專利名稱：用作靜電防護(hù)結(jié)構(gòu)的器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體集成電路器件，特別是涉及一種作為高壓電路的靜電保護(hù)結(jié)構(gòu)的MOS晶體管。
背景技術(shù)：
靜電對(duì)于電子產(chǎn)品的傷害一直是不易解決的問(wèn)題，目前在半導(dǎo)體集成電路中使用最多的 ESD (Electrical Static Discharge，靜電放電)保護(hù)結(jié)構(gòu)為 GGMOS (Ground Gate MOSFET,柵極接地的MOS晶體管)。GGMOS器件具體包括低壓MOS (即普通MOS晶體管)、 LDMOS(Latetal DiffusionMOSFET，橫向擴(kuò)散 MOS 晶體管)和 DDDMOS(Double Diffusion Drain M0SFET，雙擴(kuò)散漏極MOS晶體管)等。其中低壓MOS主要作為低壓電路的靜電保護(hù)結(jié)構(gòu)，LDMOS和DDDMOS主要作為高壓電路的靜電保護(hù)結(jié)構(gòu)。目前用作靜電保護(hù)結(jié)構(gòu)的主要是η型MOS晶體管，本申請(qǐng)文件中涉及的低壓M0S、 LDMOS, DDDMOS均以η型為例進(jìn)行說(shuō)明。請(qǐng)參閱圖1，這是一種現(xiàn)有的用作靜電防護(hù)結(jié)構(gòu)的η型LDM0S。在ρ型襯底10上為ρ阱12，ρ阱12中有η型輕摻雜區(qū)(即η阱)11。隔離結(jié)構(gòu)131、132在ρ阱12中。隔離結(jié)構(gòu)133在η型輕摻雜區(qū)11中。隔離結(jié)構(gòu)134在η型輕摻雜區(qū)11和/或ρ阱12中。所述隔離結(jié)構(gòu)131、132、133、134例如為場(chǎng)氧隔離(L0C0S)結(jié)構(gòu)或淺槽隔離(STI)結(jié)構(gòu)。ρ阱 12之上為柵極14，柵極14的一側(cè)在ρ阱12之上，另一側(cè)在隔離結(jié)構(gòu)133之上。柵極14兩側(cè)為側(cè)墻15。柵極14例如為多晶硅，側(cè)墻15例如為氮化硅。ρ阱12中且在隔離結(jié)構(gòu)131、 132之間為ρ型重?fù)诫s區(qū)161，作為ρ阱12的引出端。ρ阱12中且在隔離結(jié)構(gòu)132和柵極 14的的一側(cè)側(cè)墻15之間為η型重?fù)诫s區(qū)162，作為源極。η型輕摻雜區(qū)11中且在隔離結(jié)構(gòu)133、134之間且靠近隔離結(jié)構(gòu)133—側(cè)有η型重?fù)诫s區(qū)163，作為漏極。η型輕摻雜區(qū)11 中且在隔離結(jié)構(gòu)133、134之間且靠近隔離結(jié)構(gòu)134 —側(cè)有ρ型重?fù)诫s區(qū)164。所述LDMOS 用作半導(dǎo)體集成電路的靜電保護(hù)結(jié)構(gòu)時(shí)，P型重?fù)诫s區(qū)161和源極162接地(即GND)，柵極 14接內(nèi)部電路(也可通過(guò)一電阻接地)，漏極163和ρ型重?fù)诫s區(qū)164接輸出入焊墊。所述輸出入焊墊即接靜電。上述圖1為簡(jiǎn)化起見(jiàn)，一些細(xì)微結(jié)構(gòu)如柵極下方的柵氧化層、溝槽側(cè)壁和底部的襯墊氧化層、襯底之上可能存在的外延層等均未作圖示和說(shuō)明。圖1所示的LDMOS是在漏極163遠(yuǎn)離柵極14的一側(cè)增加一個(gè)ρ型重?fù)诫s區(qū)164， 形成寄生硅控整流管來(lái)提高靜電保護(hù)能力。請(qǐng)參閱圖2和圖3，所述寄生硅控整流管在ESD發(fā)生下的工作原理是這樣的在靜電正電荷從輸出入焊墊進(jìn)入圖1所示LDMOS器件后，會(huì)抬高η型輕摻雜區(qū)11 的電位，通常電壓擊穿點(diǎn)在LDMOS器件溝道下方處的η型輕摻雜區(qū)11邊界，即圖2所示的早期失效點(diǎn)A處。擊穿電流通過(guò)ρ阱12中的ρ型重?fù)诫s區(qū)161引出，同時(shí)抬高ρ阱12的電位，導(dǎo)致圖3中的橫向寄生三極管導(dǎo)通。該橫向寄生三極管是由η型輕摻雜區(qū)11、LDMOS器件溝道下方的P阱12、源極162組成的橫向的NPN型三極管。在ESD發(fā)生時(shí)，這個(gè)橫向寄生三極管會(huì)開(kāi)啟瀉流。但研究中發(fā)現(xiàn)，橫向寄生三極管開(kāi)啟后漏極163的電流主要從柵極14跨過(guò)的場(chǎng)氧化區(qū)133下方的η型輕摻雜區(qū)11流到整個(gè)LDMOS溝道下方的η型輕摻雜區(qū)11邊界并注入 P阱12，因此ρ型重?fù)诫s區(qū)164下方的η型輕摻雜區(qū)11的電位較難下降例如0. 7V而達(dá)到圖3中縱向寄生三級(jí)管的開(kāi)啟條件。這便致使縱向寄生三級(jí)管開(kāi)啟時(shí)，橫向寄生三級(jí)管的開(kāi)啟程度已經(jīng)較大。所述縱向寄生三極管是由P型重?fù)诫s區(qū)164、η型輕摻雜區(qū)11和ρ阱 12所組成的縱向的PNP型三極管。而橫向寄生三級(jí)管的電流接近LDMOS器件表面，同時(shí)在漏極163與隔離結(jié)構(gòu)133 交界處的電場(chǎng)強(qiáng)度較大，在大的表面電流和大電場(chǎng)下，該處的發(fā)熱功率較大，通常還未達(dá)到縱向寄生三級(jí)管開(kāi)啟條件時(shí)，此處已經(jīng)出現(xiàn)損壞，如圖2所示的早期損壞點(diǎn)B處。如果調(diào)節(jié)η型輕摻雜區(qū)11中ρ型重?fù)诫s區(qū)164與η型輕摻雜區(qū)11邊界的距離C 使擊穿電壓發(fā)生在η型輕摻雜區(qū)11靠近ρ型重?fù)诫s區(qū)164 —側(cè)，避開(kāi)早期失效點(diǎn)Α，但形成的穿通擊穿電壓不穩(wěn)定，因此其調(diào)節(jié)出的靜電觸發(fā)電壓也不穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種高壓電路中用作靜電防護(hù)結(jié)構(gòu)的器件，該器件在ESD放電中靜電觸發(fā)開(kāi)啟電壓是可調(diào)的。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明用作靜電防護(hù)結(jié)構(gòu)的器件為在ρ型襯底10上為ρ 阱12，ρ阱12中有η型輕摻雜區(qū)11 ；隔離結(jié)構(gòu)131、132在ρ阱12中；隔離結(jié)構(gòu)133在η型輕摻雜區(qū)11中；隔離結(jié)構(gòu)134在η型輕摻雜區(qū)11和/或ρ阱12中；ρ阱12之上為柵極 14，柵極14的一側(cè)在ρ阱12之上，另一側(cè)在隔離結(jié)構(gòu)133之上；柵極14兩側(cè)為側(cè)墻15 ；ρ 阱12中且在隔離結(jié)構(gòu)131、132之間為ρ型重?fù)诫s區(qū)161，作為ρ阱12的引出端；ρ阱12中且在隔離結(jié)構(gòu)132和柵極14的的一側(cè)側(cè)墻15之間為η型重?fù)诫s區(qū)162，作為源極；η型輕摻雜區(qū)11中且在隔離結(jié)構(gòu)133、134之間且靠近隔離結(jié)構(gòu)133 —側(cè)有η型重?fù)诫s區(qū)21 ;η型輕摻雜區(qū)11中且在隔離結(jié)構(gòu)133、134之間且靠近隔離結(jié)構(gòu)134 —側(cè)有η型重?fù)诫s區(qū)23，作為漏極；η型輕摻雜區(qū)11中且在η型重?fù)诫s區(qū)21和η型重?fù)诫s區(qū)23之間有ρ型重?fù)诫s區(qū) 22 ；所述器件用作半導(dǎo)體集成電路的靜電保護(hù)結(jié)構(gòu)時(shí)，ρ型重?fù)诫s區(qū)161和源極162接地， 柵極14接內(nèi)部電路，ρ型重?fù)诫s區(qū)22和漏極23接輸出入焊墊；所述輸出入焊墊即接靜電。本發(fā)明用作靜電防護(hù)結(jié)構(gòu)的器件可以在不改變器件驅(qū)動(dòng)工作性能的情況下提高寄生硅控整流管的ESD開(kāi)啟效果，提高ESD性能。具體而言可以改善ESD出現(xiàn)時(shí)的電壓擊穿位置，從而提高器件在ESD保護(hù)中的穩(wěn)定性。本發(fā)明還可通過(guò)具體參數(shù)設(shè)置來(lái)調(diào)節(jié)靜電觸發(fā)電壓，并且可以快速開(kāi)啟縱向寄生三級(jí)管，降低電壓擊穿對(duì)器件溝道區(qū)損傷和縱向寄生三極管無(wú)法開(kāi)啟的風(fēng)險(xiǎn)。


圖1是現(xiàn)有的一種用作靜電防護(hù)結(jié)構(gòu)的LDMOS的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1所示器件在ESD發(fā)生時(shí)的工作原理示意圖；圖3是圖1中橫向寄生三極管和縱向寄生三極管的示意圖4是本發(fā)明用作靜電防護(hù)結(jié)構(gòu)的器件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是圖5所示器件在ESD發(fā)生時(shí)的工作原理示意圖；圖6是圖5中橫向寄生三極管和縱向寄生三極管的示意圖；圖7是本發(fā)明運(yùn)用的實(shí)際電路圖。圖中附圖標(biāo)記說(shuō)明10為ρ型襯底；11為η型輕摻雜區(qū)；12為ρ阱；131、132、133、1；34為隔離區(qū)；14為柵極；15為側(cè)墻；161為ρ型重?fù)诫s區(qū)；162為源極；163為漏極；164為ρ型重?fù)诫s區(qū)；21為 η型重?fù)诫s區(qū)；22為ρ型重?fù)诫s區(qū)；23為漏極；A、B為早期失效點(diǎn)；C為尺寸；D為電壓擊穿區(qū)。
具體實(shí)施例方式請(qǐng)參閱圖4，本發(fā)明用作靜電防護(hù)結(jié)構(gòu)的器件也是一種η型LDMOS器件，具體包括 在P型襯底10上為P阱12，P阱12中有η型輕摻雜區(qū)11。隔離結(jié)構(gòu)131、132在ρ阱12 中。隔離結(jié)構(gòu)133在η型輕摻雜區(qū)11中。隔離結(jié)構(gòu)134在η型輕摻雜區(qū)11和/或ρ阱12 中。所述隔離結(jié)構(gòu)131、132、133、134例如為場(chǎng)氧隔離結(jié)構(gòu)或淺槽隔離結(jié)構(gòu)。ρ阱12之上為柵極14，柵極14的一側(cè)在ρ阱12之上，另一側(cè)在隔離結(jié)構(gòu)133之上。柵極14兩側(cè)為側(cè)墻 15。柵極14例如為多晶硅材料，側(cè)墻15例如為氮化硅材料。ρ阱12中且在隔離結(jié)構(gòu)131、 132之間為ρ型重?fù)诫s區(qū)161，作為ρ阱12的引出端。ρ阱12中且在隔離結(jié)構(gòu)132和柵極 14的的一側(cè)側(cè)墻15之間為η型重?fù)诫s區(qū)162，作為源極。η型輕摻雜區(qū)11中且在隔離結(jié)構(gòu)133、134之間且靠近隔離結(jié)構(gòu)133—側(cè)有η型重?fù)诫s區(qū)21。η型輕摻雜區(qū)11中且在隔離結(jié)構(gòu)133、134之間且靠近隔離結(jié)構(gòu)134 —側(cè)有η型重?fù)诫s區(qū)23，作為漏極。η型輕摻雜區(qū)11中且在η型重?fù)诫s區(qū)21和η型重?fù)诫s區(qū)23之間有ρ型重?fù)诫s區(qū)22。所述LDMOS器件用作半導(dǎo)體集成電路的靜電保護(hù)結(jié)構(gòu)時(shí)，P型重?fù)诫s區(qū)161和源極162接地，柵極14接內(nèi)部電路(或通過(guò)一電阻接地，此時(shí)則只具有靜電防護(hù)功能，而不具有輸出驅(qū)動(dòng)功能)，Ρ型重?fù)诫s區(qū)22和漏極23接輸出入焊墊。所述輸出入焊墊即接靜電。本發(fā)明用作靜電防護(hù)結(jié)構(gòu)的器件是一種改進(jìn)的η型LDMOS器件，其改進(jìn)體現(xiàn)在一般LDMOS在η型輕摻雜區(qū)11中只有一個(gè)η型重?fù)诫s區(qū)作為漏極，本發(fā)明則在η型輕摻雜區(qū) 11中增加了一個(gè)P型重?fù)诫s區(qū)22，且該ρ型重?fù)诫s區(qū)22將原本為一個(gè)的η型重?fù)诫s區(qū)分裂為兩個(gè)彼此獨(dú)立的、不連通的η型重?fù)诫s區(qū)21、23。其中靠近柵極14的η型重?fù)诫s區(qū)21 沒(méi)有引出端，而遠(yuǎn)離柵極14的η型重?fù)诫s區(qū)23和ρ型重?fù)诫s區(qū)22 —起引出接輸出入焊墊。圖4所示器件中，η型重?fù)诫s區(qū)21、ρ型重?fù)诫s區(qū)22、η型重?fù)诫s區(qū)23之間也可以包括隔離結(jié)構(gòu)(未圖示)。而P型重?fù)诫s區(qū)161和源極162之間的隔離結(jié)構(gòu)132也可以取消。請(qǐng)參閱圖5和圖6，本發(fā)明用作靜電防護(hù)結(jié)構(gòu)的器件(η型LDMOS器件)在ESD發(fā)生下的工作原理是這樣的在靜電正電荷從輸出入焊墊進(jìn)入漏極23后，導(dǎo)致漏極23和η型輕摻雜區(qū)11的電位抬高，通過(guò)調(diào)節(jié)η型輕摻雜區(qū)11的邊界與漏極23的邊界的尺寸C，可以使圖5中的D處比η型輕摻雜區(qū)11其他位置與ρ阱12的擊穿電壓小，因此D處成為電壓擊穿區(qū)。其擊穿電流流經(jīng)P阱12，從ρ阱12的引出端ρ型重?fù)诫s區(qū)161流出，同時(shí)抬高ρ阱12的電位。當(dāng)P阱12的電位抬高到例如0. 7V時(shí)，圖5所示的橫向寄生三極管導(dǎo)通，瀉放靜電電流。該橫向寄生三極管是由η型輕摻雜區(qū)11、LDMOS器件溝道下方的ρ阱12、源極162組成的橫向
的NPN型三極管。當(dāng)該橫向寄生三極管導(dǎo)通后，從漏極23流入的靜電電流將主要流經(jīng)ρ型重?fù)诫s區(qū) 22下方的η型輕摻雜區(qū)11，并從LDMOS器件溝道下的η型輕摻雜區(qū)11邊界注入ρ阱12，同時(shí)降低P型重?fù)诫s區(qū)22下方的電位。當(dāng)ρ型重?fù)诫s區(qū)22下方的η型輕摻雜區(qū)11電位比漏極23的電位低例如0. 7V時(shí)，圖6所示的縱向寄生三極管導(dǎo)通開(kāi)啟，與之前開(kāi)啟的橫向寄生三級(jí)管形成開(kāi)啟的硅控整流管，瀉放靜電電流。該縱向寄生三極管是由P阱12、η型輕摻雜區(qū)11、ρ型重?fù)诫s區(qū)22組成的縱向的PNP型三級(jí)管。請(qǐng)參閱圖7，其表明了本發(fā)明所述器件在電路中的連接方法。與圖4相對(duì)應(yīng)，源極 162和ρ型重?fù)诫s區(qū)161 (襯底引出端)接地，柵極14接內(nèi)部電路，漏極23和ρ型重?fù)诫s區(qū)22接輸出入焊墊。在電路正常工作時(shí)，本發(fā)明所述器件可用作輸出組件，提供輸出驅(qū)動(dòng)功能。在靜電發(fā)生時(shí)，可以提供ESD電荷泄放通路，保證該具有驅(qū)動(dòng)功能的器件及其后方的內(nèi)部電路不被靜電損壞。本發(fā)明用作靜電防護(hù)結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)在于其一，利用漏極23遠(yuǎn)離柵極14 一側(cè)的邊界、與η型輕摻雜區(qū)11遠(yuǎn)離柵極14 一側(cè)的邊界，兩個(gè)邊界的間距C來(lái)改變?chǔ)切洼p摻雜區(qū)11的擊穿電壓，從而使靜電放電時(shí)的觸發(fā)電壓可按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行調(diào)整。其二，擊穿電壓發(fā)生的位置在圖5中的D處，這是遠(yuǎn)離LDMOS器件溝道的地方，使得ESD發(fā)生時(shí)的擊穿過(guò)程對(duì)LDMOS器件溝道區(qū)和柵氧化層的損傷較小，提高靜電防護(hù)的穩(wěn)定性。其三，圖5所示的橫向寄生三級(jí)管開(kāi)啟后，電流主要從ρ型重?fù)诫s區(qū)22下方的η 型輕摻雜區(qū)11流過(guò)，有利于快速開(kāi)啟縱向寄生三級(jí)管，提高ESD電流的泄放能力。其四，該結(jié)構(gòu)不改變LDMOS器件工作區(qū)的結(jié)構(gòu)，對(duì)LDMOS器件的驅(qū)動(dòng)工作性能的影響較小。其五，η型輕摻雜區(qū)11中靠近柵極14的η型重?fù)诫s區(qū)21使該LDMOS器件在正常工作時(shí)的電流路徑更類似無(wú)寄生硅控整流管的LDMOS器件的情形，并促進(jìn)硅控整流管中的 ESD電流向LDMOS器件縱深流動(dòng)，避免開(kāi)啟的橫向寄生三級(jí)管的表面電流對(duì)LDMOS器件結(jié)構(gòu)的損傷。綜上所述，本發(fā)明用作靜電防護(hù)結(jié)構(gòu)的器件具有較好的靜電防護(hù)性能，并且提高了器件在ESD保護(hù)中的穩(wěn)定性。
權(quán)利要求
1.一種用作靜電防護(hù)結(jié)構(gòu)的器件，其特征是在P型襯底(10)上為P阱(12)，p阱(12) 中有η型輕摻雜區(qū)(11)；隔離結(jié)構(gòu)(131、132)在ρ阱(12)中；隔離結(jié)構(gòu)(133)在η型輕摻雜區(qū)(11)中；隔離結(jié)構(gòu)(134)在η型輕摻雜區(qū)(11)和/或ρ阱(12)中；ρ阱(12)之上為柵極14，柵極(14)的一端在ρ阱(12)之上，另一端在隔離結(jié)構(gòu)(133)之上；柵極(14)兩側(cè)為側(cè)墻(15) ；ρ阱(12)中且在隔離結(jié)構(gòu)(131、132)之間為ρ型重?fù)诫s區(qū)(161)，作為ρ阱 (12)的引出端；ρ阱(12)中且在隔離結(jié)構(gòu)(132)和柵極(14)的一側(cè)側(cè)墻15之間為η型重?fù)诫s區(qū)(162)，作為源極；η型輕摻雜區(qū)(11)中且在隔離結(jié)構(gòu)(133、134)之間且靠近隔離結(jié)構(gòu)(133) —側(cè)有η型重?fù)诫s區(qū)；η型輕摻雜區(qū)(11)中且在隔離結(jié)構(gòu)(133、134)之間且靠近隔離結(jié)構(gòu)(134) —側(cè)有η型重?fù)诫s區(qū)(23)，作為漏極；η型輕摻雜區(qū)(11)中且在η型重?fù)诫s區(qū)和η型重?fù)诫s區(qū)之間有ρ型重?fù)诫s區(qū)0 ；所述器件用作半導(dǎo)體集成電路的靜電保護(hù)結(jié)構(gòu)時(shí)，P型重?fù)诫s區(qū)(161)和源極(162)接地，柵極(14)接內(nèi)部電路，ρ 型重?fù)诫s區(qū)0 和漏極接輸出入焊墊；所述輸出入焊墊接靜電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用作靜電防護(hù)結(jié)構(gòu)的器件，其特征是，所述η型重?fù)诫s區(qū) (21)和η型重?fù)诫s區(qū)不聯(lián)通，且所述η型重?fù)诫s區(qū)Ql)沒(méi)有引出端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用作靜電防護(hù)結(jié)構(gòu)的器件，其特征是，所述η型重?fù)诫s區(qū)、Ρ型重?fù)诫s區(qū)02)和η型重?fù)诫s區(qū)03)之間還具有隔離結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用作靜電防護(hù)結(jié)構(gòu)的器件，其特征是，所述器件的靜電電壓擊穿位置為所述η型輕摻雜區(qū)(11)遠(yuǎn)離柵極(14) 一側(cè)的邊界，靜電電流從所述ρ型重?fù)诫s區(qū)0 流向所述源極(162)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用作靜電防護(hù)結(jié)構(gòu)的器件，其特征是，所述器件的靜電觸發(fā)電壓由所述η型輕摻雜區(qū)(11)遠(yuǎn)離柵極(14) 一側(cè)的邊界，與所述漏極遠(yuǎn)離柵極(14) 一側(cè)的邊界，兩個(gè)邊界的間距來(lái)調(diào)節(jié)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用作靜電防護(hù)結(jié)構(gòu)的器件，是一種改進(jìn)的n型LDMOS器件，其改進(jìn)體現(xiàn)在一般LDMOS在n型輕摻雜區(qū)(11)中只有一個(gè)n型重?fù)诫s區(qū)作為漏極，本發(fā)明則在n型輕摻雜區(qū)(11)中增加了一個(gè)p型重?fù)诫s區(qū)(22)，且該p型重?fù)诫s區(qū)(22)將原本為一個(gè)的n型重?fù)诫s區(qū)分裂為兩個(gè)彼此獨(dú)立的、不連通的n型重?fù)诫s區(qū)(21、23)。其中靠近柵極(14)的n型重?fù)诫s區(qū)(21)沒(méi)有引出端，而遠(yuǎn)離柵極(14)的n型重?fù)诫s區(qū)(23)和p型重?fù)诫s區(qū)(22)一起引出接輸出入焊墊。本發(fā)明所述器件具有較好的靜電防護(hù)性能，可以提高器件在ESD保護(hù)中的穩(wěn)定性，并且較好的保持器件原有的驅(qū)動(dòng)功能。
文檔編號(hào)H01L29/06GK102412294SQ20101029045
公開(kāi)日2012年4月11日 申請(qǐng)日期2010年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月25日
發(fā)明者高翔 申請(qǐng)人:上海華虹Nec電子有限公司