專利名稱：包括弛豫襯里的柵控二極管結(jié)構(gòu)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般而言涉及半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)內(nèi)的柵控二極管(gated diode)結(jié)構(gòu)。更具體而言，本發(fā)明涉及半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)內(nèi)的包括弛豫襯里(relaxed liner)的柵控二極管結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
除了電阻器、電容器和晶體管之外，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)和半導(dǎo)體電路通常還包括二極管。 在幾種信號(hào)處理應(yīng)用、溫度感測(cè)和應(yīng)力感測(cè)應(yīng)用、以及進(jìn)一步的靜電保護(hù)應(yīng)用中的任一種中，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)和半導(dǎo)體電路內(nèi)的二極管是希望的并發(fā)揮作用。半導(dǎo)體制造技術(shù)中希望和常見(jiàn)的特定類型的二極管結(jié)構(gòu)為柵控二極管結(jié)構(gòu)。另一方面，柵控二極管結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)和尺寸上與場(chǎng)效應(yīng)晶體管大致類似，但在以下方面不同柵控二極管結(jié)構(gòu)內(nèi)的源極和漏極區(qū)域具有不同的極性(即，導(dǎo)電類型)。由此，在用于制造場(chǎng)效應(yīng)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體制造技術(shù)中，柵控二極管結(jié)構(gòu)在易于制造方面明顯是所希望的。雖然柵控二極管結(jié)構(gòu)在半導(dǎo)體制造領(lǐng)域由此是希望的，但在半導(dǎo)體制造中柵控二極管結(jié)構(gòu)并不是完全沒(méi)有問(wèn)題。特別地，柵控二極管結(jié)構(gòu)雖然具有因可與場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)同時(shí)制造而導(dǎo)致的優(yōu)點(diǎn)，但也具有由與場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)同時(shí)制造導(dǎo)致的幾個(gè)缺點(diǎn)中的任何缺點(diǎn)。在半導(dǎo)體制造領(lǐng)域中已知包括柵控二極管結(jié)構(gòu)的各種二極管結(jié)構(gòu)及其制造方法。例如，Adams等人在美國(guó)專利6，441，396中教導(dǎo)了包括二極管結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)以及用于制造包括該二極管結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法。在該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)和方法中，二極管結(jié)構(gòu)被用作用于該二極管結(jié)構(gòu)附近的其他半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的應(yīng)力監(jiān)視結(jié)構(gòu)。此外，Maciejewski等人在美國(guó)專利7，227，204中教導(dǎo)了具有增強(qiáng)的理想度 (ideality)的二極管結(jié)構(gòu)、以及用于制造具有增強(qiáng)的理想度的二極管結(jié)構(gòu)的方法。該二極管結(jié)構(gòu)通過(guò)包括陽(yáng)極而實(shí)現(xiàn)上述結(jié)果，該陽(yáng)極包括包含合金半導(dǎo)體材料和非合金半導(dǎo)體材料的分離的區(qū)域。由于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)制造要求和半導(dǎo)體器件制造要求變得更加嚴(yán)格，在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)和半導(dǎo)體器件制造領(lǐng)域內(nèi)的諸如特別地柵控二極管結(jié)構(gòu)的二極管結(jié)構(gòu)必然是繼續(xù)有用的。為此目的，這樣的二極管結(jié)構(gòu)及其制造方法是希望的，該二極管結(jié)構(gòu)及其制造方法提供具有改善的特性和增強(qiáng)的性能的二極管結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)內(nèi)使用的柵控二極管結(jié)構(gòu)以及用于制造在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)內(nèi)使用的柵控二極管的方法。在本發(fā)明中，柵控二極管結(jié)構(gòu)和用于制造柵控二極管結(jié)構(gòu)的方法在柵控二極管結(jié)構(gòu)內(nèi)包括位于柵極和二極管電極區(qū)域上的弛豫襯里。在本發(fā)明的方法中，弛豫襯里源自否則會(huì)在與柵控二極管結(jié)構(gòu)同時(shí)制造的場(chǎng)效應(yīng)晶體管內(nèi)被使用的應(yīng)力襯里(stressed liner)，但其中處理應(yīng)力襯里的覆蓋柵控二極管結(jié)構(gòu)的部分(即，最優(yōu)選使用離子注入處理)以弛豫(即，釋放或減輕)和優(yōu)選消除應(yīng)力襯里層的被包括在柵控二極管結(jié)構(gòu)內(nèi)的部分內(nèi)的應(yīng)力。在弛豫襯里特別地與拉伸應(yīng)力襯里相比改善了柵控二極管結(jié)構(gòu)的理想度性能的情況下，在柵控二極管結(jié)構(gòu)內(nèi)由應(yīng)力襯里制造這樣的弛豫襯里是所希望的。相似地，通過(guò)將應(yīng)力襯里保留在柵控二極管結(jié)構(gòu)內(nèi)的其適當(dāng)位置并從其原位(即， 而不是使用蝕刻方法剝離應(yīng)力襯里)來(lái)制造弛豫襯里，可以實(shí)現(xiàn)柵控二極管的改善的理想度性能而不會(huì)劣化柵控二極管的性能，否則，在使用特別地反應(yīng)離子蝕刻方法從柵控二極管結(jié)構(gòu)完全剝離應(yīng)力襯里的情況下，則會(huì)劣化柵控二極管的性能。在本發(fā)明中，“應(yīng)力襯里”表示具有超過(guò)約0. 3GPa的拉伸應(yīng)力或超過(guò)約_0. 3GPa的壓縮應(yīng)力。“弛豫襯里”表示具有不大于約+/-0. 3GPa的拉伸或壓縮應(yīng)力。根據(jù)本發(fā)明的一種特別的柵控二極管結(jié)構(gòu)包括半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底包括使第一極性的(較)重?fù)诫s區(qū)域與第二極性的(較)重?fù)诫s區(qū)域分隔的第一極性的(較) 輕摻雜區(qū)域，所述第二極性與所述第一極性不同。該特別的柵控二極管結(jié)構(gòu)還包括柵極，所述柵極位于所述第一極性的(較)輕摻雜區(qū)域上方并與其對(duì)準(zhǔn)。該特定的柵控二極管結(jié)構(gòu)還包括弛豫襯里，所述弛豫襯里保形地(conformally)覆蓋所述柵極和所述半導(dǎo)體襯底。根據(jù)本發(fā)明的另一特別的柵控二極管結(jié)構(gòu)包括半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底包括使第一極性的(較)重?fù)诫s區(qū)域與第二極性的(較)重?fù)诫s區(qū)域分隔的第一極性的(較) 輕摻雜區(qū)域，所述第二極性與所述第一極性不同。該另一特別的柵控二極管結(jié)構(gòu)還包括柵極，所述柵極位于所述第一極性的輕(較)摻雜區(qū)域上方并與其對(duì)準(zhǔn)。該另一特別的柵控二極管結(jié)構(gòu)還包括弛豫襯里，所述弛豫襯里保形地覆蓋所述柵極和所述半導(dǎo)體襯底。所述弛豫襯里包括氮化硅材料，所述氮化硅材料包括選自鍺雜質(zhì)和氙雜質(zhì)的雜質(zhì)。根據(jù)本發(fā)明的一種用于制造柵控二極管結(jié)構(gòu)的特別的方法包括在半導(dǎo)體襯底之上形成柵極。該特別的方法還包括在所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成第一極性的(較)輕摻雜區(qū)域， 所述第一極性的(較)輕摻雜區(qū)域被對(duì)準(zhǔn)在所述柵極下方并使第一極性的(較)重?fù)诫s區(qū)域與第二極性的(較)重?fù)诫s區(qū)域橫向分隔，所述第二極性與所述第一極性不同。該特別的方法還包括形成應(yīng)力襯里，所述應(yīng)力襯里保形地覆蓋所述柵極和所述半導(dǎo)體襯底。該特定的方法還包括處理所述應(yīng)力襯里以形成弛豫襯里。在上述柵控二極管結(jié)構(gòu)和方法中，以及根據(jù)以下公開內(nèi)容，(較)輕摻雜區(qū)域具有每立方厘米從lel2到約lel7摻雜劑原子的摻雜劑濃度，而(較)重?fù)诫s區(qū)域具有每立方厘米從lel7到約le21摻雜劑原子的摻雜劑濃度。


在下面闡述的具體實(shí)施方式
中，可以了解本發(fā)明的目的、特征以及優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)形成了本公開的實(shí)質(zhì)部分的附圖，可以理解具體實(shí)施方式
，其中圖1到圖1 示出了一系列示意性截面和平面視圖，其示例了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例在形成柵控二極管結(jié)構(gòu)過(guò)程中的連續(xù)制造步驟的結(jié)果。圖1示出了關(guān)于柵控二極管結(jié)構(gòu)的絕緣體上半導(dǎo)體襯底基礎(chǔ)襯底制造；圖2示出了關(guān)于圖1的隔離區(qū)域制造；圖3示出了關(guān)于圖2的離子注入處理；圖4示出了關(guān)于圖3的柵極掩蔽；圖5示出了關(guān)于圖4的柵極蝕刻；
圖6示出了關(guān)于圖5的部分柵極掩蔽和二極管電極形成；圖7示出了關(guān)于圖6的另一部分柵極掩蔽和附加的二極管電極形成；圖8示出了關(guān)于圖7的間隔物(spacer)形成；圖9示出了關(guān)于圖8的硅化物形成；圖10示出了關(guān)于圖9的襯里形成；圖11示出了關(guān)于圖10的襯里掩蔽和注入；圖12A/B示出了關(guān)于圖11的抗蝕劑剝離；以及圖13A/B示出了關(guān)于圖12A/B的鈍化/接觸形成。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明包括柵控二極管結(jié)構(gòu)和用于制造該二極管結(jié)構(gòu)的方法，在下面闡述的說(shuō)明中可了解本發(fā)明。通過(guò)上述附圖來(lái)理解下面闡述的說(shuō)明。由于附圖僅僅用于示例的目的， 因而附圖未必按比例繪制。圖1到圖1 示出了根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例在制造柵控二極管結(jié)構(gòu)過(guò)程中的連續(xù)階段的一系列示意性截面和平面視圖。圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的該具體實(shí)施例在柵控二極管結(jié)構(gòu)的制造的早期階段的柵控二極管結(jié)構(gòu)的示意性截面圖，其包括本發(fā)明的單獨(dú)的實(shí)施例。圖1示出了基礎(chǔ)半導(dǎo)體襯底10。掩埋介電層12位于基礎(chǔ)半導(dǎo)體襯底10上。表面半導(dǎo)體層14位于掩模介電層12上?？傮w地，基礎(chǔ)半導(dǎo)體襯底10、掩埋介電層12以及表面半導(dǎo)體層14包括絕緣體上半導(dǎo)體襯底。基礎(chǔ)半導(dǎo)體襯底10可包括幾種半導(dǎo)體材料中的任何半導(dǎo)體材料。非限制性實(shí)例包括硅、鍺、硅鍺合金、碳化硅、碳化硅鍺合金以及化合物(即，III-V和II-VI)半導(dǎo)體材料。 化合物半導(dǎo)體材料的非限制性實(shí)例包括砷化鎵、砷化銦以及磷化銦半導(dǎo)體材料。典型地，基礎(chǔ)半導(dǎo)體襯底10具有通常為常規(guī)的厚度。掩埋介電層12可包括幾種介電材料中的任何介電材料。非限制性實(shí)例包括氧化物、氮化物和氧氮化物，特別地，硅的氧化物、氮化物和氧氮化物，但不排除其他元素的氧化物、氮化物和氧氮化物。掩埋介電層12可包括晶體或非晶體介電材料。可以使用幾種方法中的任一種形成掩埋介電層12。非限制性實(shí)例包括離子注入方法、熱或等離子體氧化或氮化方法、化學(xué)氣相沉積方法和物理氣相沉積方法。典型地，掩埋介電層12包括構(gòu)成半導(dǎo)體襯底10的半導(dǎo)體材料的氧化物。典型地，掩埋介電層12具有約5到約1000納米的厚度。表面半導(dǎo)體層14可包括構(gòu)成半導(dǎo)體襯底10的幾種半導(dǎo)體材料中的任一種。表面半導(dǎo)體層14和半導(dǎo)體襯底10可包括在化學(xué)組成、摻雜劑極性、摻雜劑濃度和晶體取向方面相同或不同的半導(dǎo)體材料。典型地，表面半導(dǎo)體層14具有約50到約300納米的厚度。圖1示例的絕緣體上半導(dǎo)體可使用幾種方法中的任一種來(lái)制造。非限制性實(shí)例包括層疊方法、層轉(zhuǎn)移方法以及注氧分離(SIMOX)方法。雖然該特定實(shí)施例示例了在包括基礎(chǔ)半導(dǎo)體襯底10、掩埋介電層12和表面半導(dǎo)體層14的絕緣體上半導(dǎo)體的情況下的本發(fā)明，但更具體而言實(shí)施例以及更具體而言本發(fā)明均不受此限制。相反地，本發(fā)明可以替代地使用體半導(dǎo)體襯底(通過(guò)在基礎(chǔ)半導(dǎo)體襯底 10和表面半導(dǎo)體層14具有相同的化學(xué)組成和晶體取向的情況下不具有掩埋介電層12而得到)。實(shí)施例還涵蓋使用混合取向(HOT)襯底，該混合取向襯底包括在單個(gè)半導(dǎo)體襯底內(nèi)的多種晶體取向半導(dǎo)體區(qū)域。圖2首先示出了對(duì)圖1示例的表面半導(dǎo)體層14構(gòu)圖以提供表面半導(dǎo)體層14’的結(jié)果。圖2還示出了隔離區(qū)域16，該隔離區(qū)域16被定位為回填充并鄰接表面半導(dǎo)體層14’ 且被平坦化到表面半導(dǎo)體層14’的高度。可以使用否則是半導(dǎo)體制造領(lǐng)域中的通常常規(guī)的光刻和蝕刻方法而對(duì)表面半導(dǎo)體層14構(gòu)圖以形成表面半導(dǎo)體層14’。這樣的光刻和蝕刻方法通常包括各向異性蝕刻方法。由于各向異性蝕刻方法通常向表面半導(dǎo)體層14’提供直側(cè)壁，因此與各向同性蝕刻方法相比，各向異性蝕刻方法通常是希望的。隔離區(qū)域16通常包括與用于形成掩埋介電層12的材料相似、等價(jià)或相同的材料， 并通過(guò)使用與用于形成掩埋介電層12的方法相似、等價(jià)或相同的方法形成。典型地且優(yōu)選地，利用均厚層(blanket layer)沉積和使用表面半導(dǎo)體層14’作為平坦化停止層的平坦化方法而形成隔離區(qū)域16。特定的平坦化方法包括機(jī)械平坦化方法和化學(xué)機(jī)械拋光平坦化方法?；瘜W(xué)機(jī)械拋光平坦化方法是最常見(jiàn)的。雖然這樣的蝕刻、填充和平坦化技術(shù)對(duì)于高密度硅技術(shù)而言是常見(jiàn)的，但也可以使用備選的低成本技術(shù)，例如，通常稱為ROX的方法，其利用構(gòu)圖的上覆層(overlayer)和襯底氧化。該隔離區(qū)域的詳細(xì)制造和結(jié)構(gòu)對(duì)本發(fā)明不是關(guān)鍵的，并且典型地與上下文中德技術(shù)制造方法的整合一致地進(jìn)行這樣的選擇。圖3示出了使用摻雜劑離子劑量15對(duì)表面半導(dǎo)體層14’進(jìn)行摻雜以提供表面半導(dǎo)體層14”的結(jié)果。該摻雜劑離子劑量15典型地包括η摻雜劑離子，例如，砷或磷摻雜劑離子，但P摻雜劑離子注入同樣能夠形成根據(jù)實(shí)施例的有效柵控二極管結(jié)構(gòu)。典型地，以適宜的劑量和能量提供摻雜劑離子劑量15，從而在表面半導(dǎo)體層14”的表面內(nèi)提供每立方厘米約lel2到約lel4的η摻雜劑原子或ρ摻雜劑原子的摻雜劑濃度。作為對(duì)表面半導(dǎo)體層 14’的上述離子注入以提供表面半導(dǎo)體層14”的備選，可將初始形成的表面半導(dǎo)體層14形成為摻雜的表面半導(dǎo)體層。圖4示出了位于并形成在圖3的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(包括，特別地，表面半導(dǎo)體層14”和隔離區(qū)域16)上的柵極電介質(zhì)18。在表面半導(dǎo)體層14”和隔離區(qū)域16 二者的頂上延伸的這樣的形成物包括層沉積而非自對(duì)準(zhǔn)的熱氧化形成物。替代地，如果該層是熱氧化，則層18 的范圍可被限制在層14”的頂上而沒(méi)有在層16的頂上延伸。圖4還示出了位于并形成在柵極電介質(zhì)18上的柵極材料層20。圖4最后示出了第一掩模22 ( S卩，在截面中被示例為多個(gè)層，但在下面的包括平面視圖的進(jìn)一步的公開內(nèi)容中，表示單個(gè)環(huán)形第一掩模22)，該第一掩模22位于并形成在表面半導(dǎo)體層14”上方的位置處的柵極材料層20上。柵極電介質(zhì)18可包括常規(guī)介電材料，例如，具有在真空中測(cè)量的約4到約20的介電常數(shù)的硅的氧化物、氮化物和氧氮化物。替代地，柵極電介質(zhì)18可包括具有約20到至少約100的介電常數(shù)的通常較高介電常數(shù)介電材料。這樣的較高介電常數(shù)介電材料可包括但不限于氧化鉿、硅酸鉿、氧化鈦、鈦酸鋇鍶(BST)以及鋯鈦酸鉛(PZT)?？梢允褂眠m合于柵極電介質(zhì)18的組成的材料的幾種方法中的任一種形成柵極電介質(zhì)18。包括但不限于熱或等離子體氧化或氮化方法、化學(xué)氣相沉積方法和物理氣相沉積方法。典型地，柵極電介質(zhì)18 包括熱氧化硅介電材料或高介電常數(shù)介電材料，它們中的任一者具有通常常規(guī)的厚度。
柵極材料層20可包括的材料包括但不限于特定的金屬、金屬合金、金屬氮化物和金屬硅化物，以及其疊層和其組合物。柵極材料層20還可包括摻雜的多晶硅和摻雜的硅鍺材料(即，具有每立方厘米約IelS到約le22摻雜劑原子的摻雜劑濃度)和多晶化物 (polycide)材料(摻雜的多晶硅/金屬硅化物疊層材料)。相似地，也可以使用幾種方法中的任一種來(lái)形成上述材料。非限制性的實(shí)例包括自對(duì)準(zhǔn)硅化(salicide)方法、化學(xué)氣相沉積方法和物理氣相沉積方法，例如但不限于蒸發(fā)方法和濺射方法。典型地，柵極材料層20 包括具有約20到約200nm的厚度的摻雜的多晶硅材料。在本實(shí)施例中的第一掩模22以及其他掩?？砂◣追N掩模材料中的任何一種， 包括但不限于硬掩模材料和抗蝕劑掩模材料。典型地，第一掩模22包括抗蝕劑掩模材料， 例如，光致抗蝕劑掩模材料。這樣的抗蝕劑掩模材料可包括但不必限于負(fù)抗蝕劑材料、正抗蝕劑材料以及包括正抗蝕劑材料和負(fù)抗蝕劑材料二者的特性的混合抗蝕劑材料。典型地， 第一掩模22包括具有約100到約500納米的厚度的正抗蝕劑材料或負(fù)抗蝕劑材料。根據(jù)上述公開內(nèi)容，第一掩模22在平面視圖中旨在具有環(huán)形形狀。圖5首先示出了使用第一掩模22作為蝕刻掩模而對(duì)柵極材料層20構(gòu)圖以提供柵極20’且對(duì)柵極電介質(zhì)18構(gòu)圖以提供柵極電介質(zhì)18’的結(jié)果。可以通過(guò)使用否則是半導(dǎo)體制造領(lǐng)域中通常常規(guī)的蝕刻方法和蝕刻材料來(lái)進(jìn)行上述的使用第一掩模22作為蝕刻掩模而對(duì)柵極材料層20構(gòu)圖以提供柵極20’和對(duì)柵極電介質(zhì)18構(gòu)圖以提供柵極電介質(zhì) 18’ (即，二者都旨在為環(huán)形層)。與用于從圖1示例的表面半導(dǎo)體層14形成圖2示例的表面半導(dǎo)體層14’的蝕刻方法相似地，這樣的蝕刻方法將典型地包括各向異性反應(yīng)離子蝕刻方法，該方法通常為柵極20’和柵極電介質(zhì)18’提供直側(cè)壁。圖5還示出了從柵極20’剝離第一掩模22的結(jié)果。可使用否則是半導(dǎo)體制造領(lǐng)域中通常常規(guī)的方法和材料而從柵極20’剝離第一掩模22。這樣的方法和材料包括但不必限于濕法化學(xué)剝離方法和材料、干法等離子體剝離方法和材料、以及濕法化學(xué)剝離方法和材料與干法等離子體剝離方法和材料的組合。圖6首先示出了用第二掩模23掩蔽柵極20’的外部部分以及特別地表面半導(dǎo)體層14”的鄰近部分的結(jié)果。第二掩模23可包括與圖4中示例的第一掩模20相似、等價(jià)或相同的材料。典型地，第二掩模23同樣包括正抗蝕劑材料或負(fù)抗蝕劑材料。第二掩模23 應(yīng)被理解為其橫向尺寸不需被嚴(yán)格確定的阻擋掩模(block mask)，只要可以覆蓋柵極20’ 的外部部分和表面半導(dǎo)體層14”的鄰近部分即可。圖6還示出了使用柵極20’和第二掩模23作為離子注入掩模而形成的第一二極管電極M(即，當(dāng)P+時(shí)為陽(yáng)極，而當(dāng)n+時(shí)為陰極)，該第一二極管電極M位于并形成在柵極20’內(nèi)部。雖然第一二極管電極M可以相對(duì)于表面半導(dǎo)體層14”具有任一極性，但典型地，第一二極管結(jié)構(gòu)M具有與表面半導(dǎo)體層14”的其他剩余部分的極性相反的極性，但這同樣不是對(duì)實(shí)施例的要求。典型地，第一二極管電極M具有每立方厘米約lel9到約le21 的P摻雜劑原子的摻雜劑濃度。圖7首先示出了從圖6的柵控二極管結(jié)構(gòu)剝離第二掩模23的結(jié)果?？赏ㄟ^(guò)使用否則是半導(dǎo)體制造領(lǐng)域中通常常規(guī)的剝離方法和材料，從圖6的柵控二極管結(jié)構(gòu)剝離第二掩模23以提供圖7的部分的柵控二極管結(jié)構(gòu)。同樣，通常，這樣的剝離方法和材料可包括但不限于濕法化學(xué)剝離方法和材料、干法等離子體剝離方法和材料、以及濕法化學(xué)剝離方法和材料與干法等離子體剝離方法和材料的組合。圖7接下來(lái)示出了第三掩模沈，該第三掩模沈位于并形成為覆蓋包括被柵極20’ 包圍的第一二極管電極M的表面半導(dǎo)體層14”的內(nèi)部部分。第三掩模沈可包括與用于圖 6中示例的第二掩模23和圖4中示例的第一掩模22大致相似、等價(jià)或相同的掩模材料并具有與用于圖6中示例的第二掩模23和圖4中示例的第一掩模22大致相似、等價(jià)或相同的尺寸。圖7還示出了第二二極管電極觀(8卩，陽(yáng)極(如果ρ+)或陰極(如果η+)中的另一個(gè))，該第二二極管電極觀位于并被形成到表面半導(dǎo)體層14”的未被柵極20’或第三掩模 26覆蓋的部分處的表面半導(dǎo)體層14”中。第二二極管電極觀具有與第一二極管電極M不同的極性，且第二二極管電極觀具有每立方厘米約lel9到約le21的摻雜劑原子的摻雜劑濃度。由此，表面半導(dǎo)體層14”的位于柵極20’下方并對(duì)準(zhǔn)柵極20’的部分具有特定的極性 (即，優(yōu)選地，n_)并使第一二極管電極對(duì)(即，優(yōu)選地，P+陽(yáng)極)與第二二極管電極觀(即， 優(yōu)選地，η+陰極)分離，第一二極管電極M和第二二極管電極觀具有不同的極性和比表面半導(dǎo)體層14”的位于柵極20’下方并對(duì)準(zhǔn)柵極20’的部分高的摻雜劑濃度。圖8首先示出了從圖7的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)剝離第三掩模沈的結(jié)果。可通過(guò)使用否則是半導(dǎo)體制造領(lǐng)域中通常常規(guī)的并與用于剝離圖6中示例的第二掩模23或圖4中示例的第一掩模22的剝離方法和材料相似、等價(jià)或相同的剝離方法和材料，從圖7半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)剝離第三掩模26以提供圖8的部分的柵控二極管結(jié)構(gòu)。圖8還示出了間隔物30，所述間隔物30鄰近并鄰接包括柵極20’和柵極電介質(zhì) 18’的柵極疊層的相反側(cè)壁。間隔物30可包括否則是半導(dǎo)體制造領(lǐng)域中通常常規(guī)的材料， 并通過(guò)否則是半導(dǎo)體制造領(lǐng)域中通常常規(guī)的方法形成。典型地，間隔物30包括介電材料， 包括但不限于氧化硅介電材料、氮化硅介電材料或硅氧氮化物介電材料。典型地，使用均厚層沉積和各向異性回蝕刻方法而形成間隔物30。雖然這樣的間隔物典型地用于此時(shí)通過(guò)施加附加的注入來(lái)優(yōu)化MOSFET中的源極和漏極結(jié)分布，但這樣的間隔物還可被用于優(yōu)化該特定實(shí)施例的柵控二極管的摻雜劑分布。這樣的附加摻雜劑可以結(jié)合與層23和沈相似的掩蔽區(qū)域而被施加，但現(xiàn)在結(jié)合在其適當(dāng)位置的間隔物30而被施加。這樣的優(yōu)化的細(xì)節(jié)未在這里示出，并留給本領(lǐng)域的技術(shù)人員去實(shí)施。圖9示出了硅化物層32，該硅化物層32位于并形成在柵極20’、第一二極管電極 24和第二二極管電極觀的暴露部分上。硅化物層32可包括幾種硅化物形成金屬中的任一種。候選的硅化物形成金屬的非限制性實(shí)例包括鎳、鈷、鈦、鎢、鉺、鐿、鉬和釩硅化物形成金屬。鎳和鈷硅化物形成金屬是特別常見(jiàn)的。上面列舉的硅化物形成金屬中的其他金屬較不常見(jiàn)。典型地，使用自對(duì)準(zhǔn)硅化方法形成硅化物層32。該自對(duì)準(zhǔn)硅化方法包括(1)在圖8 的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上形成均厚硅化物形成金屬層；( 熱退火均厚硅化物形成金屬層和其所接觸的硅表面以選擇性地形成硅化物層32，而在例如間隔物30和隔離區(qū)域16上留下未反應(yīng)的金屬硅化物形成金屬層；以及(3)從例如間隔物30和隔離區(qū)域16選擇性地剝離硅化物形成金屬層的未反應(yīng)部分。典型地，硅化物層32包括具有約10到約80納米的厚度的硅化鎳材料或硅化鈷材料。圖10示出了應(yīng)力襯里層34，該應(yīng)力襯里層34位于并形成在圖9的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上。該應(yīng)力襯里層34被典型地用作與場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)合的襯里，該場(chǎng)效應(yīng)晶體管與在圖10中示例了其示意性截面圖的柵控二極管結(jié)構(gòu)同時(shí)制造。應(yīng)力襯里層34可包括幾種應(yīng)力襯里材料中的任何應(yīng)力襯里材料。這樣的應(yīng)力襯里材料可包括但不必局限于氧化硅材料、氮化硅材料、氧氮化硅材料和碳化硅材料。這樣的應(yīng)力襯里材料可以為壓縮應(yīng)力襯里材料(即， 具有超過(guò)-0. 的應(yīng)力，并可用于pFET中)或拉伸應(yīng)力襯里材料(即，具有超過(guò)0. 3GPa 的應(yīng)力，并可用于nFET中)。雖然本實(shí)施例特別地旨在包括這樣的η場(chǎng)效應(yīng)晶體管，該η場(chǎng)效應(yīng)晶體管包括位于并形成在圖10的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)內(nèi)的柵控二極管結(jié)構(gòu)上的拉伸應(yīng)力襯里 34，但本實(shí)施例或本發(fā)明不必受此限制。更確切地，實(shí)施例涵蓋使用壓縮或拉伸應(yīng)力襯里34 中的任一者。圖11首先示出了第四掩模36，該第四掩模36位于并被形成為覆蓋應(yīng)力襯里層34 的在位于并形成在表面半導(dǎo)體層14”內(nèi)的柵控二極管結(jié)構(gòu)的周邊的部分。第四掩模36可包括與第三掩模26、第二掩模23或第一掩模22相似、等價(jià)或相同的掩模材料，具有與第三掩模沈、第二掩模23或第一掩模22大致相似的尺寸，并使用與第三掩模沈、第二掩模23 或第一掩模22相似、等價(jià)或相同的方法形成。圖11還示出了使用應(yīng)力弛豫離子劑量37對(duì)圖10中示例的應(yīng)力襯里34進(jìn)行注入以提供弛豫襯里34’的結(jié)果。在圖11內(nèi)，弛豫襯里34’的弛豫部分覆蓋包括表面半導(dǎo)體層 14”的柵控二極管結(jié)構(gòu)，而弛豫襯里34’的未弛豫部分(即，仍具有應(yīng)力的部分)位于第四掩模36之下。弛豫部分與未弛豫部分之間的過(guò)渡是不間斷的，即，連續(xù)的，并且對(duì)于下伏的 (underlying)柵極和硅沉積是保形的。典型地，以每平方厘米約lel4到約應(yīng)力弛豫離子的離子注入劑量和約5到約SOkeV的離子注入能量提供應(yīng)力弛豫離子劑量37以在弛豫襯里34’內(nèi)提供每立方厘米約M15到約lel7應(yīng)力弛豫原子的應(yīng)力弛豫原子濃度。上述劑量和能量依賴于離子核素 (species)。選擇劑量和能量時(shí)的最關(guān)鍵方面為，離子不會(huì)穿透應(yīng)力膜而進(jìn)入下伏的半導(dǎo)體材料或硅材料。特別希望的應(yīng)力弛豫離子為硅、鍺和氙注入離子、以及具有大于約^amu 的、或更具體地大于約70amu的質(zhì)量的其他應(yīng)力弛豫離子。雖然該特定實(shí)施例清楚地示例并特別地涵蓋在形成圖11中示例的弛豫襯里層 34’時(shí)將離子注入方法用于圖10中示例的應(yīng)力襯里層34的一部分內(nèi)的應(yīng)力弛豫，但實(shí)施例或本發(fā)明不必受此限制。更確切地，實(shí)施例和本發(fā)明涵蓋以下方面除了離子注入處理之外的處理可被用于在應(yīng)力襯里層的一部分內(nèi)的應(yīng)力弛豫或應(yīng)力消除。這樣的其他處理可包括但不必局限于輻射處理(例如但不限于紫外輻射處理)或化學(xué)處理(例如層的部分蝕刻或減薄)。圖12A和12B示出了圖11的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的示意性截面圖和示意性平面圖，包括在已剝離了第四掩模36之后的柵控二極管結(jié)構(gòu)?？梢允褂门c用于剝離第三掩模沈、第二掩模 23或第一掩模22的方法和材料相似、等價(jià)或相同的方法和材料來(lái)剝離第四掩模36。圖12B特別地僅僅示例了隔離區(qū)域16、表面半導(dǎo)體層14”以及柵極20’，以清楚地示出根據(jù)該特定實(shí)施例和本發(fā)明的環(huán)形柵控二極管結(jié)構(gòu)。圖13A和1 大致對(duì)應(yīng)于圖12A和圖12B，但示例了覆蓋包括柵控二極管結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的介電鈍化層38。貫穿鈍化層38的是多個(gè)過(guò)孔40。鈍化層38可包括幾種鈍化材料中的任何鈍化材料。特別地，包括氧化硅、氮化硅和氧氮化硅鈍化材料?？梢允褂冒ǖ幌抻诨瘜W(xué)氣相沉積方法和物理氣相沉積方法的方法來(lái)形成鈍化層38。典型地，鈍化層38具有從約50到約300納米的厚度。過(guò)孔40可包括幾種導(dǎo)體材料中的任何導(dǎo)體材料，包括但不限于金屬、金屬合金、 金屬硅化物和金屬氮化物過(guò)孔材料?？赏ㄟ^(guò)使用否則是半導(dǎo)體制造領(lǐng)域中通常常規(guī)的方法來(lái)形成這樣的過(guò)孔材料。圖12A和12B特別地示例了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的柵控二極管結(jié)構(gòu)的示意性截面圖和示意性平面圖。柵控二極管結(jié)構(gòu)包括弛豫襯里34’，該弛豫襯里34’位于并被形成為覆蓋柵控二極管結(jié)構(gòu)內(nèi)的柵極20’以及鄰近的陽(yáng)極和陰極二極管電極M和觀。弛豫襯里34’源自應(yīng)力襯里34，該應(yīng)力襯里34典型地被用于與柵控二極管結(jié)構(gòu)同時(shí)制造的場(chǎng)效應(yīng)晶體管中。通過(guò)諸如但不限于離子注入處理的處理而從應(yīng)力襯里34形成弛豫襯里34’。 由于弛豫襯里在提供了改善的柵控二極管理想度的同時(shí)避免了否則會(huì)由使用反應(yīng)離子蝕刻方法從柵控二極管結(jié)構(gòu)剝離應(yīng)力襯里34而導(dǎo)致的任何柵控二極管理想度劣化，因此，特別地，當(dāng)受到拉伸應(yīng)力時(shí)，與應(yīng)力襯里34相比，弛豫襯里34’是希望的。優(yōu)選實(shí)施例是對(duì)本發(fā)明的示例而不是對(duì)本發(fā)明的限制?？梢詫?duì)根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例的柵控二極管結(jié)構(gòu)的方法、材料、結(jié)構(gòu)和尺寸進(jìn)行修正和修改，但卻仍提供根據(jù)本發(fā)明的柵控二極管和用于制造柵控二極管的方法。工業(yè)適用性本發(fā)明可在形成集成電路芯片的MOSFET半導(dǎo)體器件的設(shè)計(jì)和制造中發(fā)現(xiàn)工業(yè)適用性。發(fā)現(xiàn)其適用于各種電子和電氣裝置，并特別地可用于計(jì)算機(jī)和通信設(shè)備。
權(quán)利要求
1.一種柵控二極管結(jié)構(gòu)，包括半導(dǎo)體襯底(10)，包括使第一極性的重?fù)诫s區(qū)域04)與第二極性的重?fù)诫s區(qū)域08) 橫向分隔的第一極性的輕摻雜區(qū)域(14”)，所述第二極性與所述第一極性不同； 柵極00’)，在所述第一極性的輕摻雜區(qū)域(14”)上方并與其對(duì)準(zhǔn)；以及弛豫襯里(34’)，保形地覆蓋所述柵極00’ )和所述半導(dǎo)體襯底(10)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的柵控二極管結(jié)構(gòu)，其中所述半導(dǎo)體襯底包括體半導(dǎo)體襯底。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的柵控二極管結(jié)構(gòu)，其中所述半導(dǎo)體襯底包括絕緣體上半導(dǎo)體襯底。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的柵控二極管結(jié)構(gòu)，其中所述第一極性為η極性，且所述第二極性為 P極性。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的柵控二極管結(jié)構(gòu)，其中所述第一極性為ρ極性，且所述第二極性為 η極性。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的柵控二極管結(jié)構(gòu)，其中所述柵極被包括在柵極疊層中，所述柵極疊層包括插入在所述柵極與所述半導(dǎo)體襯底之間的柵極電介質(zhì)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的二極管結(jié)構(gòu)，其中所述弛豫襯里層包括氮化硅材料。
8.—種柵控二極管結(jié)構(gòu)，包括半導(dǎo)體襯底(10)，包括使第一極性的重?fù)诫s區(qū)域04)與第二極性的重?fù)诫s區(qū)域 (28)橫向分隔的第一極性的輕摻雜區(qū)域(14”)，所述第二極性與所述第一極性不同；柵極 00’)，位于所述第一極性的輕摻雜區(qū)域(14”)上方；以及襯里(34’)，保形地覆蓋所述柵極00’ )和所述半導(dǎo)體襯底，所述襯里包括氮化硅材料，所述氮化硅材料包括選自鍺雜質(zhì)和氙雜質(zhì)的雜質(zhì)，所述襯里還包括至少部分地覆蓋所述柵極的弛豫部分(34’ )；以及至少部分地覆蓋所述半導(dǎo)體襯底(10)的應(yīng)力部分(34)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的柵控二極管結(jié)構(gòu)，其中所述弛豫襯里僅包括鍺雜質(zhì)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的柵控二極管結(jié)構(gòu)，其中所述弛豫襯里僅包括氙雜質(zhì)。
11.根據(jù)權(quán)利要求8的柵控二極管結(jié)構(gòu)，其中所述半導(dǎo)體襯底包括體半導(dǎo)體襯底。
12.根據(jù)權(quán)利要求8的柵控二極管結(jié)構(gòu)，其中所述半導(dǎo)體襯底包括絕緣體上半導(dǎo)體襯底。
13.根據(jù)權(quán)利要求8的柵控二極管結(jié)構(gòu)，其中所述柵極被包括在柵極疊層中，所述柵極疊層包括插入在所述柵極與所述半導(dǎo)體襯底之間的柵極電介質(zhì)。
14.一種制造柵控二極管結(jié)構(gòu)的方法，包括 在半導(dǎo)體襯底(10)之上形成柵極00’ )；在所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成第一極性的輕摻雜區(qū)域(14”)，所述第一極性的輕摻雜區(qū)域 (14”)位于所述柵極00’ )下方并與其對(duì)準(zhǔn)且使第一極性的重?fù)诫s區(qū)域04)與第二極性的重?fù)诫s區(qū)域08)橫向分隔，所述第二極性與所述第一極性不同；形成應(yīng)力襯里(34)，所述應(yīng)力襯里(34)保形地覆蓋所述柵極和所述半導(dǎo)體襯底；以及處理所述應(yīng)力襯里以形成弛豫襯里(34’)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中形成所述第一極性的重?fù)诫s區(qū)域和與所述第一極性不同的所述第二極性的重?fù)诫s區(qū)域各自至少部分地使用所述柵極作為掩模。
16.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中所述處理使用離子注入方法。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中所述離子注入方法使用鍺應(yīng)力弛豫離子。
18.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中所述離子注入方法使用氙應(yīng)力弛豫離子。
19.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中所述離子注入方法使用具有大于約70amu的質(zhì)量的應(yīng)力弛豫離子。
20.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中所述處理使用紫外照射。
全文摘要
一種柵控二極管結(jié)構(gòu)和用于在SOI襯底(10)上制造柵控二極管結(jié)構(gòu)的方法，使用弛豫襯里(34’)，該弛豫襯里源自在與柵控二極管結(jié)構(gòu)同時(shí)形成的場(chǎng)效應(yīng)晶體管中典型地使用的應(yīng)力襯里(34)。通過(guò)對(duì)應(yīng)力襯里(34)的諸如離子注入處理的處理而形成所述弛豫襯里。所述弛豫襯里與應(yīng)力襯里相比改善了柵控二極管理想度而沒(méi)有對(duì)柵控二極管的任何損害，而在使用反應(yīng)離子蝕刻方法從柵控二極管剝離應(yīng)力襯里則會(huì)發(fā)生對(duì)柵控二極管的損害。
文檔編號(hào)H01L21/33GK102356456SQ201080012138
公開日2012年2月15日 申請(qǐng)日期2010年2月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月19日
發(fā)明者A·I·舒, G·G·弗里曼, K·麥克斯戴, S·納拉辛哈 申請(qǐng)人:國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司