成所述垂直取向的擴(kuò)散鰭的步驟包括形成具有選定寬度的垂直取向的擴(kuò)散鰭。
12.如權(quán)利要求11所述的構(gòu)建FinFET二極管結(jié)構(gòu)的方法，其中所述垂直取向的擴(kuò)散鰭的選定寬度是范圍在25nm至500nm之間的選定寬度。
13.如權(quán)利要求10所述的構(gòu)建FinFET二極管結(jié)構(gòu)的方法，其中形成所述垂直取向的擴(kuò)散鰭的步驟包括形成半導(dǎo)體材料的所述垂直取向的擴(kuò)散鰭。
14.如權(quán)利要求10所述的構(gòu)建FinFET二極管結(jié)構(gòu)的方法，其中形成所述垂直取向的擴(kuò)散鰭的步驟包括形成硅的所述垂直取向的擴(kuò)散鰭。
15.如權(quán)利要求10所述的構(gòu)建FinFET二極管結(jié)構(gòu)的方法，其中形成所述垂直取向的擴(kuò)散鰭的步驟包括形成單晶硅的所述垂直取向的擴(kuò)散鰭。
16.如權(quán)利要求10所述的構(gòu)建FinFET二極管結(jié)構(gòu)的方法，其中在第一側(cè)用P+摻雜劑注入所述擴(kuò)散鰭的步驟包括提供用于注入所述P+摻雜劑的成角度的注入的步驟；所述成角度的注入使得在所述擴(kuò)散鰭中形成突變結(jié)。
17.如權(quán)利要求10所述的構(gòu)建FinFET二極管結(jié)構(gòu)的方法，其中在第二側(cè)用N+摻雜劑注入所述擴(kuò)散鰭的步驟包括提供用于注入所述N+摻雜劑的成角度的注入的步驟；所述成角度的注入使得在所述擴(kuò)散鰭中形成突變結(jié)。
18.如權(quán)利要求10所述的構(gòu)建FinFET二極管結(jié)構(gòu)的方法，包括形成沿所述擴(kuò)散鰭的頂部和相對(duì)端部縱向延伸的多晶硅材料的條，所述多晶硅材料用作硅化物形成期間的停止物。
19.如權(quán)利要求10所述的構(gòu)建FinFET二極管結(jié)構(gòu)的方法，包括在所述擴(kuò)散鰭的第一側(cè)和第二側(cè)上形成一對(duì)硅接頭，所述硅接頭為一對(duì)接觸連接物提供著陸點(diǎn)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種FinFET二極管結(jié)構(gòu)和用于構(gòu)建所述FinFET二極管結(jié)構(gòu)的方法。通過用P+摻雜劑在第一側(cè)并用N+摻雜劑在第二側(cè)注入擴(kuò)散鰭以提供P+N+二極管結(jié)構(gòu)，來(lái)制造FinFET二極管結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)H01L21/335GK1750268SQ20051007270
公開日2006年3月22日 申請(qǐng)日期2005年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月17日
發(fā)明者理查德·L·唐澤, 卡爾·R·埃里克森, 威廉·P·霍維斯, 約翰·E·希茨第二, 喬恩·R·泰茨洛夫, 勞拉·M·朱布倫恩 申請(qǐng)人:國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司