JP2014508402A - Soi基板の活性層内に形成されるデバイス構造体、製造する方法、及び、集積回路の設計構造体 - Google Patents

Soi基板の活性層内に形成されるデバイス構造体、製造する方法、及び、集積回路の設計構造体 Download PDF

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Abstract

【課題】 SOIプロセスにおける縮小された接合部面積を有するデバイス構造体、該デバイス構造体の作成方法、及び横型ダイオード(56)のための設計構造体を提供する。
【解決手段】 デバイス構造体は、デバイス領域(18)内に配置された、アノード(40、42)とカソード(28、30、48a、48b、49a、49b、50a、50b)との間のp−n接合部(52、54)に交差する、STI領域のような1つ又は複数の誘電体領域(20a、20b、20c)を含む。この誘電体領域は、浅いトレンチ分離技術を用いて形成することができ、p−n接合部から横方向に離間した位置におけるカソード及びアノードの幅の面積に対して、p−n接合部の幅を縮小するように機能する。幅の違い及び誘電体領域の存在が、非対称ダイオード構造を作り出す。誘電体領域が占めるデバイス領域の体積は、カソード及びアノードの体積を確保するように最小にされる。
【選択図】 図5

Description

本発明は、一般に半導体デバイスの製造に関し、より具体的には、シリコン・オン・インシュレータ(SOI)基板の活性層内に形成されるデバイス構造体、SOIデバイス構造体を製造する方法、及びSOIデバイス構造体を含む集積回路の設計構造体に関する。
コンピュータ処理能力に対する要求が増大する状況で競争力を維持するためには、半導体デバイスは、より高い周波数信号をより低い電力消費で処理する能力を常に提供しなければならない。これらの性能を高めるために、設計者はデバイス寸法を縮小し、利用できる半導体製造技術の最小構造部のサイズの限界を押し進めてきた。標準的CMOSを用いて可能なデバイス・サイズよりもさらに小さい範囲までデバイス・サイズを引き続き縮小していくことを可能にするために、シリコン・オン・インシュレータ(SOI)技術が開発された。一般に、SOIウェハは、薄いSOI半導体材料(例えば、シリコン)の最上層と、バルク基板(例えば、バルク・シリコン基板、又はバルク・シリコン基板上のシリコン・エピ層)と、SOI層をバルク基板から物理的に隔てて電気的に分離する薄い埋込絶縁体層、例えば、埋込み酸化物又はBOX層と、を含む。SOIによってもたらされる改良された分離及びより薄い活性半導体領域は、より小さい寸法のデバイスの形成を可能にし、結果として、より高速のスイッチング、及び同等の性能で電力消費がより低いことを含む、標準的なバルク半導体CMOSトランジスタを確実な性能向上をもたらす。
半導体チップは、集積回路内に潜在的に大きな損傷電流を引き起こす静電放電(ESD)事象にたびたび曝される。半導体デバイスが縮小するにつれて、半導体デバイスはESD事象による損傷をより受け易くなる。ESD損傷を防ぐために、集積回路の製造者は入力及び出力ピン上に抑制デバイスを含めることによってESDを抑制するように予防措置を講じなければならない。有効なESD抑制デバイスは、損傷を被ることなく高感度デバイスから大きなESD電流を安全に遠ざけるように伝導することが可能でなければならず、そして、保護された回路の性能を損なうことを避けるために、入力又は出力ピンの容量性負荷を著しく追加することもまた避けなければならない。
故障電流、接合容量、及びオン抵抗などのデバイス・メトリクスを最適化する設計を有する改良型デバイス構造体、並びに、これらの改良型デバイス構造体を作成する方法、及びこの改良型デバイス構造体を含みSOI基板を用いて製造される集積回路のための設計構造体が必要とされている。
本発明の一実施形態において、半導体オン・インシュレータ(SOI)基板の半導体層内のデバイス構造体を作成する方法が提供される。この方法は、半導体層内に第1の導電型及び第1の幅の第1の領域を含むカソードを形成すること、及び、半導体層内に第2の導電型の第1の領域を含むアノードを形成することを含む。アノードは、アノードの第1の領域がp−n接合部に沿ってカソードの第1の領域と同一の広がりをもつように、カソードに対して配置される。p−n接合部は、第1の幅に平行な方向に計測される第2の幅を有する。p−n接合部の第2の幅は、p−n接合部から横方向に離間した位置で計測される第1の領域の第1の幅よりも小さい。
本発明の一実施形態において、半導体オン・インシュレータ(SOI)基板の半導体層内に作成されるデバイス構造体が提供される。このデバイス構造体は、第1の導電型及び第1の幅でドープされた半導体層の第1の領域を含むカソードを半導体層内に含む。デバイス構造体は、第2の導電体型の第1の領域を含むアノードを半導体層内にさらに含む。アノードは、アノードの第1の領域がp−n接合部に沿ってカソードの第1の領域と同一の広がりをもつように、カソードに対して配置される。p−n接合部は、第1の幅に平行な方向に計測される第2の幅を有する。p−n接合部の第2の幅は、p−n接合部から横方向に離間した位置で計測される第1の領域の第1の幅よりも小さい。
別に実施形態において、ハードウェア記述言語(HDL)設計構造体が機械可読データ記憶媒体上にエンコードされる。このHDL設計構造体は、コンピュータ支援設計システム内で処理されたとき、半導体オン・インシュレータ(SOI)基板の半導体層内に作成されるデバイス構造体の機械実行可能表現を生成する要素を含む。このHDL設計構造体は、第1の導電型及び第1の幅でドープされた半導体層の第1の領域を含むカソードを半導体層内に含む。HDL設計構造体は、第2の導電体型の第1の領域を含むアノードを半導体層内にさらに含む。アノードは、アノードの第1の領域がp−n接合部に沿ってカソードの第1の領域と同一の広がりをもつように、カソードに対して配置される。p−n接合部は、第1の幅に平行な方向に計測される第2の幅を有する。p−n接合部の第2の幅は、p−n接合部から横方向に離間した位置で計測される第1の領域の第1の幅よりも小さい。HDL設計構造体は、ネットリストを含むことができる。HDL設計構造体はまた、集積回路のレイアウト・データの交換のために用いられるデータ形式で記憶媒体上に存在することもできる。HDL設計構造体は、プログラム可能ゲート・アレイ内に存在することができる。
添付の図面は、本明細書に組み込まれてその一部分を構成するものであり、本発明の種々の実施形態を例証し、上記の本発明の一般的説明及び以下に与えられる実施形態の詳細な説明と共に、本発明の実施形態を説明する役に立つ。
本発明の一実施形態による加工処理法の初期製造段階における基板の一部分の図式的な平面図である。 図1の線1A−1Aに概ね沿った断面図である。 加工処理法の次の製造段階における、図1と同様の平面図である。 加工処理法の次の製造段階における、図1Aと同様の断面図である。 図2の線2B−2Bに概ね沿って描かれた断面図である。 加工処理法の次の製造段階における、図2Aと同様の断面図である。 加工処理法の次の製造段階における、図2Bと同様の断面図である。 加工処理法の次の製造段階における、図3Aと同様の断面図である。 加工処理法の次の製造段階における、図3Bと同様の断面図である。 加工処理法の図4A、4Bの後の製造段階における基板部分の図式的な平面図である。 図5の線5A−5Aに概ね沿った断面図である。 図5の線5B−5Bに概ね沿った断面図である。 図5の線5C−5Cに概ね沿った断面図である。 図5の線5D−5Dに概ね沿った断面図である。 本発明の代替的実施形態による基板の一部分の図式的な平面図である。 図6の線6A−6Aに概ね沿った断面図である。 本発明の代替的実施形態による基板の一部分の図式的な平面図である。 図7の線7A−7Aに概ね沿った断面図である。 図7の線7B−7Bに概ね沿った断面図である。 本発明の代替的実施形態による基板の一部分の図式的な平面図である。 図8の線8A−8Aに概ね沿った断面図である。 図8の線8B−8Bに概ね沿った断面図である。 半導体設計、製造、及び/又は試験に用いられる設計プロセスの流れ図である。
本発明の実施形態は、一般に、電界効果トランジスタのための標準CMOS製造ステップを用いて半導体オン・インシュレータ(SOI)ウェハ上に形成される横型ダイオード構造体を提供する。代表的な形態は浅いトレンチ分離(STI)領域である絶縁領域を用いて、ダイオードを横方向に分離し、活性半導体層の部分をダイオードp−n接合部の意図した位置に沿って変位する。この絶縁領域は、ダイオードp−n接合部の形状及び面積を変更し、ダイオードp−n接合部、アノード及びカソードのそれぞれの面積を互いに独立に調整することを可能にする。ゲート・スタックは、ポリシリコン層を含むことができ、アノード/カソード注入のための自己整合マスクとして機能することができ、p−n接合部上にシリサイド形成を妨げて、デバイスのアノード領域とカソード領域との間の短絡を防ぐように機能することができる。代替的に、誘電体を用いて自己整合マスクを形成し、p−n接合部を横切るシリサイド形成を妨げることができる。シリサイド化プロセスを用いて、カソード及びアノード上にコンタクトが形成される。このダイオードは、前工程(FEOL)及び後工程(BEOL)相互接続層を用いて、ESD保護を必要とする入力/出力(I/O)パッド及びチップ上の保護された集積回路に電気的に結合することができる。
図1及び図1Aを参照すると、半導体オン・インシュレータ(SOI)基板10は、ハンドル・ウェハ12、デバイス又はSOI層14、及び絶縁材料で形成された埋込み誘電体層16を含む。埋込み誘電体層16は、二酸化シリコン(例えば、SiO)を含む埋込み酸化物層とすることができる。SOI層14は、介在する埋込み誘電体層16によってハンドル・ウェハ12から隔てられる。SOI層14は、単結晶半導体材料、例えば、単結晶シリコン又は主としてシリコンを含む別の材料で構成される。SOI層14の単結晶半導体材料は限定的な濃度の欠陥を含むことができ、それでもなお単結晶とみなすことができる。ハンドル・ウェハ12もまた、単結晶(single crystal)又は単結晶(monocrystalline)半導体材料、例えばシリコン又は別の種類の材料で構成することができる。埋込み誘電体層16は、ハンドル・ウェハ12をSOI層14から電気的に絶縁し、SOI層14はハンドル・ウェハよりかなり薄く、平坦な界面に沿って埋込み誘電体層16の上面15に直接接触する。SOI基板10は、当業者には周知の任意の適切な従来の技術、例えば、ウェハ接合技術又は酸素注入による分離(SIMOX)技術を用いて作成することができる。
SOI層14は、SOI層14の上面13から埋込み誘電体層16の上面15まで計測される厚さを有する。種々の具体的な実施形態において、SOI層14の厚さは約20ナノメートル(nm)から約200nmまでの範囲にすることができる。極薄半導体オン・インシュレータ(ETSOI)技術では、SOI層14は20nm又はそれ以下の代表的な厚さを有することができ、埋込み誘電体層16は50nm又はそれ以下の代表的な厚さを有することができる。
横方向分離構造体17、及び1つ又は複数の誘電体領域20a、20b、20cが、従来のプロセスによりSOI層14内に定められる。一実施形態において、横方向分離構造体17及誘電体領域20a、20b、20cは、従来のリソグラフィ及びエッチング・プロセスに依拠する浅いトレンチ分離(STI)プロセスによって形成される。STIプロセスは、SOI層14の上面13の上にパターン付けされたハードマスク(図示せず)を形成することと、それに続く、反応性イオン・エッチング(RIE)でSOI層14を貫通して埋込み誘電体層16の深さまでエッチングすることによるトレンチ及びビアの形成とを含むことができる。次に、エッチング・プロセスを用いてハードマスクをSOI層14から除去することができる。トレンチ及びビアは、誘電体材料のブランケット層の割当部分で充填される。横方向分離構造体17及び誘電体領域20a、20b、20cを構成する誘電体材料は、酸化物、例えば、熱化学気相堆積(CVD)によって堆積させた高密度化テトラエチルオルトシリケート(TEOS)又はプラズマ支援によって堆積させた高密度プラズマ(HDP)酸化物とすることができる。化学機械研磨(CMP)などの研磨プロセスを用いて、余分な誘電体材料が上面13から除去される。平坦化後、トレンチ内部に配置された残留誘電体材料が横方向分離構造体17を定め、ビア内部に配置された残留誘電体材料が誘電体領域20a、20b、20cを定める。
横方向分離構造体17及誘電体領域20a、20b、20cは、SOI層14の上面13から埋込み誘電体層16の上面15まで延びる。横方向分離構造体17はSOI層14のデバイス領域18(図1)の輪郭を画定して境界を定め、デバイス領域18は、付加的な分離構造体(図示せず)によってSOI層14内に定められた隣接するデバイス領域(図示せず)から電気的に分離される。誘電体領域20a、20b、20cの各々は、側端部58、60を有する。
SOI層14のデバイス領域18は、基本ドーピング・レベルを有するように準備される。ドーピング・プロセスは、SOI層14上にパターン付けイオン注入マスクを形成すること、及び、単方向矢印22で示すようにイオンをデバイス領域18に注入することを含むことができる。イオン注入マスクは、注入の間にデバイス領域18へのドーパント導入を制御する。イオン注入マスクは、所望のドーパントのイオン22の注入を可能にするようにデバイス領域18に位置合せされるウィンドウを有する、レジスト層とすることができる。ウィンドウは、フォトリソグフィック・パターン付け及びエッチング・プロセスを用いて遮蔽酸化物層内に形成することができる。
イオン22は、複数の注入条件を含むことができる選択された注入条件(例えば、運動エネルギー及び線量)を用いてデバイス領域18全体に注入される。デバイス領域18は、リン(P)、ヒ素(As)、アンチモン(Sb)などのドーパント若しくは他の適切なn型ドーパントのイオン22を注入することによってn型基本ドーピングを有するように準備することができ、又は、ホウ素(B)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)などのドーパント若しくは他のいずれかの適切なp型ドーパントのイオン22を注入することによってp型基本ドーピングを有するように準備することができる。イオン注入が完了した後、マスク層が除去される。代表的な実施形態において、基本ドーピングは、デバイス領域18がn型半導体材料を含むように選択することができる。デバイス領域18内にドーパントを導入することは、導電率を高めることにより構成成分である半導体材料の電気的性質を変化させる。
代表的な実施形態において、デバイス領域18の基本ドーピングは、横方向分離構造体17及誘電体領域20a、20b、20cの形成後に実行される。しかし、代替的実施形態において、横方向分離構造体17及誘電体領域20a、20b、20cは、デバイス領域18が基本ドーピング・プロセスを受けた後で形成することができる。デバイス領域18の基本ドーピングは、SOI基板10上のどこか他の場所での電界効果トランジスタのCMOS又はBiCMOS加工処理の間に行われるチャネル・ドーピング操作によって導入することができる。n型デバイス領域18を得るためには、PFETチャネルのイオン注入の間、デバイス領域18を無マスク状態にすればよい。同様に、デバイス領域18は、NFETゲート・チャネルの形成中に無マスク状態にすれば、p型ドーパントでドープすることができる。
同様の参照数字が図1、図1Aと同様の構造部を示す、次の製造段階にある図2、図2A、図2Bを参照すると、マスク構造体24、26がSOI層14のデバイス領域18のそれぞれの部分を覆うように形成される。マスク構造体24、26の代表的な形は、第1の横方向において平行に位置合わせされ、第1の横方向に直交する第2の横方向において離間配置されたストリップである。離間配置において、マスク構造体24はギャップGによってマスク構造体26から隔てられている。マスク構造体24、26は、誘電体領域20a、20b、20c及び直下にあるデバイス領域18のストリップに部分的に重なる。
一実施形態において、マスク構造体24は、CMOSゲート構造体の作成中にCMOS又はBiCMOS加工処理ステップによって形成することができる。具体的には、マスク構造体24は、例えば側壁スペーサを有する多結晶シリコン(ポリシリコン)などのCMOSゲート・スタックの一部分から形成することができる。マスク構造体26は、CMOSゲート構造体と同時に定めることができ、この場合、ポリシリコンは、例えば低圧化学気相堆積(LPCVD)又は物理気相堆積(PVD)を用いて堆積され、フォトリソグラフィ及びエッチング(例えば、RIE)を用いてパターン付けされる。随意に絶縁スペーサ(図示せず)をポリシリコン・ストリップの側壁上に形成することができる。
本発明の代替的な一実施形態において、マスク構造体24は、SiO又は窒化シリコン(Si)のような誘電体材料から構成することができる。例えば、マスク構造体24を構成する誘電体材料は、厚い酸化物を堆積させてパターン付けする加工処理ステップのような、既存のCMOS又はBiCMOS加工処理ステップを用いて形成することができる。代替的に、マスク構造体24を構成する誘電体材料は、CMOS又はBiCMOS加工処理とは独立した誘電体材料の堆積及びパターン付けに由来するものとすることができる。
同様の参照数字が図2A−図2Bと同様の構造部を示す、次の製造段階にある図3A、図3Bを参照すると、基本ドーピングと同じ導電型のドープ領域28、30がSOI層14のデバイス領域18内に形成される。イオン注入マスク32が塗布され、デバイス領域18の対向する横方向の端部のところにストリップを露出させるウィンドウ34を有するようにパターン付けされる。イオン注入マスク32は、マスク構造体24、26の間のギャップGを覆うようにマスク構造体24、26に重なる。イオン注入マスク32は、従来の方法で塗布されてフォトリソグラフィによってパターン付けされるレジスト層で形成することができる。イオンは、単方向矢印36で示すようにSOI層14内に注入され、ドープ領域28、30を形成する。イオン注入マスク32の厚さ及び阻止能は、ウィンドウ34の外側で必要なイオン36の阻止をもたらすように選択される。
マスク構造体24、26は、注入の間、ドープ領域28、30の内側端部29、31に自己整合し、ドープ領域28、30の境界の画定を支援する。ドープ領域28、30は、横方向分離構造体17との境界におけるデバイス領域18の外周によって定められる外側端部を含む。ドープ領域28、30は、埋込み誘電体層16とSOI層14との平坦界面の深さまで延びる。イオン36が注入された後、イオン注入マスク32は、例えば、酸素プラズマアッシング又は溶媒ストリッピングによってSOI層14の上から除去される。
イオン36のドーパント種は、デバイス領域18の基本ドーピングと同じ導電型であるが、より高いドーパント濃度でドープ領域28、30をドープするように選択される。多重注入を用いてドープ領域28、30を形成することができ、その後、最終的に急速熱アニールなどのアニールを行って、注入された不純物種を電気的に活性化し、注入損傷を緩和することができる。ドープ領域28、30を形成するためのデバイス領域18へのドーパントの導入は、構成成分である半導体材料の電気的性質を変化させ、高濃度ドーピングにより、構成成分である半導体材料の導電率の大きさを基本ドーピングと比較して少なくとも一桁高める(例えば、抵抗率を小さくする)。
同様の参照数字が図3A、図3Bと同様の構造部を示す、次の製造段階にある図4A、図4Bを参照すると、ドープ領域40、42がSOI層14のデバイス領域18内の中央に形成される。マスク構造体24、26と重なるマスク44が塗布され、マスク構造体24、26の間のギャップGを露出させるウィンドウ45を有するようにパターン付けされる。イオン注入マスク44は、従来の方法で塗布されてフォトリソグラフィによってパターン付けされるレジスト層で形成することができる。イオンは、単方向矢印46で示すようにSOI層14内に注入され、ドープ領域40、42を形成する。イオン注入マスク44の厚さ及び阻止能は、イオン46を止めることによりイオン46がウィンドウ45の外側のSOI層14に達するのを防ぐように選択される。
ドープ領域40、42は、SOI層14の上面13から、埋込み誘電体層16の上面15とSOI層14との平坦界面までの深さに延びることができる。ドープ領域40、42はデバイス領域18内の、ドープ領域28、30及びデバイス領域18の基本ドーピングと比較して反対の導電型を有するようにドーピングされた、SOI層14の半導体材料で構成される。イオン46のドーパント種は、ドープ領域40、42が適切な導電型を有するようにドープするよう選択される。多重注入を用いてドープ領域40、42を形成することができ、その後、最終的に熱アニール又は急速熱アニールなどの活性化ステップを行うことができる。ドープ領域40、42を形成するためのデバイス領域18へのドーパントの導入は、構成成分である半導体材料の電気的性質を変化させ、ドープ領域40、42の導電型を基本ドーピングと比較して変更し、高濃度ドーピングにより、構成成分である半導体材料の導電率の大きさを基本ドーピングと比較して少なくとも一桁高める(例えば、抵抗率を小さくする)。
代表的な実施形態において、ドープ領域40、42は高濃度ドープp型(p)半導体材料を含むことができ、ドープ領域28、30は高濃度ドープn型(n)半導体材料を含むことができる。具体的には、ドープ領域40、42は、B、Al又はGaなどのp型ドーパントのイオン46を注入することによって形成することができ、ドープ領域28、30は、P、As又はSbなどのn型ドーパントのイオン36を注入することによって形成することができる。
ドープ領域28、30、40、42を形成するためにデバイス領域18に注入されるイオン36、46は、NFET又はPFETソース/ドレイン注入に由来するものとすることができる。例えば、ドープ領域40、42は、p型種のPFETソース/ドレイン注入の間に形成することができ、ドープ領域28、30は、n型種のNFETソース/ドレイン注入の間に形成することができる。
同様の参照数字が図4A、図4Bと同様の構造部を示す、次の製造段階にある図5、図5A、図5B、図5C、図5Dを参照すると、イオン46の注入が完了した後、イオン注入マスク44は、例えば酸素プラズマアッシング又は溶媒ストリッピングによってSOI層14の上から除去される。
ドープ領域48a、49a、50a及びドープ領域48b、49b、50bは、ドープ領域28、30を形成するイオン36の注入の間及びドープ領域40、42を形成するイオン46の注入の間マスクされており、デバイス領域18の基本ドーピングを保持し、かつドープ領域40、42と比較して逆ドープされている。デバイス領域18の基本ドーピングが低濃度ドープn型であるので、ドープ領域48a、b、49a、b、50a、bは低濃度ドープn型である。ドープ領域48a、49a、50a及びドープ領域48b、49b、50bは、ドープ領域28、30と同じ導電型を有する。ドープ領域49aは、幅W、W、Wに直交する横方向において、横方向でドープ領域48a、50aとドープ領域28との間に配置される。ドープ領域49bは、幅W、W、Wに直交する横方向において、横方向でドープ領域48b、50bとドープ領域30との間に配置される。
ドープ領域40、42と、逆の導電型のドープ領域48a、50aとの間の2次元界面に沿って、p−n接合部52が定められる。イオン46の注入の間、マスク構造体24の側端部67が、ドープ領域48aに対するドープ領域40の内側端部及びドープ領域50aに対するドープ領域42の内側端部に対して垂直に自己整合して、p−n接合部52を定める。ドープ領域40、42と、逆の導電型のドープ領域48b、50bとの間の2次元界面に沿って、p−n接合部54が定められる。イオン46の注入の間、マスク構造体26の側端部68が、ドープ領域48bに対するドープ領域40の内側端部及びドープ領域50bに対するドープ領域42の内側端部に対して垂直に自己整合して、p−n接合部54を定める。ドープ領域40、42は、誘電体領域20a、20b、20cの端部との交差部によって定められる他の内側端部を含む。
p−n接合部52、54は、それぞれ、アクセプタの濃度とドナーの濃度とがその両側で等しい平面を表す。p−n接合部52、54の横方向の分離は、マスク構造体24、26の間のギャップGの寸法によって決定される。
SOI層14のデバイス領域18の半導体材料のドープ領域28、30、40、42、48a、b、49a、b、50a、bは協同して、p−n接合部52、54を有する横型ダイオード56を形成する。代表的な実施形態において、ドープ領域40、42はp型にドープされて横型ダイオード56のアノードを形成し、ドープ領域28、30はn型にドープされ、ドープ領域48a、b、49a、b、50a、bはn型にドープされてひとまとめに横型ダイオード56のカソードを形成する。代替的にドープ領域40、42をn型にドープすることができ、ドープ領域28、30をp型にドープすることができ、ドープ領域48a、b、49a、b、50a、bをp型にドープすることができる。
局部相互接続レベル又はコンタクト(CA)レベルを形成して、横型ダイオード56のアノード及びカソードとの局部接触及び相互接続を設けることができる。CAレベルは、誘電体層、該誘電体層を貫通してドープ領域28、30に至る一組のコンタクト・プラグ、及び該誘電体層を貫通してドープ領域40、42に至る別の一組のコンタクト・プラグを含む。ドープ領域28、30、40、42の上面にシリサイドを形成してオーム性接触面を設け、アノード及びカソードのシート抵抗を低下させることができる。コンタクト・プラグは、より高位のメタライゼーション・レベル内に形成されたワイヤ間の電気的接続を設けることにより、横型ダイオード56のアノード及びカソードを集積回路の他の部分に電気的に結合することを可能にする。
横型ダイオード56の形成後に標準的な後工程(BEOL)加工処理が行われ、BEOL相互接続構造体が形成される。BEOL相互接続構造体の各レベルは、誘電体層が堆積され、誘電体層内にビア及びトレンチがエッチング形成され、ビア及びトレンチが1回のブランケット堆積によって充填され、次いで平坦化が行われるデュアルダマシン・プロセスなどの、ダマシン・プロセスによって形成することができる。ダマシン・プロセスを繰返して複数の配線レベルを積み重ね、導電性相互接続の多重レベル高密度フレームワークが形成される。ダマシン・プロセス及びダマシン・プロセスに用いられる材料は、当業者には熟知されている。
誘電体領域20a、20b、20cは、ドープ領域40、42を含む活性領域のストリップにわたって、低濃度ドープ領域48a、bから低濃度ドープ領域50a、bまで延びている。誘電体領域20a、20b、20cは、隣接する低濃度ドープ領域48a、b、50a、bに短い距離だけ侵入し、その結果、p−n接合部52、54の物理的及び電気的連続性は、誘電体領域20a、20b、20cの各々の場所で中断される。
誘電体領域20a、20b、20cの隣接する対は、構造部ピッチによって決定される間隔Sだけ隔てられている。誘電体領域20a、20b、20cの数及び構造部ピッチは、誘電体領域20a、20b、20cがSOI層14内に形成されるときに選択される設計パラメータであり、所与の接合容量及び熱放散に対して電流拡散を最適にするように選択することができる。誘電体領域20a、20b、20cの各々は幅Wを有し、代表的な実施形態において、誘電体領域20a、20b、20cは等しい幅Wを有するものと仮定される。代替的に、異なる誘電体領域20a、20b、20cの間で個々の幅Wが異なっていてもよい。
p−n接合部52、54は、ドープ領域40、42とドープ領域48a、b、50a、bとの、n型半導体材料とp型半導体材料との間の直接接触範囲にわたってのみ存在する。p−n接合部52、54の各々は、誘電体領域20a、20b、20cによって複数の区域に分解又は分割され、各々の個別の区域はドープ領域48a、b、50a、bの幅Wに等しい幅を有する。ドープ領域48a、b、50a、bの幅Wは、有効接合部幅の決定における制限因子である。p−n接合部52、54の各々が複数の区域を有するので、デバイス構造体に対するp−n接合部52、54の各々の有効幅は、総計で各々の構成区域の幅Wの和に数値的に等しい。図5Cで最も良く示されているように、p−n接合部52の幅は、接合部区域52a、52bの幅Wの和で与えられる。接合部54は同様の接合部区域(図示せず)を有し、これらを合計して接合部幅を決定する。
p−n接合部52、54の各々は高さHを有し、これは代表的な実施形態において、SOI層14の上面13から埋込み誘電体層16の上面15まで計測される。その結果、p−n接合部52、54の各々は、アクセプタの数とドナーの数がその両側で等しい総面積を有し、その総面積は、幅Wと高さHとの積を全接合部区域にわたって合計した和に数値的に等しい。例えば、p−n接合部52の総面積は、接合部区域52a、52bの個々の面積の和で与えられる。
誘電体領域20a、20b、20cによって区分化されたドープ領域40、42もまた、接合部区域の幅Wを有する個々の区域によって特徴付けられる。代表的な実施形態において、誘電体領域20a、20b、20cは、カソードのドープ領域28、30の中に横方向に突き出でることはなく又はそれ以外でも侵入しない。さらに、誘電体領域20a、20b、20cは、カソードのドープ領域49a、bの中に横方向に突き出ることはなく又はそれ以外でも侵入しない。従って、各々のドープ領域49a及び49bは連続的であり、接合部区域の幅Wの和より大きい幅Wを有する。横型ダイオード56は、アノード及びカソードに関して非対称的なヘッド−ネック−ボディ構造を示す。各々のドープ領域28、30もまた連続的であり、幅Wで特徴付けられる
マスク構造体24は、各々が幅W、W、Wに位置合せされ、互いに離間した位置関係で配置される側端部66、67を有する。側端部66、67の間の間隔は、幅W、W、Wに対して直交する方向におけるマスク構造体24の寸法で与えられる。マスク構造体24の側端部67は、SOI層14内に形成されるp−n接合部52に垂直方向で位置合せされる。
同様に、マスク構造体26は、各々が幅W、W、Wに位置合せされ、互いに離間した位置関係に配置される側端部68、69を有する。側端部68、69の間の間隔は、幅W、W、Wに対して直交する方向におけるマスク構造体26の寸法で与えられる。マスク構造体26の側端部68は、SOI層14内に形成されるp−n接合部54に垂直方向で位置合せされる。
各々の誘電体領域20a、20b、20cの側端部58、60は、幅W、W、Wに位置合せされており、幅W、W、Wに対して直交する方向における各々の誘電体領域20a、20b、20cの寸法で隔てられる。マスク構造体24は、各々の誘電体領域20a、20b、20cのそれぞれの側端部58に、側端部58がマスク構造体24の側端部66、67の間に位置するように重なる。マスク構造体26は、各々の誘電体領域20a、20b、20cのそれぞれの側端部60に、側端部60がマスク構造体26の側端部68、69の間に位置するように重なる。この空間的配置の結果、誘電体領域20a、20b、20cは、マスク構造体24からマスク構造体26まで橋を架ける又は橋渡しをする。カソードのドープ領域28は、各々の誘電体領域20a、20b、20cの側端部58から、少なくともカソードのドープ領域49aだけ隔てられている。カソードのドープ領域30は、各々の誘電体領域20a、20b、20cの側端部60から、少なくともカソードのドープ領域49bだけ隔てられている。幅Wは、誘電体領域20a、20b、20cの側端部58とドープ領域28との間の位置における(又は線に沿った)ドープ領域49aにわたり求められ又は計測され、誘電体領域20a、20b、20cの側端部60とドープ領域30との間の位置における(又は線に沿った)ドープ領域49bにわたり求められ又は計測される。幅Wの数値を求めるためのこの位置は、p−n接合部52、54から横方向に離間する。代替的に、幅Wは、ドープ領域28、30内で、p−n接合部52、54から横方向に離間した位置において求めることができる。
誘電体領域20a、20b、20cの侵入位置において、ドープ領域40、42及びドープ領域48a、b、50a、bのn型半導体材料とp型半導体材料とは接触しない。これらの非接触位置を横切るポテンシャル障壁が無い状態で、各々のp−n接合部52、54は不連続な区域に区分化される。その代りに、ドープ領域49a、bが誘電体領域20a、20b、20cの側端部58、60に接触する。
代表的な実施形態において、誘電体領域20a、20b、20cの数及びピッチは、各々の誘電体領域20a、20b、20cの幅Wが、誘電体領域20a、20b、20cの隣接する対の間の各々のp−n接合部52、54の部分の幅Wにほぼ等しくなるように、選択される。しかし、誘電体領域20a、20b、20cの数及びピッチは変えることができる。さらに、ドープ領域28、30の幅Wは、デバイス領域18の幅に等しくすることができる。
p−n接合部52、54の有効幅は、横型ダイオード56の接合部面積、従って接合容量を決定する。p−n接合部52、54の電気的連続性を中断する絶縁体構造体としての誘電体領域20a、20b、20cの導入は、p−n接合部52、54の面積を効果的に小さくする。しかし、誘電体領域20a、20b、20cは、SOI層14のデバイス領域18の半導体材料の小さい体積を置き換えるのみである。具体的には、誘電体領域20a、20b、20cは、高濃度ドープ領域40、42の間のデバイス領域の小さい体積を置き換え、対向する側端部58、60は高濃度ドープ領域28、30には立ち入らない。
一実施形態において、横型ダイオード56は、SOI基板10の他の領域を用いて作成された回路にESD保護を機能的に与えるように配線することができる。横型ダイオード56のアノードを形成するドープ領域40、42は、BEOL相互接続構造体のメタライゼーション・レベルを通して入力/出力(I/O)パッドに接続される。横型ダイオード56のカソードを形成するドープ領域28、30は、正電源電圧VDDに接続され、その結果、I/Oパッドは、横型ダイオード56を通して正電源電圧VDDに選択的に結合されることになる。動作中、横型ダイオード56は、I/Oパッドから正電源電圧VDDまで、正電圧ESDパルスのためのESD電流経路を与える。正常な動作条件下では、横型ダイオード56には逆バイアスがかかっており、そのため横型ダイオードはオフ(すなわち、非導電)状態にある。ESDパルスにより、横型ダイオード56に順方向バイアスがかかるようになることがあり、その時点で、横型ダイオードは、I/Oパッドの電圧をVDDと横方向ダイオード56の順方向バイアスとの和にクランプして、正電源への電流伝導を開始することになる。
ESD事象の間、高濃度ドープ領域28、30、40、42は、デバイス領域18が熱を放散する能力に寄与し、このことは横型ダイオード56の電流処理能力にとって大いに決定的である。バルク技術と比較すると、SOI層14の薄い層厚及び介在する埋込み誘電体層16は、デバイス領域18が熱を放散する能力を小さくする。横型ダイオード56の電流容量、即ち故障電流(IFAIL)は、過度の温度上昇による損傷を受けずにどれほど多くのエネルギーを吸収することができるかによって決定され得るものであり、これはアノード及びカソード領域の体積に大いに依存する。
誘電体領域20a、20b、20cは、熱放散に与える不利益を最小限にして、接合容量を最小にする。誘電体領域20a、20b、20cは、単位静電容量当たりの故障電流を最大にすると同時に単位静電容量当たりの横型ダイオード56のオン抵抗(RON)を最小にするように働く。従って、横型ダイオード56は、等価なp−n接合面積を有する従来のダイオード構造体と比較して、改善された熱放散及びオン抵抗をもたらすことによって、所与の接合容量に対して改善されたIFAIL/C比及びRON/C比を示す。
代替的に、横型ダイオード56のカソードをI/Oパッドに電気的に結合し、横型ダイオード56のアノードを負電源電圧VSSに電気的に結合することができる。この接続では、負電圧ESDパルスにより、横型ダイオードに順方向バイアスがかかるようになることになり、その結果、I/Oパッド電圧をVSSから横型ダイオード56の順方向バイアスを差し引いた電圧にクランプして、ESD電流が負電圧電源に分流される。
本明細書で説明する横型ダイオードの種々の実施形態はまた、半導体制御整流器(SCR)のNPN又はPNPを含むことができる。SCRは、交互のp型半導体材料及びn型半導体材料の4つの層を有する4層固体デバイス構造体であり、電流を制御するために用いられる。SCRは、横型ダイオード56と同様にESD用途に用いることができるが、本発明の実施形態はそれに限定されない。
同様の参照数字が図5、図5A−図5Dと同様の構造部を示す、本発明の代替的実施形態による図6、図6Aを参照すると、誘電体領域20a、20b、20cを、幅W、W、Wに対して直交する方向に誘電体領域20a、20b、20cの寸法を大きくすることによって拡張することができる。代表的な実施形態において、この拡張は、横型ダイオード56のアノードを形成するドープ領域40、42の中央平面に関して対称である。この拡張は、誘電体領域20a、20b、20cが図1、図1Aに関連して形成されるときに行われ、横型ダイオード56のカソードの低濃度ドープ領域49a、49bを排除するように働く。誘電体領域20a、20b、20cは、横方向ダイオード56のカソードの部分を形成するドープ領域28、30内に突き出る。しかし、誘電体領域20a、20b、20cはデバイス領域18の外周までは延びず、そのためドープ領域28、30は少なくとも部分的に連続し、誘電体領域20a、20b、20cによって分断されない。カソードの幅Wは、ドープ領域28、30内の、p−n接合部52、54から横方向に離間した位置において判断される。横型ダイオード56のこの実施形態のアノードを構成するドープ領域40、42は図5Aに示されており、横型ダイオード56のこの実施形態のp−n接合部52、54は図5Bに示されており、横型ダイオード56のこの実施形態のp−n接合部52の区域52a、52bは図5Cに示されている。
同様の参照数字が図5、図5A−図5Dと同様の構造部を示す、本発明の代替的実施形態による図7、図7A、図7Bを参照すると、マスク構造体62a、62b及びマスク構造体64a、64bは、SOI層14のデバイス領域18の、より小さい表面積をマスクするように形成される。マスク構造体62a、62b、64a、64bは、マスク構造体24、26(図5、図5A−D)と同じ材料から同じ方法で形成することができる。しかし、マスク構造体24、26とは異なり、マスク構造体62a、62b、64a、64bは、位置合わせされた不連続のストリップの組に区分化される。その結果、誘電体領域20a、20b、20cの側端部、及びデバイス領域18の隣接部分がマスクされないことになる。
マスク構造体62a、62b、64a、64bによるマスキングが小さくなっているので、注入の間、マスク構造体24、26と比べると、イオン36(図3A、図3B)は、デバイス領域18のより大きな体積をドープしてドープ領域28、30を形成し、同時にp−n接合部52、54の有効幅及び面積は変更されずに保たれる。横型ダイオード56のこの実施形態のアノードを構成するドープ領域40、42は図5Aに示されており、横型ダイオード56のこの実施形態のp−n接合部52、54は図5Bに示されており、横型ダイオード56のこの実施形態のp−n接合部52の区域52a、52bは図5Cに示されている。
マスク構造体62a、62bのストリップ区分は、誘電体領域20a、20b、20cの側端部58に部分的にのみ重なり、その結果、カソードの領域28は誘電体領域20a、20b、20cの側端部58と同一の広がりをもつことになる。マスク構造体64a、64bのストリップ区分は、誘電体領域20a、20b、20cの側端部60に部分的にのみ重なり、その結果、カソードの領域30は誘電体領域20a、20b、20cの側端部60と同一の広がりをもつことになる。これらの空間的関係は、ドープ領域28、30内の導電性材料の体積を増大させる。
ドープ領域28、30内の導電性材料の体積の増大は、横型ダイオード56がデバイス領域18内の熱を放散する能力を、図5、図5A−Dの横型ダイオード56と比べて強化することができる。これは、図5、図5A−Dに示すダイオード構造体と名目上同じ接合容量を提供する一方で電流拡散及び熱放散をさらに改善して、IFAIL/Cメトリック及びRON/Cメトリックをさらに改善することができる。
同様の参照数字が図5、図5A−5Dと同様の構造部を示す、本発明の代替的実施形態による図8、図8A、図8Bを参照すると、複数の誘電体領域72a、72b、72c及び複数の誘電体領域74a、74b、74cが、誘電体領域20a、20b、20cの代りに又はその改変としてSOI層14内に形成される。代表的な実施形態において、誘電体領域72a、72b、72cは、p−n接合部52に沿って位置合わせされた列に配置することができ、誘電体領域74a、74b、74cは、p−n接合部54に沿って位置合わせされた列に配置することができる。誘電体領域74a、74b、74cの列は、誘電体領域72a、72b、72cの列から横方向に離間する。誘電体領域72a、72b、72c及び誘電体領域74a、74b、74cは、誘電体領域20a、20b、20cに関して上述(図1、図1A)したSTI技術を用いて形成することができる。
各々の誘電体領域72a、72b、72cは、幅W、W、Wの方向に位置合わせされた平行な対向する側端部80、82を有する。同様に、各々の誘電体領域74a、74b、74cは、幅W、W、Wの方向に位置合わせされた平行な対向する側端部84、86を有する。各々の誘電体領域72a、72b、72cの側端部80はドープ領域28と境を接する。各々の誘電体領域74a、74b、74cの側端部86はドープ領域30と境を接する。各々の誘電体領域72a、72b、72cの側端部82は、各々の誘電体領域74a、74b、74cの側端部84から横方向に離間して、アノードのドープ領域76a、76b、76cが側端部82、84の間に配置されるようなっている。ドープ領域76a、76b、76cは、ドープ領域40、42と切れ目なく融合して、デバイス領域18の中央に位置する連続アノードを定める。
マスキングが小さくなっているので、注入の間、イオン46(図4A、図4B)はデバイス領域18のより大きい体積をドープして、ドープ領域48a、b、50a、bと同じ導電型(例えば、pドープ)を有する付加的なドープ領域76a、76b、76cを形成し、同時に、p−n接合部52、54の各々の面積は、誘電体領域20a、20b、20cによってもたらされる縮小に応じてさらに縮小する。横型ダイオード56のこの実施形態のp−n接合部52、54は図5Bに示されており、横型ダイオード56のこの実施形態のp−n接合部52の区域52a、52bは図5Cに示されており、横型ダイオード56のこの実施形態のドープ領域49aは図5Dに示されている。
イオン46でドープされたデバイス領域18の体積の増大は、デバイス領域18内の熱を放散する能力を強化する。ドープ領域76a、76b、76cの付加によるドープ領域40、42の寸法の増大は、横型ダイオード56の熱放散をさらに高めることができ、Cを変化させずにより高いIFAILをもたらす。
誘電体領域の分割は、図8、図8A、図8Bにおいてはマスク構造体24、26(図5、図5A−図5D)の区分化バージョンであるマスク構造体62a、62b、64a、64bと組み合せて記載されている。しかし、別の代替的実施形態において、図8、図8A、図8Bの誘電体領域の分割は、マスク構造体24、26と組み合せて用いることができる。
図9は、例えば、半導体IC論理回路設計、シミュレーション、試験、レイアウト、及び製造に用いられる例示的な設計フロー100のブロック図を示す。設計フロー100は、図5、図5A、図5B、図5C、図6、図6A、図7、図7A、図7B、及び図8、図8A、図8Bに示した上述の設計構造体及び/又はデバイスの論理的に等価な又はそれ以外に機能的に等価な表現を生成するように設計構造体又はデバイスを加工処理するためのプロセス、機械及び/又は機構を含む。設計フロー100によって加工処理及び/又は生成される設計構造体は、データ処理システム上で実行され又はそれ以外に処理されたときにハードウェアコンポーネント、回路、デバイス、又はシステムの論理的、構造的、機械的、又はそれ以外に機能的に等価な表現を生成するデータ及び/又は命令を含むように、機械可読伝達又は記憶媒体上にエンコードすることができる。機械は、それらに限定されないが、例えば、回路、コンポーネント、デバイス、又はシステムの設計、製造、又はシミュレーションなどのようなIC設計プロセスに用いられる任意の機械を含む。例えば、機械は、リソグラフィ機械、マスクを作成するための機械又は装置(例えば、eビーム書込み器)、設計構造体をシミュレートするためのコンピュータ又は装置、製造又は試験プロセスに用いられる任意の装置、又は、設計構造体の機能的に等価な表現をいずれかの媒体内にプログラミングするための任意の機械(例えば、プログラム可能ゲート・アレイをプログラミングするための機械)を含むことができる。
設計フロー100は、設計される表現の種類に応じて様々であり得る。例えば、特定用途向けIC(ASIC)を構築するための設計フロー100は、標準的なコンポーネントを設計するための設計フロー100とは異なる場合があり、又は、例えば、Altera(登録商標)Inc.若しくはXilinx(登録商標)Inc.によって提供されるプログラム可能ゲート・アレイ(PGA)又はフィールド・プログラム可能ゲート・アレイ(FPGA)などのようなプラグラム可能アレイの内部に設計をインスタンス化するための設計フロー100とは異なる場合がある。
図9は、設計プロセス104によって処理されることが好ましい入力設計構造体102を含んだ複数のそのような設計構造体を示す。設計構造体102は、ハードウェア・デバイスの論理的に等価な機能的表現を生成するために生成された、設計プロセス104によって処理される論理シミュレーション設計構造体とすることができる。設計構造体102は、付加的に又は代替的に、設計プロセス104によって処理されたときにハードウェア・デバイスの物理構造体の機能的表現を生成する、データ及び/又はプログラム命令を含むことができる。機能的及び/又は構造的な設計構造部のどちらを表現する場合であっても、設計構造体102は、コア開発者/設計者によって実施されるコンピュータ支援設計(ECAD)を用いて生成することができる。機械可読データ伝達媒体、ゲート・アレイ、又は記憶媒体上にエンコードされると、設計構造体102は、図5、図5A、図5B、図5C、図6、図6A、図7、図7A、図7B、及び図8、図8A、図8Bに示すような電子コンポーネント、回路、電子若しくは論理モジュール、装置、デバイス、又はシステムをシミュレートするか又はそれ以外に機能的に表現するために、設計プロセス104内の1つ又は複数のハードウェア及び/又はソフトウェア・モジュールによりアクセス及び処理することができる。従って、設計構造体102は、設計又はシミュレーション・データ処理システムによって処理されたときにハードウェア論理設計の回路又は他のレベルを機能的にシミュレートするか又はそれ以外に表現する、人間及び/又は機械可読のソース・コード、コンパイルされた構造体、及びコンピュータ実行可能コード構造体を含んだファイル又は他のデータ構造体を含むことができる。このようなデータ構造体は、ハードウェア記述言語(HDL)設計エンティティ、又は、Verilog及びVHDLなどの低水準HDL設計言語及び/又はC若しくはC++などの高水準設計言語に準拠及び/又は適合する他のデータ構造体を含むことができる。
設計プロセス104は、好ましくは、図5、図5A、図5B、図5C、図6、図6A、図7、図7A、図7B、及び図8、図8A、図8Bに示すコンポーネント、回路、デバイス、又は論理構造体に機能的に等価な設計/シミュレーションを合成し、翻訳し、又はそれ以外に処理するためのハードウェア及び/又はソフトウェア・モジュールを使用し、組み込んで、設計構造体102のような設計構造体を収容することができるネットリスト106を生成する。ネットリスト106は、例えば、集積回路設計内の他の要素及び回路に対する接続を記述するワイヤ、個々のコンポーネント、論理ゲート、制御回路、I/Oデバイス、モデルなどのリストを表す、コンパイルされた又はそれ以外に処理されたデータ構造体を含むことができる。ネットリスト106は、ネットリスト106がデバイスの設計仕様及びパラメータに応じて1回又は複数回再合成される反復プロセスを用いて合成することができる。本明細書で説明する他の型式の設計構造体と同様に、ネットリスト106は、機械可読データ記憶媒体上に記録するか、又はプログラム可能ゲート・アレイ内にプログラムすることができる。この媒体は、磁気又は光ディスク・ドライブ、プログラム可能ゲート・アレイ、コンパクト・フラッシュ、又は他のフラッシュ・メモリなどのような不揮発性記憶媒体とすることができる。付加的に又は代替的に、この媒体は、システム・メモリ又はキャッシュ・メモリ、バッファ・スペース、又は、インターネット若しくは他のネットワーク接続に適した手段を介してその上にデータ・パケットを伝送して中間的にストアすることができる電気的若しくは光学的伝導性デバイス及び材料とすることができる。
設計プロセス104は、ネットリスト106を含む様々な型式の入力データ構造体を処理するためのハードウェア・モジュール及びソフトウェア・モジュールを含むことができる。そのようなデータ構造体型式は、例えば、ライブラリ要素108内に存在することができ、所与の製造技術(例えば、32nm、45nm、90nmなどの種々の技術ノード)についてのモデル、レイアウト、及び記号表示を含めて、共通して用いられる要素、回路、及びデバイスの組を含むことができる。データ構造体型式は、設計仕様110、特性データ112、検証データ114、設計ルール116、並びに、入力試験パターン、出力試験結果及び他の試験情報を含むことができる試験データ・ファイル118をさらに含むことができる。設計プロセス104は、応力解析、熱分析、機械的事象シミュレーション、並びに、キャスト、成形及びダイ・プレス成形などの操作のプロセス・シミュレーションのような標準的な機器設計プロセスをさらに含むことができる。機械設計分野の当業者であれば、設計プロセス104において使用される可能な機械設計ツール及び用途の、本発明の範囲及び趣旨から逸脱しない範囲を認識することができる。設計プロセス104はまた、タイミング解析、検証、設計ルール検査、位置及び経路操作などの標準的な回路設計プロセスを実行するためのモジュールを含むことができる。
設計プロセス104は、設計構造体102を図示した補助的なデータ構造体の幾つか又は全て、並びに任意の付加的な機械設計又はデータ(適用可能な場合)と共に処理するためのHDLコンパイラ及びシミュレーション・モデル構築ツールなどの論理及び物理設計ツールを使用し、組み込んで、第2の設計構造体120を生成する。設計構造体120は、記憶媒体又はプログラム可能ゲート・アレイ上に、機械デバイス及び構造体のデータの交換のために用いられるデータ形式(例えば、IGES、DXF、Parasolid XT、JT、DRG、又はそのような機械設計構造体のストア若しくはレンダリングに適した他のいずれかの形式でストアされた情報)で存在する。設計構造体102と同様に、設計構造体120は、ECADシステムによって実行されたときに、図5、図5A、図5B、図5C、図6、図6A、図7、図7A、図7B、及び図8、図8A、図8Bに示す本発明の1つ又は複数の実施形態の論理的に又はそれ以外に機能的に等価な形態を生成する、伝達媒体又はデータ記憶媒体上に存在する1つ又は複数のファイル、データ構造体、又は他のコンピュータでエンコードされるデータ若しくは命令を含むことが好ましい。一実施形態において、設計構造体120は、図5、図5A、図5B、図5C、図6、図6A、図7、図7A、図7B、及び図8、図8A、図8Bに示すデバイスを機能的にシミュレートする、コンパイルされた実行可能HDLシミュレーション・モデルを含むことができる。
設計構造体120はまた、集積回路のレイアウト・データの交換に用いられるデータ形式及び記号データ形式(例えば、GDSII(GDS2)、GL1、OASIS、マップ・ファイル、又はそのような設計データ構造体をストアするのに適した他のいずれかの形式でストアされた情報)を使用することもできる。設計構造体120は、例えば、記号データ、マップ・ファイル、試験データ・ファイル、設計コンテンツ・ファイル、製造データ、レイアウト・パラメータ、ワイヤ、金属のレベル、ビア、形状、製造ラインを通しての経路設定のためのデータ、及び、上述した、図5、図5A、図5B、図5C、図6、図6A、図7、図7A、図7B、及び図8、図8A、図8Bに示したデバイス又は構造体を製造するために製造者又は他の設計者/開発者によって必要とされる任意の他のデータなどの情報を含むことができる。次に設計構造体120は段階122に進むことができ、そこで、例えば、設計構造体120は、テープ出力される、製造のためにリリースされる、マスク会社にリリースされる、別の設計会社に送られる、顧客に送り返される、等々が行われる。
上述の方法は、集積回路チップの製造で用いられる。得られた集積回路チップは、製造者によって、未加工のウェハ形態で(即ち、複数のパッケージされていないチップを有する単一のウェハとして)、裸のダイとして、又はパッケージされた形態で流通させることができる。後者の場合、チップは、単チップパッケージ(例えば、マザーボード又は他の高レベルキャリアに貼り付けられるリードを備えた、プラスチックキャリア)又は多チップパッケージ(例えば、表面相互接続又は埋め込み相互接続のいずれか又は両方を有するセラミックキャリア)の中に装着される。いずれにしても、チップは、次に他のチップ、別個の回路素子、及び/又は他の単独の処理デバイスと共に、(a)マザーボードのような中間製品、又は(b)最終製品、の一部として集積される。最終製品は、玩具及び他の低価格帯用途から、ディスプレイ、キーボード又は他の入力デバイス、及び中央処理装置を有する高度なコンピュータ製品までにわたる範囲の、集積回路チップを含む任意の製品とすることができる。
ある要素が別の要素に又は別の要素と「接続」又は「結合」しているものとして説明されている場合、これは、他の要素に直接接続又は結合してもよく、又はその代わりに、1つ又は複数の介在する要素が存在してもよいことが理解されよう。対照的に、ある要素が別の要素に「直接接続」又は「直接結合」しているものとして説明されている場合、介在する要素は存在しない。ある要素が別の要素に「間接的に接続」又は「間接的に結合」しているものとして説明されている場合、少なくとも1つの介在する要素が存在する。
本明細書において用いられる用語は、特定の実施形態を説明する目的のためのものに過ぎず、本発明を限定することを意図するものではない。本明細書において用いられるとき、単数形の「a」、「an」及び「the」は、文脈から明らかにそうではないことが示されていない限り、複数形も同様に含むことを意図するものである。「含む」及び/又は「含んでいる」という用語は、本明細書で用いられる場合、言及した特徴、整数、ステップ、操作、要素、及び/又はコンポーネントの存在を規定するが、1つ又は複数の他の特徴、整数、ステップ、操作、要素、コンポーネント、及び/又はそれらの群の存在又は追加を排除するものではないことがさらに理解されよう。
以下の特許請求の範囲における全ての「手段又はステップと機能との組み合わせ(ミーンズ又はステップ・プラス・ファンクション)」要素の対応する構造、材料、動作及び均等物は、その機能を、明確に特許請求されているように他の特許請求された要素と組み合わせて実行するための、いかなる構造、材料又は動作をも含むことが意図される。本発明の説明は、例示及び説明の目的で提示されたものであるが、網羅的であることを意図するものではなく、本発明を開示された形態に限定することを意図するものでもない。本発明の範囲及び趣旨から逸脱することのない多くの変更及び変形が、当業者には明らかとなろう。実施形態は、本発明の原理及び実際の用途を最も良く説明するため、及び、当業者が本発明を企図される特定の使用に適するように種々の変更を有する種々の実施形態について理解することを可能にするために、選択し、説明した。
10:半導体オン・インシュレータ(SOI)基板
12:ハンドル・ウェハ
14:デバイス又はSOI層
16:埋込み誘電体層
17:横方向分離構造体
18:デバイス領域
20a、20b、20c、72a、72b、72c、74a、74b、74c:誘電体領域
22、36、46:イオン
24、26、62a、62b、64a、64b:マスク構造体
28、30、48a、48b、49a、49b、50a、50b:ドープ領域(カソード)
40、42、76a、76b、76c:ドープ領域(アノード)
32、44:イオン注入マスク
52、52a、52b、54:p−n接合部
56:横型ダイオード
58、60、80、82、84、86:誘電体領域の側端部
66、67、68、69:マスク構造体の側端部
100:設計フロー
102:入力設計構造体
104:設計プロセス
106:ネットリスト
120:設計構造体

Claims (25)

  1. 半導体オン・インシュレータ(SOI)基板の半導体層内にデバイス構造体を作成する方法であって、
    前記半導体層内に、第1の導電型及び第1の幅の第1の領域を含むカソードを形成することと、
    前記半導体層内に、第2の導電型の第1の領域を含むアノードを形成することと
    を含み、
    前記アノードは、前記アノードの前記第1の領域がp−n接合部に沿って前記カソードの前記第1の領域と同一の広がりをもつように前記カソードに対して配置され、前記p−n接合部は、前記p−n接合部から横方向に離間した位置で計測された前記第1の領域の前記第1の幅より小さい、前記第1の幅に平行な方向に計測された第2の幅を有する、
    方法。
  2. 前記SOI基板は、埋込み誘電体層と、前記半導体層から前記埋込み誘電体層によって隔てられたハンドル・ウェハとを含み、前記方法は、
    前記半導体層内に、前記半導体層の上面から前記埋込み誘電体層まで延びる少なくとも1つの誘電体領域を形成することをさらに含み、
    前記少なくとも1つの誘電体領域は、前記p−n接合部を、総計で前記第2の幅を定める個々の幅の複数の区域に分割する、
    請求項1に記載の方法。
  3. 前記半導体層の前記上面の上に、前記第1及び第2の幅にそれぞれ位置合せされた第1の側端部及び第2の側端部を有する第1のマスク構造体を形成することをさらに含み、
    前記少なくとも1つの誘電体領域は、前記第1及び第2の幅に位置合せされた第1の側端部を有し、前記少なくとも1つの誘電体領域の前記第1の側端部は、前記第1のマスク構造体の前記第1の側端部と第2の側端部との間に配置される、
    請求項2に記載の方法。
  4. 前記半導体層内に、前記第2の導電型の前記第1の領域を含む前記アノードを形成することは、
    前記半導体層内に第1のドーパントを注入して前記アノードの前記第1の領域を形成することを含み、
    前記第1のドーパントの前記注入の間、前記第1のマスク構造体が前記カソードの前記第1の領域を覆い、前記第1のマスク構造体の前記第1の側端部が前記p−n接合部に垂直方向に位置合せされる、
    請求項3に記載の方法。
  5. 前記半導体層の前記上面の上に、前記第1のマスク構造体と平行に配向する、前記第1のマスク構造体の前記第1の側端部から離間した第2のマスク構造体を形成することをさらに含む、請求項4に記載の方法。
  6. 前記少なくとも1つの誘電体領域は、前記少なくとも1つの誘電体領域の前記第1の側端部に平行な第2の側端部を有し、前記第2のマスク構造体は前記少なくとも1つの誘電体領域の前記第2の側端部に完全に重なり、その結果、前記少なくとも1つの誘電体領域が前記第1のマスク構造体から前記第2のマスク構造体まで橋を架ける、請求項5に記載の方法。
  7. 前記少なくとも1つの誘電体領域は、前記少なくとも1つの誘電体領域の前記第1の側端部に平行な第2の側端部を有し、前記少なくとも1つの誘電体領域の前記第2の側端部は、前記第1のマスク構造体の前記第1の側端部と前記第2のマスク構造体との横方向の間にあり、その結果、前記第1の領域の一部分が前記少なくとも1つの誘電体領域の前記第2の側端部と前記第2のマスク構造体との間に配置される、請求項5に記載の方法。
  8. 前記半導体層に第2のドーパントを注入して、前記カソードの前記第1の領域と同じ導電型で前記カソードの前記第1の領域より高い導電率を有する前記カソードの第2の領域を形成することをさらに含み、
    前記第1のマスク構造体の前記第2の側端部が前記カソードの前記第1の領域と前記カソードの前記第2の領域との間の境界を定める、
    請求項3に記載の方法。
  9. 前記第1のマスク構造体が前記少なくとも1つの誘電体領域の前記第1の側端部と部分的に重なり、その結果、前記カソードの前記第2の領域の一部分が前記少なくとも1つの誘電体領域の前記第1の側端部と同一の広がりをもつ、請求項8に記載の方法。
  10. 前記第1のマスク構造体が前記少なくとも1つの誘電体領域の前記第1の側端部と完全に重なり、その結果、前記カソードの前記第2の領域が前記少なくとも1つの誘電体領域の前記第1の側端部から前記カソードの前記第1の領域によって隔てられる、請求項8に記載の方法。
  11. 前記SOI基板は、埋込み誘電体層と、前記半導体層から前記埋込み誘電体層によって隔てられたハンドル・ウェハとを含み、前記方法は、
    前記半導体層内に、前記半導体層の上面から前記埋込み誘電体層まで延びる複数の誘電体領域を形成することをさらに含み、
    前記誘電体領域は、前記p−n接合部を、総計で第2の幅を与える複数の区域に分割する、
    請求項1に記載の方法。
  12. 半導体オン・インシュレータ(SOI)基板の半導体層内に作成されるデバイス構造体であって、
    前記半導体層内の、第1の導電型及び第1の幅でドープされた前記半導体層の第1の領域を含むカソードと、
    前記半導体層内の、第2の導電型の第1の領域を含むアノードと
    を備え、
    前記アノードは、前記アノードの前記第1の領域がp−n接合部に沿って前記カソードの前記第1の領域と同一の広がりをもつように前記カソードに対して配置され、前記p−n接合部は、前記p−n接合部から横方向に離間した位置で計測された前記第1の領域の前記第1の幅より小さい、前記第1の幅に平行な方向に計測された第2の幅を有する、
    デバイス構造体。
  13. 前記SOI基板は、埋込み誘電体層と、前記半導体層から前記埋込み誘電体層によって隔てられたハンドル・ウェハとを含み、前記デバイス構造体は、
    前記半導体層の上面から前記埋込み誘電体層まで延びる少なくとも1つの第1の誘電体領域を前記半導体層内にさらに備え、
    前記少なくとも1つの誘電体領域は、前記p−n接合部を、総計で第2の幅を定める個々の幅の複数の区域に分割する、
    請求項12に記載のデバイス構造体。
  14. 前記少なくとも1つの第1の誘電体領域は、前記第1及び第2の幅に位置合せされた側端部を有し、前記デバイス構造体は、
    前記半導体層の上面から前記埋込み誘電体層まで延びる少なくとも1つの第2の誘電体領域を前記半導体層内にさらに備え、
    前記少なくとも1つの第2の誘電体領域は、前記第1の幅及び第2の幅に位置合せされた側端部を有し、前記少なくとも1つの第2の誘電体領域の前記側端部は、前記第1の誘電体領域の前記側端部から、前記アノードの一部分が前記側端部の間に配置されるように離間する、
    請求項13に記載のデバイス構造体。
  15. 前記カソードは、前記第1の導電型にドープされた前記半導体層の第2の領域を含み、前記カソードの前記第2の領域は、前記カソードの前記第1の領域によって前記アノードから隔てられる、請求項13に記載のデバイス構造体。
  16. 前記少なくとも1つの第1の誘電体領域は、前記第1及び第2の幅に位置合せされた第1の側端部、並びに、前記第1の側端部に平行な第2の側端部を有し、前記カソードの前記第2の領域は、前記少なくとも1つの誘電体領域の前記第1の側端部と同一の広がりをもつ、請求項15に記載のデバイス構造体。
  17. 前記少なくとも1つの第1の誘電体領域は、前記第1及び第2の幅に位置合せされた第1の側端部、並びに、前記第1の側端部に平行な第2の側端部を有し、前記カソードの前記第2の領域は、前記少なくとも1つの誘電体領域の前記第1の側端部から前記カソードの前記第1の領域によって隔てられる、請求項15に記載のデバイス構造体、
  18. 前記SOI基板は、埋込み誘電体層と、前記半導体層から前記埋込み誘電体層によって隔てられたハンドル・ウェハとを含み、前記デバイス構造体は、
    前記半導体層の上面から前記埋込み誘電体層まで延びる複数の誘電体領域を前記半導体層内にさらに備え、
    前記誘電体領域は、前記p−n接合部を、総計で第2の幅を与える複数の区域に分割する、
    請求項12に記載のデバイス構造体。
  19. 前記アノード及びカソードが横型ダイオードを構成する、請求項12に記載のデバイス構造体。
  20. 前記カソードは、前記第1の導電型にドープされた前記半導体層の第2の領域を含み、前記カソードの前記第2の領域は、前記カソードの前記第1の領域によって前記アノードから隔てられる、請求項12に記載のデバイス構造体。
  21. 前記カソードの前記第1の導電型はn型であり、前記アノードの前記第2の導電型はp型である、請求項12に記載のデバイス構造体。
  22. 機械可読データ記憶媒体上にエンコードされたハードウェア記述言語(HDL)設計構造体であって、前記HDL設計構造体は、コンピュータ支援設計システムにおいて処理されたとき、半導体オン・インシュレータ(SOI)基板の半導体層内に形成されるデバイス構造体の機械実行可能表現を生成する要素を含み、前記HDL設計構造体は、
    前記半導体層内の、第1の導電型及び第1の幅でドープされた前記半導体層の第1の領域を含むカソードと、
    前記半導体層内の、第2の導電型の第1の領域を含むアノードと
    を備え、
    前記アノードは、前記アノードの前記第1の領域がp−n接合部に沿って前記カソードの前記第1の領域と同一の広がりをもつように前記カソードに対して配置され、前記p−n接合部は、前記p−n接合部から横方向に離間した位置で計測された前記第1の領域の前記第1の幅より小さい、前記第1の幅に平行な方向に計測された第2の幅を有する、
    HDL設計構造体。
  23. 前記設計構造体はネットリストを含む、請求項22に記載のHDL設計構造体。
  24. 前記設計構造体は、集積回路のレイアウト・データの交換に用いられるデータ形式で記憶媒体上に存在する、請求項22に記載のHDL設計構造体。
  25. 前記設計構造体は、プログラム可能ゲート・アレイ内に存在する、請求項22に記載のHDL設計構造体。
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