整合于垂直栅鳍式场效二极管的静电放电及被动结构的制作方法

本申请是申请号为201610251813.7,申请日为2016年4月21日，发明名称为“整合于垂直栅鳍式场效二极管的静电放电及被动结构”的中国专利申请的分案申请。

本揭露大体上关于二极管，并且更具体地说，关于鳍式集成电路结构中的垂直二极管。

背景技术：

鳍式场效晶体管(finfet)利用鳍形半导体本体作为主要的晶体管元件。鳍片的中心(通道)乃是半导体，且鳍片的端部乃是导体，而上覆栅极供应电压场以改变鳍片中心的导电性。

二极管包含容许电流在阳极与阴极之间沿着指定方向流动的p-n接面。二极管有许多类型；然而，二极管在可让电流通过之前，大体上需要先超过初始临限值。一些二极管可利用一或多个栅极来控制，用以判定让电流可通过二极管的轻易程度。

晶体管具有单一通道以及导电性源极与漏极结构，一旦上覆栅极或栅极氧化物在鳍形结构上方形成，导电性源极与漏极结构便可轻易地掺有杂质，然而，与晶体管不同的是，二极管不容易受鳍形结构控制，因为二极管利用多个相隔紧密的杂质，而这些相隔紧密的杂质不易对准(双栅极场效二极管尤其如此)。因此，二极管不易使用鳍式晶体管结构来形成。

技术实现要素：

本文中场效二极管结构的例示性具体实施例利用具有l形截面的接面结构。接面结构包含平面部分及鳍片部分。更具体地说，鳍片部分自平面部分(沿着第一方向)延展。平面部分沿着垂直于第一方向的第二方向延展。鳍片部分具有沿着第一方向远离平面部分的顶面。顶面与平面部分共面，但顶面横置于有别于平面部分的平面中。平面部分具有沿着第二方向远离鳍片部分的端面。端面与鳍片部分共面，但端面横置于有别于鳍片部分的平面中。阳极置于鳍片部分的顶面，而阴极置于平面部分的端面。鳍片部分与平面部分的垂直性造成阳极与阴极彼此垂直。

第一栅极绝缘体接触沿着第一方向延展的鳍片部分的表面。具体而言，第一栅极绝缘体接触介于顶面与平面部分之间的鳍片部分的表面。第一栅极导体接触第一栅极绝缘体，而第一栅极绝缘体置于第一栅极导体与鳍片部分的表面之间。第一栅极导体可包含环绕栅极导体，此环绕栅极导体围绕沿着第一方向延展的矩形鳍片部分的全部四个侧面。此外，第一栅极绝缘体介于矩形鳍片部分的四个侧面与环绕栅极导体之间。

另外，第二栅极绝缘体接触沿着第二方向延展的平面部分的表面。第二栅极绝缘体接触介于端面与鳍片部分之间的平面部分的表面。第二栅极导体接触第二栅极绝缘体，而第二栅极绝缘体置于第二栅极导体与平面部分的表面之间。按照这种方式，第二栅极导体包含静电放电保护装置。

由于多个栅极的关系，接面结构包含介于阳极与阴极之间的多个p-n接面。举例而言，接面结构包含介于阳极与第一栅极导体之间的第一暂时p-n接面、介于鳍片部分与第二栅极导体之间的第二暂时p-n接面、以及介于阴极与第二栅极导体之间的第三永久p-n接面。

在一些结构中，接面结构包含半导体。阳极包含具有第一类型杂质的导体，而阴极包含具有第二类型杂质的导体(其中第一类型杂质具有与第二类型杂质相反的极性)。因此，接面结构包含基于第一栅极导体与第二栅极导体之间的电压差的介于阳极与阴极之间的导体。

本文中的附加场效二极管结构具体实施例包含亦具有l形截面的接面结构，其中接面结构包含平面部分及鳍片部分。此外，鳍片部分自平面部分沿着第一方向延展，而平面部分沿着垂直于第一方向的第二方向延展。鳍片部分具有沿着第一方向远离平面部分的顶面，其中顶面与平面部分共面。顶面横置于有别于平面部分的平面中。平面部分具有沿着第二方向远离鳍片部分的端面。端面与鳍片部分共面，并且端面横置于有别于鳍片部分的平面中。

类似的是，阳极置于鳍片部分的顶面，而阴极置于平面部分的端面。第一栅极绝缘体接触沿着第一方向延展的鳍片部分的表面。具体而言，第一栅极绝缘体接触介于顶面与平面部分之间的鳍片部分的表面。第一栅极导体接触第一栅极绝缘体。第一栅极绝缘体置于第一栅极导体与鳍片部分的表面之间。第二栅极绝缘体接触沿着第二方向延展的平面部分的表面。第二栅极绝缘体接触介于端面与鳍片部分之间的平面部分的表面。镇流电阻器接触第二栅极绝缘体，而第二栅极绝缘体置于镇流电阻器与平面部分的表面之间。

本文中的其它场效二极管结构包含位在l形鳍片的垂直部分上的多晶硅接面结构。正如先前论述的结构，l形鳍片包含平面部分及鳍片部分。鳍片部分还自平面部分沿着第一方向延展，而平面部分沿着垂直于第一方向的第二方向延展。鳍片部分具有沿着第一方向远离平面部分的顶面。顶面与平面部分共面，但顶面横置于有别于平面部分的平面中。平面部分具有沿着第二方向远离鳍片部分的端面。端面与鳍片部分共面，但端面横置于有别于鳍片部分的平面中。阳极置于鳍片部分的顶面，而阴极置于平面部分的端面。栅极绝缘体接触沿着第一方向延展的鳍片部分的表面。栅极绝缘体接触介于顶面与平面部分之间的鳍片部分的表面。栅极导体接触栅极绝缘体，而栅极绝缘体置于栅极导体与鳍片部分的表面之间。

附图说明

本文中的具体实施例将会参照图式经由以下详细说明而更加让人了解，这些图式不必然按照比例绘制，其中：

图1是以透视图绘示场效二极管的示意图；

图2是以透视图绘示图1所示场效二极管的示意图，以透明图展示出环绕栅极；

图3是以截面图绘示图1所示场效二极管的示意图；

图4是以平面图或俯视图绘示图1所示场效二极管的示意图；

图5是以透视图绘示场效二极管的示意图；

图6是以透视图绘示图5所示场效二极管的示意图，以透明图展示出环绕栅极；

图7是以截面图绘示图5所示场效二极管的示意图；

图8是以平面图或俯视图绘示图5所示场效二极管的示意图；

图9是以透视图绘示场效二极管的示意图；

图10是以透视图绘示图9所示场效二极管的示意图，以透明图展示出环绕栅极；

图11是以截面图绘示图9所示场效二极管的示意图；

图12是以平面图或俯视图绘示图9所示场效二极管的示意图；

图13是绘示部分形成的场效二极管的示意性透视图；

图14是绘示部分形成的场效二极管的示意性透视图；

图15是绘示部分形成的场效二极管的示意性透视图，该部分形成的场效二极管将会导致图1至4所示的场效二极管；

图16是绘示部分形成的场效二极管的示意性透视图，该部分形成的场效二极管将会导致图1至4所示的场效二极管；

图17是绘示部分形成的场效二极管的示意性透视图，该部分形成的场效二极管将会导致图5至8所示的场效二极管；

图18是绘示部分形成的场效二极管的示意性透视图，该部分形成的场效二极管将会导致图5至8所示的场效二极管；

图19是绘示部分形成的场效二极管的示意性透视图，该部分形成的场效二极管将会导致图9至12所示的场效二极管；

图20是绘示部分形成的场效二极管的示意性透视图，该部分形成的场效二极管将会导致图9至12所示的场效二极管；

图21是绘示部分形成的场效二极管的示意性透视图，该部分形成的场效二极管将会导致图9至12所示的场效二极管；以及

图22是绘示部分形成的场效二极管的示意性透视图，该部分形成的场效二极管将会导致图9至12所示的场效二极管。

具体实施方式

如上所述，二极管不易使用鳍式晶体管结构来形成。因此，本揭露以鳍形结构呈现栅控二极管；然而，本揭露使用垂直鳍形结构(有时在本文中称为l形鳍形结构)，并且在鳍片的顶端上形成阳极、并在垂直于鳍片的平面结构的端部形成阴极，而不是尝试在鳍片内形成多个、相隔紧密的植入物及栅极的困难工作。这容许鳍式场效二极管(finfed)具有一个或两个栅极，并且容许杂质与栅极更加容易在阴极与阳极区内形成并对准。再者，二极管的多个栅极在这里可以用不同方式来施作(例如：一个栅极可以是镇流栅极)而可以得到附加静电放电效能增益。

因此，本文中的例示性场效二极管结构利用具有l形截面的接面结构。图1是以透视图绘示场效二极管的示意图。图2是以透视图绘示图1所示场效二极管的示意图，以透明图展示出环绕栅极。图3是以截面图绘示图1所示场效二极管的示意图。图4是以平面图或俯视图绘示图1所示场效二极管的示意图。在本文的图式中，相同的识别符号代表相同或类似的结构。举例而言，如图1至4所示，半导体接面结构106包含平面部分136及鳍片部分134。

尽管为了避免造成不必要的混淆而没有在所有图式中展示，如本领域的技术人员了解，l形鳍片106的各个部分(或整个l形鳍片)可经选择性掺杂而包含晶体管结构的一或多个半导体井区(例如：n区或p区)，l形鳍片106乃是此晶体管结构的一部分。为达本文目的，“半导体”是可包括经布植或原位杂质的材料或结构，此杂质基于电子与电洞载子浓度，容许此材料有时成为导体而有时成为绝缘体。“布植程序”于本文中使用时，可采用任何适当形式(无论是目前已知或未来才开发的形式)，并且举例而言，可包含离子布植等。在栅控二极管中，半导体区于受到栅极所建立的电场控制时，可在阳极与阴极之间建立多个p-n接面。

更具体地说，鳍片部分134自平面部分136(沿着第一方向)延展。平面部分136沿着垂直于第一方向的第二方向延展。鳍片部分134具有沿着第一方向远离平面部分136的顶面138。顶面138与平面部分136共面，但顶面138横置于有别于平面部分136的平面中。平面部分136具有沿着第二方向远离鳍片部分134的端面140。端面140与鳍片部分134共面，但端面140横置于有别于鳍片部分134的平面中。

(例如：具有p+掺杂极性/浓度的)导电阳极120置于鳍片部分134的顶面138，而(例如：具有n+掺杂极性/浓度的)导电阴极108置于平面部分136的端面140。鳍片部分134与平面部分136的垂直性造成阳极120与阴极108彼此垂直。

本文中所述的导体可由诸如多结晶硅(多晶硅)、非晶硅、非晶硅与多晶硅的组合、及多晶硅-锗等任何导电材料所构成，因存在合适的掺质而具有导电性。替代地，本文中的导体可以是一或多种诸如钨、铪、钽、钼、钛、或镍等金属、或此类金属的金属硅化物、合金，并且可使用物理气相沉积、化学气相沉积、或任何其它技术领域已知的技术来沉积。

第一栅极绝缘体(例如：氧化物)126接触(直接位在上面)沿着第一方向延展的鳍片部分134的平坦表面。具体而言，第一栅极绝缘体126接触介于顶面138与平面部分136之间的鳍片部分134的该表面。第一栅极导体116接触(直接位在上面)第一栅极绝缘体126，而第一栅极绝缘体126置于第一栅极导体116与鳍片部分134的该表面之间。第一栅极导体116可包含环绕栅极导体，此环绕栅极导体围绕沿着第一方向延展的矩形鳍片部分134的全部四个侧面、或围绕单一平面型导体栅极条。此外，第一栅极绝缘体126介于矩形鳍片部分134的四个侧面与环绕栅极导体之间。

另外，第二栅极绝缘体(例如：氧化物)124接触(直接位在上面)沿着第二方向延展的平面部分136的一表面。具体而言，第二栅极绝缘体124接触介于端面140与鳍片部分134之间的平面部分136的该表面。第二栅极导体112接触(直接位在上面)第二栅极绝缘体124，而第二栅极绝缘体124置于第二栅极导体112与平面部分136的该表面之间。项目122代表将二极管与相邻结构隔离的相邻的不同结构及/或绝缘体。如本领域的技术人员了解，可透过绝缘体122形成各种接点及其它结构而与所示二极管的不同组件接触。

因此，如上所示，第二栅极导体112包含静电放电保护装置。由于多个栅极112、116的关系，接面结构106包含介于阳极120与阴极108之间的多个p-n接面。举例而言，取决于栅极的电压，接面结构106包含介于阳极120与第一栅极导体116之间的第一暂时p-n接面j1、介于鳍片部分134与第二栅极导体112之间的第二暂时p-n接面j2、以及介于阴极108与第二栅极导体112之间的第三永久p-n接面j3。如本领域的技术人员了解，栅极中的电压可将二极管完全断开、可形成p-n接面、可形成p-n-p-n接面等。

在上述结构中，接面结构106包含半导体。阳极120包含具有第一类型杂质的导体，而阴极108包含具有第二类型杂质的导体(其中第一类型杂质具有与第二类型杂质相反的极性)。因此，接面结构106包含基于第一栅极导体116与第二栅极导体112之间的电压差的介于阳极120与阴极108之间的导体。

图5至8中所示是附加场效二极管结构。具体而言，图5是以透视图绘示场效二极管的示意图。图6是以透视图绘示图5所示场效二极管的示意图，以透明图展示出环绕栅极。图7是以截面图绘示图5所示场效二极管的示意图。图8是以平面图或俯视图绘示图5所示场效二极管的示意图。

如图5至8所示，本文中的附加结构包括含有镇流电阻器的鳍式场效二极管。更具体地说，图5至8中的结构包括亦具有l形截面的接面结构106，其中接面结构包含平面部分136及鳍片部分134。此外，鳍片部分134自平面部分136沿着第一方向延展，而平面部分136沿着垂直于第一方向的第二方向延展。鳍片部分134具有沿着第一方向远离平面部分136的顶面138，其中顶面138与平面部分136共面。顶面138横置于有别于平面部分136的平面中。平面部分136具有沿着第二方向远离鳍片部分134的端面140。端面140与鳍片部分134共面，并且端面140横置于有别于鳍片部分134的平面中。

类似的是，(例如：具有n+掺杂极性/浓度的)阳极136置于鳍片部分134的顶面138，而阴极108置于平面部分136的端面140。第一栅极绝缘体126接触沿着第一方向延展的鳍片部分134的一表面。具体而言，第一栅极绝缘体126接触介于顶面138与平面部分136之间的鳍片部分134的该表面。第一栅极导体116接触第一栅极绝缘体126。第一栅极绝缘体126置于第一栅极导体116与鳍片部分134的该表面之间。第二栅极绝缘体124接触沿着第二方向延展的平面部分136的一表面。第二栅极绝缘体124接触介于端面140与鳍片部分134之间的平面部分136的该表面。镇流电阻器132接触第二栅极绝缘体124，而第二栅极绝缘体124置于镇流电阻器132与平面部分136的该表面之间。镇流电阻器132的形式可以是任何电阻器，并且举例而言，可包含硅化物阻隔层(sblk)。镇流电阻器132有助于电流均匀分布，并且避免电流缩在窄小区域中，从而避免在更低电流情况下出现装置故障。

如图9至12所示，本文中的附加结构包含鳍式多晶硅场效二极管。更具体地说，图9是以透视图绘示场效二极管的示意图。图10是以透视图绘示图9所示场效二极管的示意图，以透明图展示出环绕栅极。图11是以截面图绘示图9所示场效二极管的示意图。图12是以平面图或俯视图绘示图9所示场效二极管的示意图。

因此，图9至12所示的结构包括置于垂直鳍片部分134的多晶硅接面结构156，而垂直鳍片部分134的其余部分是井区(nw)。因此，多晶硅接面结构156置于垂直鳍片部分134上。鳍片部分134还自平面部分136沿着第一方向延展。鳍片部分134具有沿着第一方向远离平面部分136的顶面138。顶面138与平面部分136共面，但顶面138横置于有别于平面部分136的平面中。平面部分136具有沿着第二方向远离鳍片部分134的端面140。端面140与鳍片部分134共面，但端面140横置于有别于鳍片部分134的平面中。

阳极120置于鳍片部分134的顶面138，而阴极108置于平面部分136的端面140。栅极绝缘体126接触多晶硅接面结构156的一表面。栅极绝缘体126接触介于顶面138与平面部分136之间的多晶硅接面结构156的该表面。栅极导体116接触栅极绝缘体126，而栅极绝缘体126置于栅极导体116与鳍片部分134的该表面之间。

尽管以上结构可使用本领域的技术人员已知的许多不同方法来形成，仍将图13至22图呈现为绘示可藉以制造以上结构的一些方式。具体而言，图13及14是绘示部分形成的场效二极管的示意性透视图。在图13中，绝缘体层104使用众所周知的层形成及沉积程序在基材102上形成。另外，使用众所周知的光刻掩模、沉积、图案化、及成形程序形成鳍形结构106。保形绝缘体层110是在鳍形结构106上形成或生长。其次，如图14所示，绝缘体110使用众所周知的光刻掩模、图案化、及成形程序来图案化。

为达本文目的，“绝缘体”是一相对用语，意为容许流动的电流比“导体”实质更小(<95％)的材料或结构。本文中所述的介电质(绝缘体)举例而言，可自干氧环境或氧流生长，并且接着予以图案化。替代地本文中的介电质可由许多候选的高介电常数(高k)材料中任一种形成，包括但不局限于氮化硅、氮氧化硅、sio2与si3n4的堆迭、及与氧化钽相似的金属氧化物。本文中介电质的厚度可因所要求的装置效能而异。

当图案化本文中的任何材料时，待图案化的材料可按照已知方式来生长或沉积，而图案化层(例如：有机光阻)可在此材料上方形成。图案化层(阻剂)可曝露至光曝照图案中所提供的光辐射(例如：图案化曝照、雷射曝照等)的某图型，然后阻剂使用化学剂来显影。此程序改变阻剂曝露至光的部分的物理特性。接着，可将阻剂的一部分清洗掉，留下阻剂要保护待图案化材料的其它部分(阻剂遭清洗掉的部分取决于阻剂是正阻剂(经照明部分留下)还是负阻剂(经照明部分遭清洗掉))。接着进行材料移除程序(例如：电浆蚀刻等)以移除材料在待图案化阻剂下面未获保护的部分。随后移除阻剂以留下根据光曝照图型(或其负影像)进行图案化的下层材料。

图15及16是绘示部分形成的场效二极管的示意性透视图，该部分形成的场效二极管将会导致图1至4所示的场效二极管。更具体地说，在图15中，栅极112及116也使用众所周知的光刻掩模、沉积、图案化及成形程序在图案化绝缘体110内形成。在图16中，阳极120及阴极108透过众所周知的程序来形成，此等程序引进杂质(以箭号表示)以将鳍形结构106的材料变成阳极与阴极材料。

大体上，晶体管结构通过将杂质沉积到或植入基材以形成至少一个半导体通道区而形成，通过基材的顶端(上)表面下面的浅沟槽隔离区来设立边界。本文中的“基材”可包含任何适用于给定目的的材料(无论是现在已知者或未来才开发者)，并且举例而言，可包含si、sic、sige、sigec、其它iii-v族或ii-vi族化合物半导体、或有机半导体结构等。浅沟槽隔离(sti)结构乃属于本领域的技术人员众所周知，并且大体上是通过在基材内图案化开口/沟槽、并以高度绝缘材料生长或填充开口(如此容许基材的不同主动区彼此电隔离)来形成。

正型晶体管“p型材料”在本质半导体材料内使用诸如硼、铝或镓等杂质(造成价电子不足)当作半导体区。类似的是，“n型材料”是在本质半导体材料内使用诸如锑、砷或磷等杂质(造成价电子过剩)当作半导体区的负型晶体管。再者，“+”及“-”符号表示相对杂质浓度。

图17及18是绘示部分形成的场效二极管的示意性透视图，该部分形成的场效二极管将会导致图5至8所示的场效二极管。再始于图14所示的结构，此时在图17中，镇流电阻器/栅极132及栅极116也使用众所周知的光刻掩模、沉积、图案化及成形程序在图案化绝缘体110内形成。在图18中，阳极130及阴极108透过众所周知的程序来形成，这些程序引进杂质(以箭号表示)以将鳍形结构106的材料变成阳极与阴极材料。

图19及22是绘示部分形成的场效二极管的示意性透视图，该部分形成的场效二极管将会导致图9至12所示的场效二极管。具体而言，在图19中，绝缘体层104使用众所周知的层形成及沉积程序在基材102上形成。如以上所述，使用众所周知的光刻掩模、沉积、图案化、及成形桯序形成鳍形结构106。保形绝缘体层110是在鳍形结构106上形成或生长。绝缘体110亦使用众所周知的光刻掩模、图案化、及成形程序来图案化。其次，如图20所示，多晶硅156是在鳍形结构106的垂直部分134上形成。在图21中，栅极绝缘体126及环绕栅极116也使用众所周知的光刻掩模、沉积、图案化及成形程序在图案化绝缘体110内形成。在图22中，阳极120及阴极108透过众所周知的程序来形成，这些程序引进杂质(以箭号表示)以将鳍形结构106的材料变成阳极与阴极材料。

前述结构可包括于集成电路芯片内。产生的集成电路芯片可由制作商以空白晶圆形式(亦即，如具有多个未封装芯片的单一晶圆)来分布，如裸晶粒、或已封装形式。在后例中，芯片嵌装于单芯片封装(例如：塑胶载体，具有黏贴至主机板或其它更高层次载体的引线)中、或嵌装于多芯片封装(例如：具有表面互连或埋置型互连任一者或两者的陶瓷载体)中。在任一例中，芯片接着是与其它芯片、离散电路元件及/或其它信号处理装置整合成(a)诸如主机板的中间产品、或(b)最终产品中任一者的部分。最终产品可以是任何包括集成电路芯片的产品，范围囊括玩具与其它低端应用至具有显示器、键盘或其它输入装置及中央处理器的进阶电脑产品。

在栅控二极管内，半导体p-n接面置于导电性“阳极”区与类似导电性“阴极”区之间，而且当半导体处于导电状态时，半导体容许电流沿着特定方向在阳极与阴极之间流动。“栅极”是通过“栅极氧化物”(其乃是绝缘体)与半导体电气分隔的导电元件，而栅极内的电流/电压会改变半导体区的导电性。

尽管图式中仅绘示一个或有限数目的晶体管，本领域的技术人员将了解的是，许多不同类型晶体管可利用本文中的具体实施例来同时形成，并且图式的用意在于展示同时形成多个不同类型的晶体管；然而，图式已简化成为了厘清而仅展示有限数目的晶体管，并且让读者可以更轻易认识所示的不同特征。用意不在于限制本揭露，因为如本领域的技术人员将了解，本揭露适用于包括有许多图式中所示各类型晶体管的结构。

另外，了解本文中所使用诸如“右”、“左”、“垂直”、“水平”、“顶端”、“底端”、“上”、“下”、“底下”、“下面”、“下层”、“上方”、“上层”、“平行”、“垂直”等用语在于说明此等用语在图式中取向及绘示时的相对位置(除非另有所指)。诸如“触及”、“上”、“直接接触”、“毗连”、“直接相邻于”等用语意为至少一个元件实体接触另一元件(此等所述元件之间没有用其它元件来分隔)。

本文中使用的术语目的只是为了说明特定具体实施例，用意不在于限制本揭露。单数形之“一”(及其变形)及“该”于本文中使用时，用意在于同样包括复数形，除非内容另有清楚指示。将进一步了解的是，“包含”(及/或其变形)等词于本说明书中使用时，指明所述特征、整体、步骤、操作、元件及/或组件的存在，但并未排除一或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、组件及/或其群组的存在或新增。

本发明各项具体实施例的说明已基于说明目的而介绍，但用意不在于穷举说明或局限于揭示的具体实施例。许多修改及变动对本领域的技术人员将会显而易见，但不会脱离所述具体实施例的范畴及精神。本文中使用的术语在选择上，是为了对市场现有技术最佳阐释具体实施例的原理、实务应用或技术改良，或使其它领域的技术人员能够理解本文中揭示的具体实施例。