與finfet工藝相兼容的二極管結(jié)構(gòu)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種實(shí)施例集成電路(如，二極管)及其制造方法。實(shí)施例集成電路包括形成在具有第一摻雜類(lèi)型的襯底的上方的具有第一摻雜類(lèi)型的阱，該阱包括鰭、形成在鰭的第一側(cè)的阱的上方的源極、形成在鰭的第二側(cè)的阱的上方的漏極、以及形成在鰭的上方的柵氧化物，其中，源極具有第二摻雜類(lèi)型、漏極具有第一摻雜類(lèi)型、以及鰭的回退區(qū)將柵氧化物和源極橫向分隔開(kāi)。集成電路與FinFET制造工藝相兼容。
【專(zhuān)利說(shuō)明】與FINFET工藝相兼容的二極管結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體上涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，更具體地，涉及與FINFET工藝相兼容的二極管結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]二極管是一種允許電流在一個(gè)方向通過(guò)而在另一個(gè)方向很難通過(guò)的電子器件。在現(xiàn)代電路設(shè)計(jì)中最常見(jiàn)的二極管是半導(dǎo)體二極管。
[0003]半導(dǎo)體二極管的實(shí)例包括淺溝槽隔離(STI) 二極管和柵控二極管。這兩種二極管通常具有快速的導(dǎo)通時(shí)間和高導(dǎo)率，使得它們能很好地適應(yīng)于靜電放電(ESD)保護(hù)電路。
[0004]在一些案例中，利用鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FinFET)工藝可以形成柵控二極管。由于FinFET，使得在半導(dǎo)體行業(yè)中，半導(dǎo)體的尺寸可以越來(lái)越小而相應(yīng)的FET速度可以越來(lái)越快。事實(shí)上，F(xiàn)inFET或多個(gè)柵極晶體管可以用于32nm的子晶體管節(jié)點(diǎn)中。FinFET不僅提高了面密度還增強(qiáng)了溝道的柵極控制。
[0005]但不幸的是，柵控二極管和STI 二極管均具有不良弊端。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種集成電路，包括:阱，具有第一摻雜類(lèi)型，形成在具有第一摻雜類(lèi)型的襯底的上方，阱包括鰭；源極，形成在阱的上方，位于鰭的第一側(cè)，源極具有第二摻雜類(lèi)型；漏極，形成在阱的上方，位于鰭的第二側(cè)，漏極具有第一摻雜類(lèi)型；以及柵氧化物，形成在鰭的上方，鰭的回退區(qū)將柵氧化物與源極橫向分隔開(kāi)。
[0007]其中，柵氧化物僅部分地覆蓋鰭的頂面。
[0008]其中，在源極和漏極之間的鰭中限定溝道。
[0009]其中，柵氧化物覆蓋鰭的緊鄰漏極的一部分。
[0010]其中，回退區(qū)的第一寬度小于柵氧化物的第二寬度。
[0011]其中，柵氧化物的外側(cè)壁與漏極的內(nèi)側(cè)壁垂直對(duì)齊。
[0012]其中，源極電連接至超過(guò)約三伏特的電壓源。
[0013]其中，漏極和柵極電連接至地線。
[0014]其中，第一摻雜類(lèi)型是P型，第二摻雜類(lèi)型是N型。
[0015]此外，還提供了一種集成電路，包括:講，具有第一摻雜類(lèi)型，形成在具有第一摻雜類(lèi)型的襯底的上方，阱包括具有鰭式頂面的鰭；源極和漏極，形成在鰭的相對(duì)兩側(cè)，源極具有第二摻雜類(lèi)型，漏極具有第一摻雜類(lèi)型；以及柵氧化物，覆蓋鰭式頂面的第一部分，并留出鰭式頂面的第二部分，鰭式頂面的第二部分與未被柵氧化物覆蓋的回退區(qū)相對(duì)應(yīng)。
[0016]其中，在源極和漏極之間的鰭中限定溝道。
[0017]其中，鰭式頂面的第一部分緊鄰漏極。
[0018]其中，回退區(qū)由鰭形成。
[0019]其中，源極電連接至超過(guò)約三伏特的電壓源，漏極和柵極電連接至地線。[0020]其中，柵極氧化層的外側(cè)壁與漏極的內(nèi)側(cè)壁垂直對(duì)齊。
[0021]其中，柵氧化物與鰭式頂面的第一部分相嚙合。
[0022]其中，回退區(qū)緊鄰源極。
[0023]此外，還提供了一種形成集成電路的方法，包括:在襯底的上方形成具有第一摻雜類(lèi)型的阱，襯底具有第一摻雜類(lèi)型，阱包括具有鰭式頂面的鰭；在鰭的相對(duì)側(cè)形成源極和漏極，源極具有第二摻雜類(lèi)型，漏極具有第一摻雜類(lèi)型；以及用柵氧化物覆蓋鰭式頂面的第一部分，并留出鰭式頂面的第二部分，鰭式頂面的第二部分與未被柵氧化物覆蓋的回退區(qū)相對(duì)應(yīng)。
[0024]該方法進(jìn)一步包括在源極和漏極之間形成溝道。
[0025]該方法進(jìn)一步包括將源極電連接至超過(guò)約三伏特的電壓源，并將漏極和柵氧化物電連接至地線。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0026]為了更全面地理解實(shí)施例及其優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)將結(jié)合附圖所進(jìn)行的描述作為參考，其中:
[0027]圖1示出了傳統(tǒng)柵控二極管；
[0028]圖2示出了傳統(tǒng)淺溝槽隔離(STI) 二極管；
[0029]圖3示出了具有回退區(qū)以及與鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FinFET)制作工藝兼容的實(shí)施例二極管；
[0030]圖4示出了圖1所示的傳統(tǒng)柵控二極管的頂視圖；
[0031]圖5示出了圖2所示的傳統(tǒng)STI 二極管的頂視圖；
[0032]圖6示出了圖3所示的實(shí)施例二極管的頂視圖；
[0033]圖7示出了圖1所示的柵控二極管、圖2所示的STI 二極管以及圖3所述的實(shí)施例二極管的導(dǎo)通電阻(Ron)和反向漏電流的對(duì)比圖表；
[0034]圖8以圖形示出橫跨圖2所示柵控二極管中柵氧化物的區(qū)的電場(chǎng)；
[0035]圖9以圖形示出橫跨圖3所示實(shí)施例二極管中柵氧化物的區(qū)的電場(chǎng)；以及
[0036]圖10示出了形成圖3所示實(shí)施例二極管的方法。
[0037]除非另有說(shuō)明，否則不同圖中對(duì)應(yīng)的數(shù)字和符號(hào)通常指代對(duì)應(yīng)部分。繪制出的圖用于清楚地說(shuō)明實(shí)施例的相關(guān)方面，且無(wú)需按比例繪制。
【具體實(shí)施方式】
[0038]下面，詳細(xì)討論本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的制造和使用。然而，應(yīng)該理解，本發(fā)明提供了許多可以在各種具體環(huán)境中實(shí)現(xiàn)的可應(yīng)用的概念。所討論的具體實(shí)施例僅僅示出了制造和使用本發(fā)明的具體方式，而不用于限制本發(fā)明的范圍。
[0039]通過(guò)具體環(huán)境中的優(yōu)選實(shí)施例來(lái)描述本公開(kāi)，即與FinFET工藝相兼容的二極管結(jié)構(gòu)。但是，本公開(kāi)也應(yīng)用于其他集成電路、電子結(jié)構(gòu)等。
[0040]參見(jiàn)圖1，示出了使用FinFET工藝形成的傳統(tǒng)柵控二極管10以供參考。如圖所示，傳統(tǒng)柵控二極管10包括支撐阱14 (如，P阱)的襯底12(如，P型襯底)。鰭16(或阱14的部分)設(shè)置在源極18 (如，重?fù)诫sN型源極)和漏極20 (如，重?fù)诫sP型漏極)。如圖所示，柵氧化物22(如，柵極)設(shè)置在鰭16的上方。此外，輸入/輸出端(10)24電連接至源極18，且地線26 (Vss)電連接至柵極22和漏極20。
[0041 ] 不幸的是，當(dāng)圖1所示的柵控二極管10用于超速傳動(dòng)應(yīng)用(overdriveapplication)時(shí),會(huì)出現(xiàn)過(guò)應(yīng)力問(wèn)題(overstress issue)。例如，當(dāng)超過(guò)大約三伏特(如，3.3V)的電壓供給1024時(shí)，柵氧化物22過(guò)應(yīng)力且可能消失。同樣地，柵控二極管10可能會(huì)出現(xiàn)性能退化或完全失效。
[0042]參見(jiàn)圖2，也示出了傳統(tǒng)淺溝槽隔離(STI) 二極管28以供參考。如圖所示，傳統(tǒng)STI 二極管28包括支持阱32 (如，P阱)的襯底30 (如，P型襯底)。淺溝槽隔離(STI) 34的袋狀區(qū)形成在源極36 (如，重?fù)诫sN型源極)和漏極38 (如，重?fù)诫sP型漏極)之間。輸入/輸出端(10)40電連接至源極36，且地線42 (Vss)電連接至漏極38。
[0043]雖然圖2所示的STI 二極管28能夠避免過(guò)應(yīng)力條件對(duì)圖1所示的柵控二極管10產(chǎn)生不良影響，但是和柵控二極管10相比，STI 二極管28具有相對(duì)較大的導(dǎo)通電阻(Ron)。由于較大的導(dǎo)通電阻，STI 二極管28可能會(huì)出現(xiàn)性能退化現(xiàn)象。此外，STI 二極管28會(huì)出現(xiàn)禁區(qū)(area penalty)。
[0044]參見(jiàn)圖3，示出了與FinFET形成工藝相兼容的實(shí)施例二極管44。如圖所示，實(shí)施例二極管44包括襯底46、限定鰭50的阱48、源極52、漏極54、和柵氧化物56 (如，柵極)。在一個(gè)實(shí)施例中，由娃或含娃材料形成襯底46。在一個(gè)實(shí)施例中,襯底46和講48分別摻雜為P型。在一個(gè)實(shí)施例中，阱48可能比襯底46更重?fù)诫s。
[0045]如圖所示，源極52通常形成在阱48的上方且設(shè)置在鰭50的第一側(cè)58，而漏極54通常形成在阱48的上方且設(shè)置在鰭50的第二側(cè)60。換言之，源極52和漏極54設(shè)置在鰭50的相對(duì)側(cè)。在一個(gè)實(shí)施例中，源極52摻雜為N型。在一個(gè)實(shí)施例中，漏極54摻雜為P型。在一個(gè)實(shí)施例中，漏極54比阱48和/或襯底46更重?fù)诫s。
[0046]在一個(gè)實(shí)施例中，源極52電連接至電壓源62,如圖3中所不的輸入/輸出端(I/
O)。在一個(gè)實(shí)施例中，電壓源62提供超過(guò)約三伏特(如，3.3V)的電壓。在一個(gè)實(shí)施例中，漏極54和柵氧化物56分別接地線64，如圖3所示的Vss。由于這些電連接，溝槽66可形成在位于源極52和漏極54之間的鰭50中且在其中穿過(guò)。
[0047]仍參見(jiàn)圖3，柵氧化物56通常形成在鰭50的上方。在一個(gè)實(shí)施例中，柵氧化物56與鰭50相嚙合或毗鄰。如圖3所示，鰭50的回退區(qū)68將柵氧化物56和源極52橫向分隔開(kāi)。相似地，柵氧化物56通常覆蓋鰭式頂面70的第一部分且留有與未被柵氧化物56覆蓋的回退區(qū)68相對(duì)應(yīng)的鰭式頂面70的第二部分。換言之，柵氧化物56只覆蓋鰭50的鰭式頂面70的一部分。
[0048]在一個(gè)實(shí)施例中，柵氧化物56覆蓋緊鄰漏極54的鰭50的一部分。事實(shí)上，在一個(gè)實(shí)施例中，柵氧化物56的外側(cè)壁通常與漏極54的內(nèi)側(cè)壁垂直對(duì)齊。在一個(gè)實(shí)施例中，回退區(qū)68緊鄰源極52。在一個(gè)實(shí)施例中，回退區(qū)68的寬度小于柵氧化物56的寬度。
[0049]參見(jiàn)圖4，提供了圖1所示的柵控二極管10的頂視圖。如圖4所示，設(shè)置在源極18和漏極20之間的柵氧化物22的寬度大約為136nm。參見(jiàn)圖5，示出了圖2所示的STI 二極管28的頂視圖。如圖5所示，源極36和漏極38之間的Epi塊的寬度大約為144nm，相鄰鰭之間的側(cè)空間大約為66nm，以及投影在Epi塊中的鰭的長(zhǎng)度大約為39nm。
[0050]參見(jiàn)圖6，提供了圖3所示的實(shí)施例二極管44的頂視圖。如圖6所示，Epi塊的寬度大約為144nm，而柵氧化物56的寬度大約為36nm。同樣地，實(shí)施例二極管44中的鰭的未覆蓋部分的寬度是108nm。根據(jù)期望的器件參數(shù)，實(shí)施例二極管44也可有其他尺寸，而圖6所示的尺寸并不用于限制的目的。
[0051]參見(jiàn)圖7，示出了柵控二極管10、STI 二極管28以及實(shí)施例二極管44的導(dǎo)通電阻(Ron)和反向漏電流的對(duì)比圖表72。如圖表72所示，實(shí)施例二極管44的導(dǎo)通電阻與柵控二極管10的導(dǎo)通電阻相似，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于STI 二極管28的導(dǎo)通電阻。此外，實(shí)施例二極管44的反向漏電流與STI 二極管28的反向漏電流相似，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于柵控二極管10的反向漏電流。很顯然，需要測(cè)量圖7所示的圖表72的反向漏電流，同時(shí)提供了約3.3V的電壓。
[0052]參見(jiàn)圖8，提供了橫跨圖2所示的柵控二極管10中柵氧化物56的區(qū)的電場(chǎng)的圖示74。如圖所示，電場(chǎng)相對(duì)很強(qiáng)。參見(jiàn)圖9，提供橫跨圖3所示的實(shí)施例二極管44中柵氧化物56的區(qū)的電場(chǎng)的圖示76。如圖所示,不再顯示圖8所示的強(qiáng)電場(chǎng)。
[0053]參見(jiàn)圖10，示出了形成圖3所示實(shí)施例二極管44的方法80。在方框82中，具有第一摻雜類(lèi)型的阱形成在具有第一摻雜類(lèi)型的襯底的上方。阱包括具有鰭式頂面70的鰭50。在方框84中，源極52和漏極54形成在鰭50的相對(duì)側(cè)。源極52具有第二摻雜類(lèi)型，而漏極54具有第一摻雜類(lèi)型。在方框86中，柵氧化物56覆蓋鰭式頂面70的第一部分，且留有與未被柵氧化物56覆蓋的回退區(qū)68相對(duì)應(yīng)的鰭式頂面70的第二部分。
[0054]基于以上描述，應(yīng)該了解，與傳統(tǒng)二極管(如圖1所示的柵控二極管10和圖2所示的STI 二極管28)相比，實(shí)施例二極管44提供了很多優(yōu)點(diǎn)。例如，當(dāng)提供相對(duì)高壓(如，
3.3V)時(shí)，實(shí)施例二極管44不會(huì)出現(xiàn)過(guò)應(yīng)力問(wèn)題。此外，與柵控二極管10相比，實(shí)施例二極管44具有較低的反向漏電流。實(shí)施例二極管44也具有導(dǎo)通電阻(Ron)，該導(dǎo)通電阻大約是STI 二極管28的導(dǎo)通電阻的三分之一。此外，當(dāng)形成實(shí)施例二極管44時(shí)，無(wú)需附加的掩?；蚬に?。
[0055]一個(gè)實(shí)施例集成電路包括形成在具有第一摻雜類(lèi)型的襯底之上的具有第一摻雜類(lèi)型的阱，其中阱包括鰭、形成在位于鰭的第一側(cè)的阱的上方的源極、形成在位于鰭的第二側(cè)的阱的上方的漏極、以及形成在鰭的上方的柵氧化物，其中，該源極具有第二摻雜類(lèi)型，該漏極具有第一摻雜類(lèi)型，以及鰭的回退區(qū)將柵氧化物和源極橫向分隔開(kāi)。
[0056]一個(gè)實(shí)施例包括形成在具有第一摻雜類(lèi)型的襯底之上的具有第一摻雜類(lèi)型的阱，其中阱包括具有鰭式頂面的鰭、形成在鰭的相對(duì)側(cè)的源極和漏極、以及覆蓋鰭式頂面的第一部分且留有與未被柵氧化物覆蓋的回退區(qū)相對(duì)應(yīng)的鰭式頂面的第二部分，其中，源極具有第二摻雜類(lèi)型和漏極具有第一摻雜類(lèi)型。
[0057]—種形成集成電路的實(shí)施例方法包括:在具有第一摻雜類(lèi)型的襯底的上方形成具有第一摻雜類(lèi)型的阱，其中阱包括具有鰭式頂面的鰭；在鰭的相對(duì)側(cè)形成源極和漏極，其中源極具有第二摻雜類(lèi)型，且漏極具有第一摻雜類(lèi)型；以及柵氧化物覆蓋鰭式頂面的第一部分且留有與未被柵氧化物覆蓋的回退區(qū)相對(duì)應(yīng)的鰭式頂面的第二部分。
[0058]雖然本公開(kāi)提供了說(shuō)明性實(shí)施例，但是本篇描述并不構(gòu)成限制意義。這些說(shuō)明性實(shí)施例的不同修改和組合以及其他實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是顯而易見(jiàn)的。因此，所附權(quán)利要求涵蓋任何這樣的修改或?qū)嵤├?br> 【權(quán)利要求】
1.一種集成電路，包括: 阱，具有第一摻雜類(lèi)型，形成在具有所述第一摻雜類(lèi)型的襯底的上方，所述阱包括鰭； 源極，形成在所述阱的上方，位于所述鰭的第一側(cè)，所述源極具有第二摻雜類(lèi)型； 漏極，形成在所述阱的上方，位于所述鰭的第二側(cè)，所述漏極具有所述第一摻雜類(lèi)型；以及 柵氧化物，形成在所述鰭的上方，所述鰭的回退區(qū)將所述柵氧化物與所述源極橫向分隔開(kāi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成電路，其中，所述柵氧化物僅部分地覆蓋所述鰭的頂面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成電路，其中，在所述源極和所述漏極之間的所述鰭中限定溝道。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成電路，其中，所述柵氧化物覆蓋所述鰭的緊鄰所述漏極的一部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成電路，其中，所述回退區(qū)的第一寬度小于所述柵氧化物的第二寬度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成電路，其中，所述柵氧化物的外側(cè)壁與所述漏極的內(nèi)側(cè)壁垂直對(duì)齊。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成電路，其中，所述源極電連接至超過(guò)約三伏特的電壓源。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成電路，其中，所述漏極和所述柵極電連接至地線。
9.一種集成電路，包括: 阱，具有第一摻雜類(lèi)型，形成在具有所述第一摻雜類(lèi)型的襯底的上方，所述阱包括具有鰭式頂面的鰭； 源極和漏極，形成在所述鰭的相對(duì)兩側(cè)，所述源極具有第二摻雜類(lèi)型，所述漏極具有所述第一摻雜類(lèi)型；以及 柵氧化物，覆蓋所述鰭式頂面的第一部分，并留出所述鰭式頂面的第二部分，所述鰭式頂面的第二部分與未被所述柵氧化物覆蓋的回退區(qū)相對(duì)應(yīng)。
10.一種形成集成電路的方法，包括: 在襯底的上方形成具有第一摻雜類(lèi)型的阱，所述襯底具有所述第一摻雜類(lèi)型，所述阱包括具有鰭式頂面的鰭； 在所述鰭的相對(duì)側(cè)形成源極和漏極，所述源極具有第二摻雜類(lèi)型，所述漏極具有所述第一摻雜類(lèi)型；以及 用柵氧化物覆蓋所述鰭式頂面的第一部分，并留出所述鰭式頂面的第二部分，所述鰭式頂面的第二部分與未被所述柵氧化物覆蓋的回退區(qū)相對(duì)應(yīng)。
【文檔編號(hào)】H01L29/78GK103855156SQ201310064398
【公開(kāi)日】2014年6月11日 申請(qǐng)日期:2013年2月28日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月29日
【發(fā)明者】蔡宗哲, 張伊鋒, 李介文 申請(qǐng)人:臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司