專利名稱：二極管及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，涉及一種二極管及其制作方法。
背景技術(shù)：
隨著航空航天事業(yè)的發(fā)展，對(duì)半導(dǎo)體集成電路提出了更高更苛刻的要求，尤其是在抗輻射能力方面。傳統(tǒng)采用硅材料制作的CMOS工藝電路具有速度快、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，成為集成電路發(fā)展的主流，但是，在存在輻射的惡劣條件下，未經(jīng)加固的電路，其抗輻射能力很低，一般只能達(dá)到IOGy (Si) -50Gy (Si),這遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足航空航天及國(guó)防領(lǐng)域?qū)﹄娐房垢Ｉ淠芰Φ男枨?，因此抗輻射加固的微電子技術(shù)已成為一項(xiàng)重要的研究方向。MOS器件持續(xù)受到電離輻照(如X射線或Y射線等)時(shí)會(huì)產(chǎn)生總劑量輻照效應(yīng)。 一般認(rèn)為電離輻照在SiO2中激發(fā)電子-空穴對(duì)，電子很快遷移出SiO2，而空穴則一部分遷移出SiO2，一部分被SiO2中的深空穴陷阱俘獲，成為固定空間正電荷。實(shí)際上，不僅空穴，電子也會(huì)被SiO2中的深電子陷阱俘獲形成空間負(fù)電荷，只是在數(shù)量上相對(duì)少得多。簡(jiǎn)而言之，總劑量輻照效應(yīng)主要是由器件的氧化層在輻照條件下產(chǎn)生的電子空穴對(duì)所引起的?？倓┝枯椪招?yīng)產(chǎn)生的空間電荷和在Si/Si02界面產(chǎn)生界面態(tài)使MOS器件性能的退化，包括閾值電壓漂移、跨導(dǎo)降低、亞閾值電流增大和ι/f噪聲增大等。二極管是集成電路中的基本器件之一，其應(yīng)用非常廣泛。傳統(tǒng)CMOS工藝中的二極管的周?chē)捎玫氖菆?chǎng)氧隔離，一般為淺槽隔離STI，這種結(jié)構(gòu)的二極管在輻照環(huán)境下，受總劑量輻照效應(yīng)的影響很大，即其抗總劑量輻照效應(yīng)的的能力不足，不能滿足航空航天及國(guó)防領(lǐng)域?qū)﹄娐房馆椛淠芰Φ囊?，因此，提高二極管的抗輻照能力就顯得尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)施例提供了一種二極管及其制作方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題，提高了 CMOS工藝中的二極管的抗輻照能力。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實(shí)施例提供了如下技術(shù)方案一種二極管，包括基底，所述基底包括阱區(qū)，所述阱區(qū)為所述二極管的第一電極區(qū)；位于所述阱區(qū)表面內(nèi)的第二電極區(qū)和體引出區(qū)，所述體引出區(qū)為所述第一電極區(qū)的引出區(qū)，所述第一電極區(qū)和第二電極區(qū)的極性相反；位于所述阱區(qū)表面上的柵介質(zhì)層以及位于所述柵介質(zhì)層表面上的柵區(qū)，所述柵介質(zhì)層位于所述第二電極區(qū)和體引出區(qū)之間，以隔離所述第二電極區(qū)和體引出區(qū)。優(yōu)選的，所述柵介質(zhì)層的厚度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)CMOS工藝中的二極管周邊的淺槽隔離區(qū)的厚度，該二極管抗總劑量輻照效應(yīng)的能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)CMOS工藝中的二極管抗總劑量輻照效應(yīng)的能力。優(yōu)選的，還包括位于所述柵介質(zhì)層和體引出區(qū)之間的淺槽隔離區(qū)；
位于所述柵區(qū)兩側(cè)的側(cè)墻。本發(fā)明實(shí)施例還公開(kāi)了一種二極管制作方法，包括提供基底，所述基底包括阱區(qū)，所述阱區(qū)為所述二極管的第一電極區(qū)；在所述阱區(qū)表面上形成柵介質(zhì)層，在所述柵介質(zhì)層表面上形成柵區(qū)；在位于所述柵介質(zhì)層和柵區(qū)兩側(cè)的阱區(qū)表面內(nèi)形成第二電極區(qū)和體引出區(qū)，所述體引出區(qū)為所述第一電極區(qū)的引出區(qū)，所述第一電極區(qū)和第二電極區(qū)的極性相反；其中，所述柵介質(zhì)層位于所述第二電極區(qū)和體引出區(qū)之間，以隔離所述第二電極區(qū)和體引出區(qū)。優(yōu)選的，在形成柵介質(zhì)層之前還包括 在所述阱區(qū)表面內(nèi)形成淺槽隔離區(qū)，所述淺槽隔離區(qū)位于所述柵介質(zhì)層和體引出區(qū)之間。優(yōu)選的，形成柵介質(zhì)層和柵區(qū)的過(guò)程具體為在所述阱區(qū)表面上形成第一柵介質(zhì)層；在所述第一柵介質(zhì)層表面上形成柵層；以具有柵區(qū)圖形的光刻膠層為掩膜，在所述柵層上形成柵區(qū)。優(yōu)選的，形成第二電極區(qū)和體引出區(qū)之前還包括在所述柵區(qū)和第一柵介質(zhì)層表面上形成側(cè)墻介質(zhì)層；去除大部分側(cè)墻介質(zhì)層材料和第一柵介質(zhì)層材料，在所述柵區(qū)兩側(cè)形成側(cè)墻，且在所述柵區(qū)下方形成柵介質(zhì)層。本發(fā)明實(shí)施例還公開(kāi)了一種二極管，包括基底，所述基底包括CMOS器件的有源區(qū)和淺槽隔離區(qū)，所述有源區(qū)包括阱區(qū)、源區(qū)、漏區(qū)、柵區(qū)、位于所述柵區(qū)下方的柵介質(zhì)層和體引出區(qū)，所述阱區(qū)為所述二極管的第一電極區(qū)，所述CMOS器件的源區(qū)為所述二極管的第二電極區(qū)，所述第一電極區(qū)和第二電極區(qū)的極性相反，所述柵區(qū)為環(huán)形柵區(qū)；位于所述基底表面上的金屬層，所述金屬層連接所述CMOS器件的漏區(qū)、柵區(qū)和體引出區(qū)，以將三者短路。優(yōu)選的，所述二極管第一電極區(qū)的引出區(qū)為所述漏區(qū)、柵區(qū)和體引出區(qū)中的至少一個(gè)。本發(fā)明實(shí)施例還公開(kāi)了一種二極管制作方法，包括提供基底，所述基底包括CMOS器件的有源區(qū)和淺槽隔離區(qū)，所述有源區(qū)包括阱區(qū)、源區(qū)、漏區(qū)、柵區(qū)、位于所述柵區(qū)下方的柵介質(zhì)層和體引出區(qū)，將所述阱區(qū)作為所述二極管的第一電極區(qū)，將所述CMOS器件的源區(qū)作為所述二極管的第二電極區(qū)，所述第一電極區(qū)和第二電極區(qū)的極性相反，所述柵區(qū)為環(huán)形柵區(qū)；在所述基底表面上形成金屬層，所述金屬層連接所述CMOS器件的漏區(qū)、柵區(qū)和體引出區(qū)，以將三者短路。與現(xiàn)有技術(shù)相比，上述技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明實(shí)施例提供的二極管及其制作方法，通過(guò)采用柵介質(zhì)層代替現(xiàn)有技術(shù)中的場(chǎng)氧隔離區(qū)，同樣起到了隔離多個(gè)器件的作用，由于柵介質(zhì)層的厚度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)CMOS工藝中的二極管周邊的場(chǎng)氧隔離區(qū)的厚度，從而使該二極管受到的總劑量輻照效應(yīng)的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)CMOS工藝中的二極管受到的總劑量輻照效應(yīng)的影響，即該二極管抗總劑量輻照效應(yīng)的能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)CMOS工藝中的二極管抗總劑量輻照效應(yīng)的能力，本發(fā)明實(shí)施例提高了 CMOS工藝中的二極管的抗輻照能力。


通過(guò)附圖所示，本發(fā)明的上述及其它目的、特征和優(yōu)勢(shì)將更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標(biāo)記指示相同的部分。并未刻意按實(shí)際尺寸等比例縮放繪制附圖，重點(diǎn)在于示出本發(fā)明的主旨。圖I為現(xiàn)有技術(shù)中二極管的俯視圖；圖2為現(xiàn)有技術(shù)中二極管的剖面圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例公開(kāi)的二極管的結(jié)構(gòu)圖；圖4為本發(fā)明另一實(shí)施例公開(kāi)的二極管的結(jié)構(gòu)圖；圖5為本發(fā)明另一實(shí)施例公開(kāi)的二極管的剖面圖；圖6為本發(fā)明另一實(shí)施例公開(kāi)的二極管的俯視圖；圖7為本發(fā)明另一實(shí)施例公開(kāi)的二極管的等效電路結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式正如背景技術(shù)所述，現(xiàn)有技術(shù)的CMOS工藝中的二極管抗輻照能力不足，發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)這種問(wèn)題的原因是，在受到持續(xù)電離輻照時(shí)，與二極管接觸的STI場(chǎng)氧區(qū)域邊界處會(huì)積累大量的正電荷，即發(fā)生總劑量輻照效應(yīng)，這會(huì)影響二極管的傳輸特性。具體的，如圖I和圖2所示，以傳統(tǒng)N阱的CMOS工藝的二極管為例，圖I為該二極管的俯視圖，圖2為其剖面圖，該二極管包括PN結(jié)的P型有源區(qū)，即二極管的陽(yáng)極區(qū)12，該處為P+( S卩P型重?fù)诫s)注入?yún)^(qū)，以及位于其上方的陽(yáng)極區(qū)的引出電極11 ；與陽(yáng)極區(qū)12接觸，以起到隔離作用的淺槽隔離區(qū)，即場(chǎng)氧隔離區(qū)13 ；PN結(jié)的N端有源區(qū)，即二極管的N阱16的引出區(qū)15，該處為N+(即N型重?fù)诫s)注入?yún)^(qū)，N阱即為二極管的陰極區(qū)，引出區(qū)15即為陰極區(qū)的引出區(qū)，其上方為陰極區(qū)的引出電極14。參見(jiàn)圖2，二極管的陽(yáng)極區(qū)12與N阱16的界面處形成PN結(jié)區(qū)，利用該P(yáng)N結(jié)的單向?qū)ㄌ匦裕纯勺鳛槎O管使用，在輻照環(huán)境下，場(chǎng)氧隔離區(qū)13與陽(yáng)極區(qū)12的界面處會(huì)積累大量的輻照陷阱空穴，從而影響到二極管的傳輸特性。實(shí)驗(yàn)表明，在79Mrad(Si)的輻照劑量下，該二極管的I;特性曲線會(huì)出現(xiàn)4%左右的偏移，這種大誤差不能滿足航空航天及國(guó)防領(lǐng)域?qū)ΧO管抗輻照性能的要求。發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，總劑量輻照效應(yīng)的強(qiáng)度與隔離區(qū)的氧化層的厚度的平方成正比關(guān)系，即隔離區(qū)的氧化層越厚，總劑量輻照效應(yīng)就會(huì)呈平方增加。而對(duì)于采用淺槽隔離的CMOS工藝電路中，輻照敏感區(qū)域主要可劃分為柵介質(zhì)層區(qū)(一般為柵氧化層區(qū))和場(chǎng)氧隔離區(qū)，由于場(chǎng)氧隔離區(qū)的氧化層厚度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于柵氧化層的厚度，從而導(dǎo)致場(chǎng)氧隔離區(qū)的總劑量輻照效應(yīng)對(duì)器件的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于柵氧化層的總劑量輻照效應(yīng)對(duì)器件的影響?；谝陨显颍l(fā)明人考慮，在CMOS工藝中的二極管結(jié)構(gòu)中，若采用柵氧化層代替場(chǎng)氧隔離區(qū)的隔離作用，理論上應(yīng)該能大大提高二極管抗總劑量輻照效應(yīng)的能力。以上是本申請(qǐng)的核心思想，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來(lái)實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開(kāi)的具體實(shí)施例的限制。其次，本發(fā)明結(jié)合示意圖進(jìn)行詳細(xì)描述，在詳述本發(fā)明實(shí)施例時(shí)，為便于說(shuō)明，表示器件結(jié)構(gòu)的剖面圖會(huì)不依一般比例作局部放大，而且所述示意圖只是示例，其在此不應(yīng)限制本發(fā)明保護(hù)的范圍。此外，在實(shí)際制作中應(yīng)包含長(zhǎng)度、寬度及深度的三維空間尺寸。本發(fā)明實(shí)施例提供了一種二極管，其剖面圖如圖3所示，該二極管包括
基底，所述基底包括阱區(qū)21，所述阱區(qū)21為所述二極管的第一電極區(qū)；需要說(shuō)明的是，本實(shí)施例中的基底可以包括半導(dǎo)體元素，例如單晶、多晶或非晶結(jié)構(gòu)的硅或硅鍺(SiGe)，也可以包括混合的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，例如碳化硅、銻化銦、碲化鉛、砷化銦、磷化銦、砷化鎵或銻化鎵、合金半導(dǎo)體或其組合；也可以是絕緣體上硅(SOI)。此外，半導(dǎo)體基底還可以包括其它的材料，例如外延層或埋氧層的多層結(jié)構(gòu)。雖然在此描述了可以形成基底的材料的幾個(gè)示例，但是可以作為半導(dǎo)體基底的任何材料均落入本發(fā)明的精神和范圍。位于所述阱區(qū)21表面內(nèi)的第二電極區(qū)22和體弓丨出區(qū)23，所述體弓丨出區(qū)23為所述第一電極區(qū)的引出區(qū)；本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，二極管具有陰極區(qū)和陽(yáng)極區(qū)這兩個(gè)電極區(qū)，不同類型的二極管其陰極區(qū)和陽(yáng)極區(qū)的區(qū)域也不相同，而且形成陰極區(qū)和陽(yáng)極區(qū)的方式也不相同，即不同類型的二極管的陰極區(qū)和陽(yáng)極區(qū)的摻雜狀態(tài)也不同，如常規(guī)二極管一般采用P型重?fù)诫s區(qū)作為陽(yáng)極區(qū)，采用N型重?fù)诫s區(qū)作為陰極區(qū)，而肖特基二極管則采用N型輕摻雜區(qū)作為陽(yáng)極區(qū)，采用N型重?fù)诫s區(qū)作為陰極區(qū)，所述摻雜狀態(tài)包括摻雜濃度和摻雜類型。因此，本實(shí)施例中并不限定該二極管不同區(qū)域的摻雜狀態(tài)，只要所述第一電極區(qū)和第二電極區(qū)的極性相反即可。位于所述阱區(qū)21表面上的柵介質(zhì)層24以及位于所述柵介質(zhì)層24表面上的柵區(qū)25，所述柵介質(zhì)層24位于所述第二電極區(qū)22和體引出區(qū)23之間，以隔離所述第二電極區(qū)22和體引出區(qū)23，與二極管的結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)，本實(shí)施例中的柵區(qū)為環(huán)形柵區(qū)，相應(yīng)的，該柵介質(zhì)層也為環(huán)形結(jié)構(gòu)。本實(shí)施例中的柵介質(zhì)層24材料可為SrTi03、Hf02、Zr02、氧化硅中的一種或任意組合，本實(shí)施例中僅以柵氧化層(以下簡(jiǎn)稱柵氧)為例進(jìn)行說(shuō)明，本實(shí)施例中柵區(qū)25的材料為棚多晶娃。需要說(shuō)明的是，理論上，只需在第二電極區(qū)和體引出區(qū)之間，采用較薄的柵介質(zhì)層作為器件的隔離層即可達(dá)到隔離二極管兩個(gè)電極區(qū)的作用，但是，由于柵介質(zhì)層的厚度很薄，為nm級(jí)別，甚至達(dá)到十幾埃到二十幾埃，這么薄的氧化層在后續(xù)的金屬連線層次很容易被較厚的金屬層淹沒(méi)，從而影響隔離效果，本實(shí)施例中為了保證器件性能，在柵介質(zhì)層上形成柵區(qū)25，由于柵區(qū)25的存在，避免了后續(xù)金屬連線層次對(duì)柵介質(zhì)層的影響。理論上，此處的柵區(qū)25的作用只是將柵介質(zhì)層與后續(xù)金屬層隔離，因此，此處的柵區(qū)25也可以被其它絕緣材料替代，本實(shí)施例中為了不增加二極管制作過(guò)程中的工藝復(fù)雜度，優(yōu)選為柵多晶硅，以使該二極管的制作工藝與傳統(tǒng)CMOS器件的制作工藝兼容。另外，為了避免第二電極區(qū)和體引出區(qū)在注入時(shí)過(guò)于接近而發(fā)生穿通現(xiàn)象，該二極管還包括位于所述柵區(qū)25兩側(cè)的側(cè)墻(圖中未示出)。本實(shí)施例中的二極管在電路連接中，體引出區(qū)23—般接地，同時(shí)為了使其具有傳統(tǒng)二極管的特性，必須使柵區(qū)對(duì)二極管性能的影響盡可能小，即使柵區(qū)與陽(yáng)極區(qū)之間的電流盡可能恒定，本實(shí)施例中可將柵極接高電平。本實(shí)施例中對(duì)柵介質(zhì)層的厚度不做限定，不同厚度的柵氧，二極管受到的總劑量輻射效應(yīng)的強(qiáng)度不同，一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于厚柵氧(即柵氧厚度大于12nm)的二極管，受到總劑 量輻射效應(yīng)與柵氧厚度的平方成正比，對(duì)于薄柵氧(即柵氧厚度小于12nm)的二極管，由于柵氧中因輻照產(chǎn)生的空穴在成為界面陷阱電荷之前，會(huì)被溝道中遂穿過(guò)來(lái)的電子復(fù)合掉，從而在柵氧界面處累積的正電荷就會(huì)很少，因此總劑量輻照效應(yīng)就會(huì)大大降低。所述阱區(qū)21的摻雜類型可以為N型或P型，下面以常規(guī)的N型阱區(qū)的二極管為例，說(shuō)明本實(shí)施例公開(kāi)的二極管各部分的摻雜情況。該二極管的N型阱區(qū)，即第一電極區(qū)即為該二極管的陰極區(qū)，第二電極區(qū)22為二極管的陽(yáng)極區(qū)，其摻雜類型為P型，一般為P+摻雜區(qū)，體引出區(qū)23為N+摻雜區(qū)，該二極管主要利用P+摻雜的陽(yáng)極區(qū)與N型摻雜的阱區(qū)界面處的PN結(jié)的單向?qū)ㄌ匦詠?lái)實(shí)現(xiàn)二極管單向?qū)ǖ墓δ?，在后續(xù)的金屬連線層次，體引出區(qū)23即為該二極管的陰極引出區(qū)，引出陰極(圖中未示出)，在陽(yáng)極區(qū)上引出該二極管的陽(yáng)極(圖中未示出)。 其中，若摻雜類型為N型，摻雜離子可為磷或其他五價(jià)元素，若摻雜類型為P型，摻雜離子可為硼或其他三價(jià)元素，各部分的摻雜濃度可以根據(jù)器件性能進(jìn)行調(diào)整，這里對(duì)各部分的摻雜濃度不做具體限定。需要說(shuō)明的是，以上僅是以N型阱區(qū)的二極管為例來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)和摻雜類型等，而實(shí)質(zhì)上，本發(fā)明所公開(kāi)的二極管的結(jié)構(gòu)同樣適用于P型阱區(qū)的二極管和肖特基二極管等，只需相應(yīng)的調(diào)整各區(qū)域的摻雜狀態(tài)即可。本實(shí)施例中的二極管利用柵介質(zhì)層代替現(xiàn)有技術(shù)中的場(chǎng)氧隔離區(qū)，同樣起到了隔離多個(gè)器件的作用，由于柵介質(zhì)層的厚度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)CMOS工藝中的二極管周邊的場(chǎng)氧隔離區(qū)的厚度，從而使該二極管抗總劑量輻照效應(yīng)的能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)CMOS工藝中的二極管抗總劑量輻照效應(yīng)的能力，即提高了 CMOS工藝中的二極管的抗輻照能力。伴隨CMOS工藝的進(jìn)步，器件的尺寸越來(lái)越小，柵氧化層的厚度也越來(lái)越薄，如
0.13μπι的CMOS工藝中，柵氧化層的厚度僅為3nm左右，因此，本實(shí)施例中的二極管在輻照情況下，發(fā)生在柵氧化層中的總劑量效應(yīng)越來(lái)越小，對(duì)整個(gè)CMOS電路的影響是很小的。以上所述的“阱區(qū)表面內(nèi)”是指由阱區(qū)表面向下延伸的一定深度的區(qū)域，該區(qū)域?qū)儆谮鍏^(qū)的一部分；所述“阱區(qū)表面上”是指由阱區(qū)表面向上的區(qū)域，該區(qū)域不屬于阱區(qū)本身。本發(fā)明另一實(shí)施例公開(kāi)的二極管的結(jié)構(gòu)圖如圖4所示，與上一實(shí)施例不同的是，為了起到更好的隔離作用，本實(shí)施例中的二極管還包括位于所述柵介質(zhì)層24和體引出區(qū)23之間的淺槽隔離區(qū)26。
與以上實(shí)施例公開(kāi)的二極管相對(duì)應(yīng)，本發(fā)明另一實(shí)施例公開(kāi)了上述二極管的制作方法，該方法包括以下步驟步驟I :提供基底，所述基底包括阱區(qū)，所述阱區(qū)為所述二極管的第一電極區(qū)；步驟2 :在所述阱區(qū)表面上形成柵介質(zhì)層，在所述柵介質(zhì)層表面上形成柵區(qū)；具體的，本實(shí)施例中可采用熱氧化的方法在所述阱區(qū)表面上形成第一柵介質(zhì)層，即在阱區(qū)表面上形成一層?xùn)叛趸瘜硬牧?，之后再采用CVD、LPCVD、TE0SCVD、HDP或PVD等工藝在第一柵介質(zhì)層上形成柵層，本實(shí)施例中柵層材料優(yōu)選為柵多晶硅。之后，再以具有柵區(qū)圖形的光刻膠層為掩膜，在所述柵層上形成柵區(qū)，具體的，先在柵層上旋涂光刻膠層，為了保證曝光精度，還可在光刻膠層和柵層之間形成抗反射層(圖中未示出)，以減少不必要的反射；之后采用具有柵區(qū)圖形的掩膜版對(duì)光刻膠層進(jìn)行曝 光，在所述光刻膠層表面上形成柵區(qū)圖案，之后以具有柵區(qū)圖案的光刻膠層為掩膜，采用各向異性刻蝕工藝，去除掉多余的柵層材料，形成柵區(qū)。若該二極管包括側(cè)墻,則該方法還包括采用CVD、LPCVD, TE0SCVD或HDP等工藝，在所述柵區(qū)和第一柵介質(zhì)層表面上形成側(cè)墻介質(zhì)層，該側(cè)墻介質(zhì)層一般為氧化硅；之后，采用干法刻蝕工藝，對(duì)側(cè)墻介質(zhì)層進(jìn)行反刻，去除掉大部分側(cè)墻介質(zhì)層材料，在所述柵區(qū)兩側(cè)留下了部分側(cè)墻介質(zhì)層材料，即形成側(cè)墻，在去除側(cè)墻介質(zhì)層材料的同時(shí)還可以去除大部分第一柵介質(zhì)層材料，在所述柵區(qū)下方形成柵介質(zhì)層。步驟3 :在位于所述柵介質(zhì)層和柵區(qū)兩側(cè)的阱區(qū)表面內(nèi)形成第二電極區(qū)和體引出區(qū)，所述體引出區(qū)為所述第一電極區(qū)的引出區(qū)，所述第一電極區(qū)和第二電極區(qū)的極性相反；其中，所述柵介質(zhì)層位于所述第二電極區(qū)和體引出區(qū)之間，以隔離所述第二電極區(qū)和體引出區(qū)。具體的，可先后采用具有第二電極區(qū)圖形或體引出區(qū)圖形的光刻膠層為掩膜，采用離子注入工藝，在所述阱區(qū)表面內(nèi)先后形成第二電極區(qū)和體引出區(qū)。若該二極管中還包括淺槽隔離區(qū)，在形成柵介質(zhì)層和柵區(qū)之前，則該方法還包括在所述阱區(qū)表面內(nèi)形成淺槽隔離區(qū)，所述淺槽隔離區(qū)位于所述柵介質(zhì)層和體引出區(qū)之間。形成淺槽隔離區(qū)的過(guò)程與現(xiàn)有技術(shù)的CMOS工藝形成STI淺槽隔離區(qū)的工藝相同，二者可在同一光刻和刻蝕步驟中形成，這里不再贅述。上述二極管的制作過(guò)程可與傳統(tǒng)CMOS器件的制作過(guò)程同時(shí)進(jìn)行，即可與傳統(tǒng)CMOS工藝集成，制作過(guò)程簡(jiǎn)單，并未增加工藝復(fù)雜度，可應(yīng)用于大規(guī)模的集成電路中。本發(fā)明另一實(shí)施例還公開(kāi)了一種二極管，其剖面圖如圖，5所不,其俯視圖如圖6所示，該二極管包括基底，所述基底包括CMOS器件的有源區(qū)和淺槽隔離區(qū)302，所述有源區(qū)包括阱區(qū)301、源區(qū)303、漏區(qū)304、柵區(qū)307、位于所述柵區(qū)307下方的柵介質(zhì)層306和體引出區(qū)305，所述阱區(qū)301為所述二極管的第一電極區(qū)，所述CMOS器件的源區(qū)303為所述二極管的第二電極區(qū)，所述第一電極區(qū)和第二電極區(qū)的極性相反，所述柵區(qū)307為環(huán)形柵區(qū)，相應(yīng)的，所述柵介質(zhì)層306也為環(huán)形結(jié)構(gòu)；其中，淺槽隔離區(qū)302的存在可以避免漏區(qū)304和體引出區(qū)305的界面直接接觸而形成PN結(jié)，影響器件性能，本實(shí)施例中柵介質(zhì)層306優(yōu)選為柵氧化層。位于所述基底表面上的金屬層，所述金屬層連接所述CMOS器件的漏區(qū)304、柵區(qū)307和體引出區(qū)305，以將三者短路。該二極管還包括位于所述柵區(qū)兩側(cè)的側(cè)墻(圖中未示出)，以避免源漏注入時(shí)過(guò)于接近溝道而導(dǎo)致的源漏穿通現(xiàn)象。其中，由于漏區(qū)304、柵區(qū)307和體引出區(qū)305是短路狀態(tài)，因此，三者中的任一個(gè)或任意組合均可作為二極管的第一電極區(qū)的引出區(qū)，即所述二極管第一電極區(qū)的引出區(qū)為漏區(qū)304、柵區(qū)307和體引出區(qū)305中的至少一個(gè)。參見(jiàn)圖6，金屬層基本覆蓋了有源區(qū)的大部分區(qū)域，為了保證二極管的性能，圖6中柵區(qū)上方的金屬層308與源區(qū)上方的金屬層309之間不能連通，即從俯視圖中能夠看到源區(qū)303的表面；為了簡(jiǎn)化制作工藝，而且由于漏區(qū)304、柵區(qū)307和體引出區(qū)305間需要通 過(guò)金屬連接，因此在金屬連線層次，柵區(qū)307、漏區(qū)304、淺槽隔離區(qū)302和體引出區(qū)305可以直接短路，即在金屬刻蝕時(shí)可以不去除淺槽隔離區(qū)302上方的金屬層，在俯視圖中體現(xiàn)為漏區(qū)304表面上的金屬層310、體引出區(qū)305上方的金屬層311是直接連接在一起的，而由于側(cè)墻的存在，柵區(qū)上方的金屬層308可能沒(méi)有直接與漏區(qū)304表面上的金屬層310連接，本實(shí)施例中對(duì)此并不做具體限定。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，將柵區(qū)與體引出區(qū)間短路即形成一個(gè)動(dòng)態(tài)閾值MOS器件，簡(jiǎn)稱DTM0S，本實(shí)施例中相當(dāng)于將DTMOS器件的源區(qū)與阱區(qū)間的PN結(jié)作為二極管，本實(shí)施例在DTMOS器件的基礎(chǔ)上，將柵區(qū)、漏區(qū)和體引出區(qū)三者短路接地，可使該DTMOS器件一直處于飽和區(qū)，從而使柵區(qū)與源區(qū)間的電流恒定，以降低多晶硅柵對(duì)二極管性能的影響。圖7為本實(shí)施例中的二極管的等效電路結(jié)構(gòu)圖。本實(shí)施例中的二極管周?chē)淮嬖趫?chǎng)氧隔離區(qū)，而是采用環(huán)形的多晶硅柵圍繞PN結(jié)區(qū)域，即采用環(huán)形的柵氧化層代替了現(xiàn)有技術(shù)中的場(chǎng)氧隔離區(qū)，在起到器件隔離作用的同時(shí)，由于柵氧化層的厚度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)CMOS工藝中的二極管周邊的淺槽隔離區(qū)的厚度，因此該二極管受到總劑量輻照效應(yīng)的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)CMOS工藝中的二極管的總劑量輻照效應(yīng)的影響。同時(shí)，由于DTMOS器件具有閾值電壓低的特點(diǎn)，可使該二極管的工作電壓大大降低，使其能夠應(yīng)用于低電壓的集成電路設(shè)計(jì)中，從而解決了傳統(tǒng)二極管因工作電壓高不適合低功耗電路的問(wèn)題。本實(shí)施例中的二極管抗輻射能力大大增強(qiáng)，可應(yīng)用于航空航天、國(guó)防及對(duì)電路抗輻射能力要求較高的領(lǐng)域。下面以P型MOS器件為例，說(shuō)明本實(shí)施例公開(kāi)的二極管各部分的摻雜情況。P型的MOS器件的阱區(qū)為N型摻雜，即阱區(qū)為二極管的陰極區(qū)，源區(qū)即為二極管的陽(yáng)極區(qū)，源區(qū)和漏區(qū)為P型摻雜，一般為P型重?fù)诫s區(qū)，體引出區(qū)為N型重?fù)诫s區(qū)。若為N型MOS器件，則各部分摻雜類型與P型MOS器件相反即可。與上一實(shí)施例的二極管的結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)，本發(fā)明另一實(shí)施例還公開(kāi)了一種二極管制作方法，該方法包括以下步驟步驟I :提供基底，所述基底包括CMOS器件的有源區(qū)和淺槽隔離區(qū)，所述有源區(qū)包括阱區(qū)、源區(qū)、漏區(qū)、柵區(qū)、位于所述柵區(qū)下方的柵介質(zhì)層和體引出區(qū)，將所述阱區(qū)作為所述二極管的第一電極區(qū)，將所述CMOS器件的源區(qū)作為所述二極管的第二電極區(qū)，將所述阱區(qū)作為所述二極管的陰極區(qū)，所述第一電極區(qū)和第二電極區(qū)的極性相反，所述柵區(qū)為環(huán)形柵區(qū)；上述基底的制作方法與傳統(tǒng)CMOS器件的制作方法相同，這里不再詳細(xì)描述。步驟2 :在所述基底表面上形成金屬層，所述金屬層連接所述CMOS器件的漏區(qū)、柵區(qū)和體引出區(qū)，以將三者短路。具體的，在金屬連線層次，在所述基底表面上形成金屬層后，采用光刻和刻蝕工藝，去除掉源區(qū)與柵區(qū)之間的部分金屬層材料即可。本實(shí)施例中的二極管制作方法與傳統(tǒng)CMOS工藝兼容，如傳統(tǒng)的雙阱工藝，該二極管的制作過(guò)程簡(jiǎn)單，只需更換金屬層刻蝕過(guò)程中的掩膜版即可，可應(yīng)用于大規(guī)模的集成電路制作過(guò)程中。以上所述實(shí)施例，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制。 雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例披露如上，然而并非用以限定本發(fā)明。任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種二極管，其特征在于，包括 基底，所述基底包括阱區(qū)，所述阱區(qū)為所述二極管的第一電極區(qū)； 位于所述阱區(qū)表面內(nèi)的第二電極區(qū)和體引出區(qū)，所述體引出區(qū)為所述第一電極區(qū)的引出區(qū)，所述第一電極區(qū)和第二電極區(qū)的極性相反； 位于所述阱區(qū)表面上的柵介質(zhì)層以及位于所述柵介質(zhì)層表面上的柵區(qū)，所述柵介質(zhì)層位于所述第二電極區(qū)和體引出區(qū)之間，以隔離所述第二電極區(qū)和體引出區(qū)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的二極管，其特征在于，所述柵介質(zhì)層的厚度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)CMOS工藝中的二極管周邊的淺槽隔離區(qū)的厚度，該二極管抗總劑量輻照效應(yīng)的能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)CMOS工藝中的二極管抗總劑量輻照效應(yīng)的能力。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的二極管，其特征在于，還包括 位于所述柵介質(zhì)層和體引出區(qū)之間的淺槽隔離區(qū)； 位于所述柵區(qū)兩側(cè)的側(cè)墻。
4.一種二極管制作方法，其特征在于，包括 提供基底，所述基底包括阱區(qū)，所述阱區(qū)為所述二極管的第一電極區(qū)； 在所述阱區(qū)表面上形成柵介質(zhì)層，在所述柵介質(zhì)層表面上形成柵區(qū)； 在位于所述柵介質(zhì)層和柵區(qū)兩側(cè)的阱區(qū)表面內(nèi)形成第二電極區(qū)和體引出區(qū)，所述體引出區(qū)為所述第一電極區(qū)的引出區(qū)，所述第一電極區(qū)和第二電極區(qū)的極性相反； 其中，所述柵介質(zhì)層位于所述第二電極區(qū)和體引出區(qū)之間，以隔離所述第二電極區(qū)和體引出區(qū)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述方法，其特征在于，在形成柵介質(zhì)層之前還包括 在所述阱區(qū)表面內(nèi)形成淺槽隔離區(qū)，所述淺槽隔離區(qū)位于所述柵介質(zhì)層和體引出區(qū)之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述方法，其特征在于，形成柵介質(zhì)層和柵區(qū)的過(guò)程具體為 在所述阱區(qū)表面上形成第一柵介質(zhì)層； 在所述第一柵介質(zhì)層表面上形成柵層； 以具有柵區(qū)圖形的光刻膠層為掩膜，在所述柵層上形成柵區(qū)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述方法，其特征在于，形成第二電極區(qū)和體引出區(qū)之前還包括 在所述柵區(qū)和第一柵介質(zhì)層表面上形成側(cè)墻介質(zhì)層； 去除大部分側(cè)墻介質(zhì)層材料和第一柵介質(zhì)層材料，在所述柵區(qū)兩側(cè)形成側(cè)墻，且在所述柵區(qū)下方形成柵介質(zhì)層。
8.一種二極管，其特征在于，包括 基底，所述基底包括CMOS器件的有源區(qū)和淺槽隔離區(qū)，所述有源區(qū)包括阱區(qū)、源區(qū)、漏區(qū)、柵區(qū)、位于所述柵區(qū)下方的柵介質(zhì)層和體引出區(qū)，所述阱區(qū)為所述二極管的第一電極區(qū)，所述CMOS器件的源區(qū)為所述二極管的第二電極區(qū)，所述第一電極區(qū)和第二電極區(qū)的極性相反，所述柵區(qū)為環(huán)形柵區(qū)； 位于所述基底表面上的金屬層，所述金屬層連接所述CMOS器件的漏區(qū)、柵區(qū)和體引出區(qū)，以將三者短路。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的二極管，其特征在于，所述二極管第一電極區(qū)的引出區(qū)為所述漏區(qū)、柵區(qū)和體引出區(qū)中的至少一個(gè)。
10.一種二極管制作方法，其特征在于，包括 提供基底，所述基底包括CMOS器件的有源區(qū)和淺槽隔離區(qū)，所述有源區(qū)包括阱區(qū)、源區(qū)、漏區(qū)、柵區(qū)、位于所述柵區(qū)下方的柵介質(zhì)層和體引出區(qū)，將所述阱區(qū)作為所述二極管的第一電極區(qū)，將所述CMOS器件的源區(qū)作為所述二極管的第二電極區(qū)，所述第一電極區(qū)和第二電極區(qū)的極性相反，所述柵區(qū)為環(huán)形柵區(qū)； 在所述基底表面上形成金屬層，所述金屬層連接所述CMOS器件的漏區(qū)、柵區(qū)和體引出區(qū)，以將三者短路。
全文摘要
本發(fā)明實(shí)施例公開(kāi)了一種二極管及其制作方法，該方法包括基底，所述基底包括阱區(qū)，阱區(qū)為所述二極管的第一電極區(qū)；位于阱區(qū)表面內(nèi)的第二電極區(qū)和體引出區(qū)，體引出區(qū)為第一電極區(qū)的引出區(qū)，所述第一電極區(qū)和第二電極區(qū)的極性相反；位于阱區(qū)表面上的柵介質(zhì)層以及位于柵介質(zhì)層表面上的柵區(qū)，柵介質(zhì)層位于第二電極區(qū)和體引出區(qū)之間，以隔離第二電極區(qū)和體引出區(qū)。本發(fā)明采用柵介質(zhì)層代替現(xiàn)有技術(shù)中的場(chǎng)氧隔離區(qū)，同樣起到了隔離多個(gè)器件的作用，由于柵介質(zhì)層的厚度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)CMOS工藝中的二極管周邊的場(chǎng)氧隔離區(qū)的厚度，使該二極管抗總劑量輻照效應(yīng)的能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)CMOS工藝中的二極管抗總劑量輻照效應(yīng)的能力。
文檔編號(hào)H01L29/861GK102903736SQ20111021274
公開(kāi)日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2011年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月27日
發(fā)明者呂蔭學(xué), 羅家俊 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院微電子研究所