專利名稱：一種具有esd保護(hù)功能的ligbt器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于功率半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，涉及集成電路芯片的靜電釋放(Electro-static Discharge,簡稱為ESD)保護(hù)電路,尤指一種具有ESD保護(hù)功能的LIGBT(Lateral Insulated Gate Bipolar Transistor橫向絕緣柵雙極晶體管)器件結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
靜電放電現(xiàn)象是半導(dǎo)體器件或集成電路在制造、封裝、測試、存放、使用等過程中的一種常見現(xiàn)象，往往會造成半導(dǎo)體器件或集成電路的永久性損壞，并因此造成嚴(yán)重的損失。為了解決這個問題，在芯片設(shè)計中往往會在內(nèi)部電路與I/o端口之間，正負(fù)電源軌之間設(shè)計一個保護(hù)電路，此保護(hù)電路的功能是在靜電放電的脈沖電流未流入內(nèi)部電路前泄放這部分脈沖電流，并將脈沖電壓鉗制在一個安全區(qū)域，進(jìn)而減少ESD現(xiàn)象造成的損壞。
IGBT器件由于具有耐壓高、導(dǎo)通電阻低、易驅(qū)動和開關(guān)速度快的特性而被廣泛應(yīng)用于高壓集成電路中。常規(guī)的IGBT器件是在η-漂移區(qū)上形成場氧化層；在近陰極區(qū)端采用雙離子注入多晶硅自對準(zhǔn)摻雜技術(shù)形成寄生nMOSFET以及多晶硅柵場板，N+P+區(qū)引出陰極金屬引線；在近陽極端通過磷離子注入摻雜形成N型緩沖區(qū)，在該摻雜區(qū)進(jìn)行淺結(jié)重?fù)诫sP型注入形成陽極區(qū)，并引出陽極金屬引線同時形成陽極金屬場板。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于在不增加掩膜板和工藝步驟的前提下，通過器件結(jié)構(gòu)和版圖優(yōu)化，提供一種具有ESD保護(hù)功能的IGBT器件結(jié)構(gòu)。本發(fā)明技術(shù)方案如下一種具有ESD保護(hù)功能的LIGBT器件，如圖1、3所示，包括N-漂移區(qū)1，分別位于N-漂移區(qū)I頂部兩側(cè)的P型阱區(qū)3和N型阱區(qū)7 ;所述P型阱區(qū)3中設(shè)置得有一個N+摻雜的陰極區(qū)4和一個P+摻雜的P阱接觸區(qū)5，所述N+摻雜源區(qū)4與P+摻雜的P阱接觸區(qū)5彼此接觸或相互隔離；所述N型阱區(qū)7中設(shè)置得有P+摻雜的陽極區(qū)9和與P+摻雜的陽極區(qū)9接觸的N+摻雜的N阱接觸區(qū)8，并在整個器件結(jié)終端的N型阱區(qū)7中設(shè)置得有結(jié)終端N+摻雜的N阱接觸區(qū)14 ；N-漂移區(qū)I中靠近P型阱區(qū)3且遠(yuǎn)離N型阱區(qū)7的地方設(shè)置有隔離區(qū)2，用于LIGBT器件與其他器件之間的相互隔離；器件的柵氧化層6覆蓋P阱接觸區(qū)5與N-漂移區(qū)I相交區(qū)域的表面；器件表層除P型阱區(qū)3、N型阱區(qū)7中的P+摻雜的陽極區(qū)9和N+摻雜的N阱接觸區(qū)8以及結(jié)終端N+摻雜的N阱接觸區(qū)14以外的區(qū)域覆蓋場氧化層11 ;多晶硅區(qū)10覆蓋在柵氧化層6以及部分與柵氧化層連接的場氧化層11表面，用作多晶硅柵電極和柵極場板；陰極金屬連線12將P+摻雜的P阱接觸區(qū)5、N+摻雜的陰極區(qū)4和多晶硅區(qū)10短接并形成陰極電極引線；陽極金屬連線13將P+摻雜的陽極區(qū)9和結(jié)終端N+摻雜的N阱接觸區(qū)14短接，并形成陽極電極引線。上述技術(shù)方案中所述N-漂移區(qū)I可采用低摻雜濃度的N型襯底直接形成，也可以采用N型外延或N型低摻雜阱形成；所述隔離區(qū)2可采用淺槽隔離、深槽隔離、STI隔離或LOCOS隔離等方式實現(xiàn)；所述結(jié)終端N+摻雜的N阱接觸區(qū)14的形狀可以是半圓形、橢圓形或方形。本發(fā)明與傳統(tǒng)的LIGBT器件單元的不同之處在于本發(fā)明不僅在陽極結(jié)終端(溝道寬度方向)的N型阱區(qū)7中設(shè)置了 N+摻雜的N阱接觸區(qū)14，并且在N型阱區(qū)7中設(shè)置了與P+摻雜的陽極區(qū)9接觸的 N+摻雜的N阱接觸區(qū)8(N+摻雜的N阱接觸區(qū)8不設(shè)置接觸孔，不與陽極金屬相連)，如圖2、3所示。本發(fā)明提供的具有ESD保護(hù)功能的LIGBT器件，多晶硅區(qū)10、P+摻雜的P阱接觸區(qū)5與N+摻雜的陰極區(qū)4短接，形成GGMOS結(jié)構(gòu)；在正ESD脈沖作用于陽極端的情況下(即陽極處于正電位，陰極處于零電位的情形)，電流泄放路徑如圖4所示，本發(fā)明中存在一寄生PNP晶體管，其結(jié)構(gòu)如下發(fā)射極由P+摻雜的陽極區(qū)9構(gòu)成，基極由N-漂移區(qū)1、N型阱區(qū)7及N+摻雜的N阱接觸區(qū)8所構(gòu)成，集電極則由P型阱區(qū)3和P+摻雜的P阱接觸區(qū)5所構(gòu)成。正ESD脈沖作用于陽極端時，器件N-漂移區(qū)I和P型阱區(qū)3之間的PN結(jié)反偏，耗盡區(qū)展寬并承受高壓。當(dāng)陽極端電壓過高達(dá)到器件雪崩擊穿電壓時，器件發(fā)生擊穿，電流從陽極流向陰極，并在N型阱區(qū)7構(gòu)成的阱電阻上形成壓降，當(dāng)該壓降達(dá)到N型阱區(qū)7與P+摻雜的陽極區(qū)9形成的PN結(jié)正向?qū)妷簳r，寄生PNP晶體管導(dǎo)通，形成低阻通路，泄放ESD電流，并將電壓鉗制在一個相對安全的區(qū)域。在正ESD脈沖作用于陽極端的情況下，本發(fā)明與傳統(tǒng)LIGBT器件單元(測試的本發(fā)明器件單元與傳統(tǒng)LIGBT器件單元的器件寬度都為300 μ m)的傳輸線脈沖(TLP)測試結(jié)果，本發(fā)明的失效電流較傳統(tǒng)IGBT器件單元有20%的顯著提高。


圖I為本發(fā)明提供的具有ESD保護(hù)功能的LIGBT器件縱向截面結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為傳統(tǒng)IGBT器件陽極部分的版圖結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明提供的具有ESD保護(hù)功能的LIGBT器件的版圖結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明提供的具有ESD保護(hù)功能的LIGBT器件在正ESD脈沖作用于陽極端下的ESD電流泄放路徑示意圖。圖5為本發(fā)明提供的具有ESD保護(hù)功能的LIGBT器件陽極部分的版圖結(jié)構(gòu)示意圖之二。圖6為本發(fā)明提供的具有ESD保護(hù)功能的LIGBT器件與傳統(tǒng)IGBT器件的TLP測
試結(jié)果示意圖。
具體實施例方式第一實施方式一種具有ESD保護(hù)功能的LIGBT器件，如圖1、3所示，包括N-漂移區(qū)1，分別位于N-漂移區(qū)I頂部兩側(cè)的P型阱區(qū)3和N型阱區(qū)7 ;所述P型阱區(qū)3中設(shè)置得有一個N+摻雜的陰極區(qū)4和一個P+摻雜的P阱接觸區(qū)5，所述N+摻雜源區(qū)4與P+摻雜的P阱接觸區(qū)5彼此接觸或相互隔離；所述N型阱區(qū)7中設(shè)置得有P+摻雜的陽極區(qū)9和與P+摻雜的陽極區(qū)9接觸的N+摻雜的N阱接觸區(qū)8，并在整個器件結(jié)終端的N型阱區(qū)7中設(shè)置得有結(jié)終端N+摻雜的N阱接觸區(qū)14 ；N-漂移區(qū)I中靠近P型阱區(qū)3且遠(yuǎn)離N型阱區(qū)7的地方設(shè)置有隔離區(qū)2，用于LIGBT器件與其他器件之間的相互隔離；器件的柵氧化層6覆蓋P阱接觸區(qū)5與N-漂移區(qū)I相交區(qū)域的表面；器件表層除P型阱區(qū)3、N型阱區(qū)7中的P+摻雜的陽極區(qū)9和N+摻雜的N阱接觸區(qū)8以及結(jié)終端N+摻雜的N阱接觸區(qū)14以外的區(qū)域覆蓋場氧化層11 ;多晶硅區(qū)10覆蓋在柵氧化層6以及部分與柵氧化層連接的場氧化層11表面，用作多晶硅柵電極和柵極場板；陰極金屬連線12將P+摻雜的P阱接觸區(qū)5、N+摻雜的陰極區(qū)4和多晶硅區(qū)10短接并形成陰極電極引線；陽極金屬連線13將P+摻雜的陽極區(qū)9和結(jié)終端N+摻雜的N阱接觸區(qū)14短接，并形成陽極電極引線。如圖3所示，所述N+摻雜的N阱接觸區(qū)8位于P+摻雜的陽極區(qū)9兩側(cè)，所述N+摻雜的N阱接觸區(qū)8不設(shè)置接觸孔；而在P+摻雜的陽極區(qū)9沿溝道寬度方向上的兩端(結(jié)終端處)設(shè)置半圓形的N型重?fù)诫s緩沖區(qū)接觸14，且該部分緩沖區(qū)接觸設(shè)置接觸孔。第二實施方式第二實施方案是在第一實施方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行的一個變形，其區(qū)別主要在于P+摻雜的陽極區(qū)9與其周圍的N+摻雜的N阱接觸區(qū)8接觸的布局方式。如圖5所示，在第一 實施方案的基礎(chǔ)上，減少P+摻雜的陽極區(qū)9面積，將P+摻雜的陽極區(qū)9與N+摻雜的N阱接觸區(qū)8并排相間分布，P+摻雜的陽極區(qū)9設(shè)置接觸孔而N+摻雜的N阱接觸區(qū)8不設(shè)置接觸孔。本發(fā)明與傳統(tǒng)的LIGBT器件的不同之處在于本發(fā)明不僅在陽極結(jié)終端(溝道寬度方向)的N型阱區(qū)7中設(shè)置了結(jié)終端N+摻雜的N阱接觸區(qū)14，并且在P+摻雜的陽極區(qū)9周圍還設(shè)置了 N+摻雜的N阱接觸區(qū)8 (N+摻雜的N阱接觸區(qū)8中不設(shè)置接觸孔)。這種器件結(jié)構(gòu)及版圖優(yōu)化減小了 N型緩沖區(qū)的寄生電阻，器件寄生PNP管的開啟電壓有所增加，并提高了 LIGBT的ESD電流泄放能力。相同尺寸(器件寬度為300 μ m)的器件測試結(jié)果顯示，本發(fā)明LIGBT器件的失效電流較傳統(tǒng)LIGBT器件單元有20%的顯著提高。本發(fā)明實施方式，除提及的體硅工藝外，還可應(yīng)用于SOI工藝，外延工藝等。以上所述僅為本發(fā)明的部分具體實施方式
而已，并不用以限制本發(fā)明，凡是本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種具有ESD保護(hù)功能的LIGBT器件，包括N-漂移區(qū)(I )，分別位于N-漂移區(qū)(I)頂部兩側(cè)的P型阱區(qū)(3)和N型阱區(qū)(7);所述P型阱區(qū)(3)中設(shè)置得有一個N+摻雜的陰極區(qū)(4)和一個P+摻雜的P阱接觸區(qū)(5)，所述N+摻雜源區(qū)(4)與P+摻雜的P阱接觸區(qū)(5)彼此接觸或相互隔離；所述N型阱區(qū)(7)中設(shè)置得有P+摻雜的陽極區(qū)(9)和與P+摻雜的陽極區(qū)(9)接觸的N+摻雜的N阱接觸區(qū)(8)，并在整個器件結(jié)終端的N型阱區(qū)(7)中設(shè)置得有結(jié)終端N+摻雜的N阱接觸區(qū)(14)；N-漂移區(qū)(I)中靠近P型阱區(qū)(3)且遠(yuǎn)離N型阱區(qū)(7)的地方設(shè)置有隔離區(qū)(2)，用于LIGBT器件與其他器件之間的相互隔離；器件的柵氧化層(6)覆蓋P阱接觸區(qū)(5)與N-漂移區(qū)(I)相交區(qū)域的表面；器件表層除P型阱區(qū)(3)、N型阱區(qū)(7)中的P+摻雜的陽極區(qū)(9)和N+摻雜的N阱接觸區(qū)(8)以及結(jié)終端N+摻雜的N阱接觸區(qū)(14)以外的區(qū)域覆蓋場氧化層(11);多晶硅區(qū)(10)覆蓋在柵氧化層(6)以及部分與柵氧化層連接的場氧化層(11)表面，用作多晶硅柵電極和柵極場板；陰極金屬連線(12)將P+摻雜的P阱接觸區(qū)(5)、N+摻雜的陰極區(qū)(4)和多晶硅區(qū)(10)短接并形成陰極電極引線；陽極金屬連線(13)將P+摻雜的陽極區(qū)(9)和結(jié)終端N+摻雜的N阱接觸區(qū)(14)短接，并形成陽極電極引線。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有ESD保護(hù)功能的LIGBT器件，其特征在于，所述N-漂移區(qū)(I)采用低摻雜濃度的N型襯底直接形成，或采用N型外延或N型低摻雜阱形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有ESD保護(hù)功能的LIGBT器件，其特征在于，所述隔離區(qū)(2)采用淺槽隔離、深槽隔離、STI隔離或LOCOS隔離等方式實現(xiàn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有ESD保護(hù)功能的LIGBT器件，其特征在于，所述結(jié)終端N+摻雜的N講接觸區(qū)(14)的形狀為半圓形、橢圓形或方形。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有ESD保護(hù)功能的LIGBT器件，其特征在于，所述N+摻雜的N阱接觸區(qū)(8)位于P+摻雜的陽極區(qū)(9)兩側(cè)，所述N+摻雜的N阱接觸區(qū)(8)不設(shè)置接觸孔。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有ESD保護(hù)功能的LIGBT器件，其特征在于，所述P+摻雜的陽極區(qū)(9)與所述N+摻雜的N阱接觸區(qū)(8)并排相間分布，所述N+摻雜的N阱接觸區(qū)(8)不設(shè)置接觸孔。
全文摘要
一種具有ESD保護(hù)功能的LIGBT器件，屬于功率半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明在不增加掩膜板和工藝步驟的前提下，通過器件結(jié)構(gòu)和版圖優(yōu)化，提供一種具有ESD保護(hù)功能的LIGBT器件。本發(fā)明與傳統(tǒng)的IGBT器件的不同之處在于本發(fā)明不僅在陽極終結(jié)端(溝道寬度方向)設(shè)置了結(jié)終端N+摻雜的N阱接觸區(qū)(14)，并且在P+摻雜的陽極區(qū)(9)周圍設(shè)置了N+摻雜的N阱接觸區(qū)(8)這種器件結(jié)構(gòu)及版圖優(yōu)化減小了N型緩沖區(qū)的寄生電阻，器件寄生PNP管的開啟電壓有所增加，失效電流較傳統(tǒng)IGBT器件單元有20%的顯著提高。
文檔編號H01L29/739GK102832213SQ20121031701
公開日2012年12月19日 申請日期2012年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月31日
發(fā)明者蔣苓利, 張波, 何川, 吳道訓(xùn), 樊航 申請人:電子科技大學(xué)