專利名稱：能夠用于靜電保護(hù)的溝槽型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種溝槽型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管，具體涉及一種能夠用于靜電保護(hù)的溝槽型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的溝槽型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管(IGBT)單元如圖1所示，包括一 N型外延層，N型外延層的頂部形成有多個(gè)P型阱，多個(gè)P型阱之間分別通過(guò)溝槽隔離；溝槽內(nèi)形成有柵氧化層，柵氧化層內(nèi)填充有多晶硅柵，構(gòu)成場(chǎng)效應(yīng)管的柵極；溝槽兩側(cè)的P型阱內(nèi)分別有一 N型有源區(qū)作為場(chǎng)效應(yīng)管的源極；在P型阱中與N型有源區(qū)相鄰的還有一 P型有源區(qū)用做P型阱的接出端，在外部與源極相連#型外延層的背面有一層P型注入層，作為場(chǎng)效應(yīng)管的漏極引出端；多晶硅柵極的表面覆蓋有層間氧化介質(zhì)，層間氧化介質(zhì)內(nèi)設(shè)有通孔，通孔與N型有源區(qū)和一 P型有源區(qū)接觸。對(duì)于靜電保護(hù)器件，要求其觸發(fā)電壓應(yīng)當(dāng)小于內(nèi)部被保護(hù)器件的損毀電壓(損毀電壓一般是柵氧Gate Oxide擊穿電壓或者器件源漏的擊穿電壓)。而現(xiàn)有的溝槽型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管器件在用于靜電保護(hù)時(shí)，其觸發(fā)電壓不會(huì)低于N型外延與P型阱的擊穿電壓，因此其擊穿電壓較高，而且受工藝本身的限制很難調(diào)整。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種能夠用于靜電保護(hù)的溝槽型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)構(gòu)，它可以解決IGBT器件在用于靜電保護(hù)時(shí)的觸發(fā)電壓太高以致無(wú)法保護(hù)住內(nèi)部電路的問(wèn)題。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明能夠用于靜電保護(hù)的溝槽型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)構(gòu)的技術(shù)解決方案為:包括一 N型外延層，N型外延層的頂部形成有多個(gè)P型阱，多個(gè)P型阱之間被相互隔離；各P型阱內(nèi)分別有兩個(gè)N型有源區(qū)作為場(chǎng)效應(yīng)管的源極，P型阱內(nèi)的兩個(gè)N型有源區(qū)通過(guò)一 P型有源區(qū)隔離，兩個(gè)N型有源區(qū)與P型有源區(qū)源極共同通過(guò)通孔與地端相連；N型外延層的背面有一層P型注入層作為場(chǎng)效應(yīng)管的漏極引出端；各P型阱之間設(shè)有柵極；柵極的表面覆蓋有層間氧化介質(zhì)；所述柵極上方的層間氧化介質(zhì)內(nèi)設(shè)有一層金屬板，該金屬板與多晶硅柵之間的層間氧化介質(zhì)形成電容結(jié)構(gòu)；多個(gè)金屬板相互連接，并通過(guò)外部鏈接與場(chǎng)效應(yīng)管的漏極引出端相連。所述金屬板與多晶硅柵之間的層間氧化介質(zhì)的厚度小于其他區(qū)域的層間氧化介
質(zhì)厚度。所述金屬板與多晶硅柵之間的層間氧化介質(zhì)的厚度不小于3500埃。所述多個(gè)P型阱之間被溝槽相互隔離；各溝槽內(nèi)形成有柵氧化層，柵氧化層內(nèi)填充有多晶硅柵，各溝槽內(nèi)的柵氧化層及多晶硅柵構(gòu)成所述柵極。所述多個(gè)P型阱之間被N型外延層相互隔離；各隔離區(qū)的上方有柵氧化層，柵氧化層的上方有多晶硅柵，各隔離區(qū)上方的柵氧化層及多晶硅柵構(gòu)成所述柵極。本發(fā)明可以達(dá)到的技術(shù)效果是:本發(fā)明通過(guò)對(duì)現(xiàn)有的溝槽型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)單元從柵氧化層結(jié)構(gòu)上進(jìn)行優(yōu)化，能夠達(dá)到降低場(chǎng)效應(yīng)管開(kāi)啟電壓，提升器件泄放電流能力的目的。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明:圖1是現(xiàn)有的溝槽型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的示意圖；圖2是本發(fā)明能夠用于靜電保護(hù)的溝槽型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)構(gòu)的示意圖；圖3是本發(fā)明的另一實(shí)施例的示意圖；圖4是本發(fā)明的等效電路圖。圖5是采用本發(fā)明的電路圖。
具體實(shí)施例方式如圖2所示為本發(fā)明能夠用于靜電保護(hù)的溝槽型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)構(gòu)的第一實(shí)施例，包括一 N型外延層，N型外延層的頂部形成有多個(gè)P型阱，多個(gè)P型阱之間分別通過(guò)溝槽隔離；各溝槽內(nèi)形成有柵氧化層，柵氧化層內(nèi)填充有多晶硅柵，各溝槽內(nèi)的柵氧化層及多晶硅柵構(gòu)成場(chǎng)效應(yīng)管的多晶硅柵極；各P型阱內(nèi)分別有兩個(gè)與溝槽相鄰的N型有源區(qū)作為場(chǎng)效應(yīng)管的源極；P型阱內(nèi)的兩個(gè)N型有源區(qū)通過(guò)一 P型有源區(qū)隔離，P型有源區(qū)用做P型阱的接出端，在外部與源極相連，兩個(gè)N型有源區(qū)與P型有源區(qū)源極共同通過(guò)通孔與地端相連；N型外延層的背面有一層P型注入層，作為場(chǎng)效應(yīng)管的漏極引出端；多晶硅柵極的表面覆蓋有層間氧化介質(zhì)，層間氧化介質(zhì)內(nèi)設(shè)有通孔，通孔與N型有源區(qū)和一 P型有源區(qū)接觸；該場(chǎng)效應(yīng)管為縱向溝槽型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管；多晶硅柵極上方的層間氧化介質(zhì)內(nèi)設(shè)有一層金屬板，該金屬板與多晶硅柵之間的層間氧化介質(zhì)形成電容結(jié)構(gòu)，起到隔離作用；金屬板與多晶硅柵之間的層間氧化介質(zhì)的厚度小于其他區(qū)域的層間氧化介質(zhì)厚度，且該處的厚度不小于3500A (埃)；多個(gè)金屬板相互連接，并通過(guò)外部鏈接與場(chǎng)效應(yīng)管的漏極引出端相連。如圖3所示為本發(fā)明能夠用于靜電保護(hù)的溝槽型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)構(gòu)的第二實(shí)施例，包括一 N型外延層，N型外延層的頂部形成有多個(gè)P型阱，多個(gè)P型阱之間分別通過(guò)N型外延層隔離；各隔離區(qū)的上方有柵氧化層，柵氧化層的上方有多晶硅柵，各隔離區(qū)上方的柵氧化層及多晶硅柵構(gòu)成場(chǎng)效應(yīng)管的多晶硅柵極；各P型阱內(nèi)分別有兩個(gè)N型有源區(qū)作為場(chǎng)效應(yīng)管的源極；P型阱內(nèi)的兩個(gè)N型有源區(qū)通過(guò)一 P型有源區(qū)隔離，P型有源區(qū)用做P型阱的接出端，在外部與源極相連，兩個(gè)N型有源區(qū)與P型有源區(qū)源極共同通過(guò)通孔與地端相連#型外延層的背面有一層P型注入層，作為場(chǎng)效應(yīng)管的漏極引出端；多晶硅柵極的表面覆蓋有層間氧化介質(zhì)，層間氧化介質(zhì)內(nèi)設(shè)有通孔，通孔與N型有源區(qū)和一 P型有源區(qū)接觸；該場(chǎng)效應(yīng)管為橫向溝槽型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管；多晶硅柵極上方的層間氧化介質(zhì)內(nèi)設(shè)有一層金屬板，該金屬板與多晶硅柵之間的層間氧化介質(zhì)形成電容結(jié)構(gòu)，起到隔離作用；金屬板與多晶硅柵之間的層間氧化介質(zhì)的厚度小于其他區(qū)域的層間氧化介質(zhì)厚度，且該處的厚度不小于3500A (埃)；
多個(gè)金屬板相互連接，并通過(guò)外部鏈接與場(chǎng)效應(yīng)管的漏極引出端相連。本發(fā)明的等效電路圖如圖4所示。本發(fā)明的多晶硅柵極上方的金屬板與多晶硅柵之間的層間氧化介質(zhì)的厚度不小于3500A，能夠防止金屬板與多晶硅柵之間的隔離太薄，承受不住正常的工作電壓(可應(yīng)用100V以上)。為了降低絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的觸發(fā)電壓，本發(fā)明對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，在多晶硅柵上方形成一層額外的金屬板，金屬板與多晶硅柵之間有層間氧化介質(zhì)隔離形成電容結(jié)構(gòu)，此處的層間氧化介質(zhì)的厚度小于其他區(qū)域的介質(zhì)厚度，且厚度不小于3500A。如圖5所示，當(dāng)有靜電從靜電端進(jìn)入時(shí)，同時(shí)會(huì)加到此金屬板上，會(huì)在多晶硅柵上耦合電壓，使得溝道開(kāi)啟形成電流，進(jìn)而觸發(fā)了 IGBT中寄生的NPN和PNP三極管開(kāi)啟泄放電流。由于靜電的上升時(shí)間是在納秒(ns)級(jí)，而正常工作電壓的上升時(shí)間是毫秒(ms)級(jí)，較靜電的上升時(shí)間慢了很多，也不容易在多晶硅柵上耦合電壓，因此使用此電容耦合觸發(fā)的方式，不會(huì)導(dǎo)致IGBT器件在正常工作電壓下被誤觸發(fā)。
權(quán)利要求
1.一種能夠用于靜電保護(hù)的溝槽型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)構(gòu)，包括一N型外延層，N型外延層的頂部形成有多個(gè)P型阱，多個(gè)P型阱之間被相互隔離；各P型阱內(nèi)分別有兩個(gè)N型有源區(qū)作為場(chǎng)效應(yīng)管的源極，P型阱內(nèi)的兩個(gè)N型有源區(qū)通過(guò)一 P型有源區(qū)隔離，兩個(gè)N型有源區(qū)與P型有源區(qū)源極共同通過(guò)通孔與地端相連；N型外延層的背面有一層P型注入層作為場(chǎng)效應(yīng)管的漏極引出端；各？型阱之間設(shè)有柵極；柵極的表面覆蓋有層間氧化介質(zhì)；其特征在于:所述柵極上方的層間氧化介質(zhì)內(nèi)設(shè)有一層金屬板，該金屬板與多晶娃柵之間的層間氧化介質(zhì)形成電容結(jié)構(gòu)；多個(gè)金屬板相互連接，并通過(guò)外部鏈接與場(chǎng)效應(yīng)管的漏極引出端相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能夠用于靜電保護(hù)的溝槽型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述金屬板與多晶硅柵之間的層間氧化介質(zhì)的厚度小于其他區(qū)域的層間氧化介質(zhì)厚度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能夠用于靜電保護(hù)的溝槽型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述金屬板與多晶硅柵之間的層間氧化介質(zhì)的厚度不小于3500埃。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的能夠用于靜電保護(hù)的溝槽型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述多個(gè)P型阱之間被溝槽相互隔離；各溝槽內(nèi)形成有柵氧化層，柵氧化層內(nèi)填充有多晶硅柵，各溝槽內(nèi)的柵氧化層及多晶硅柵構(gòu)成所述柵極。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的能夠用于靜電保護(hù)的溝槽型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述多個(gè)P型阱之間被N型外延層相互隔離；各隔離區(qū)的上方有柵氧化層，柵氧化層的上方有多晶硅柵，各隔離區(qū)上方的柵氧化層及多晶硅柵構(gòu)成所述柵極。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種能夠用于靜電保護(hù)的溝槽型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)構(gòu)，包括一N型外延層，N型外延層的頂部形成有多個(gè)P型阱；各P型阱之間設(shè)有柵極；柵極的表面覆蓋有層間氧化介質(zhì)；所述柵極上方的層間氧化介質(zhì)內(nèi)設(shè)有一層金屬板，該金屬板與多晶硅柵之間的層間氧化介質(zhì)形成電容結(jié)構(gòu)；多個(gè)金屬板相互連接，并通過(guò)外部鏈接與場(chǎng)效應(yīng)管的漏極引出端相連。所述金屬板與多晶硅柵之間的層間氧化介質(zhì)的厚度小于其他區(qū)域的層間氧化介質(zhì)厚度。本發(fā)明通過(guò)對(duì)現(xiàn)有的溝槽型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)單元從柵氧化層結(jié)構(gòu)上進(jìn)行優(yōu)化，能夠達(dá)到降低場(chǎng)效應(yīng)管開(kāi)啟電壓，提升器件泄放電流能力的目的。
文檔編號(hào)H01L29/423GK103094322SQ20111034015
公開(kāi)日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2011年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月1日
發(fā)明者蘇慶 申請(qǐng)人:上海華虹Nec電子有限公司