一種具有高維持電壓的igbt結(jié)構(gòu)的esd保護(hù)器件的制作方法
【專利摘要】一種具有高維持電壓的IGBT結(jié)構(gòu)的ESD保護(hù)器件，可用于片上IC高壓ESD保護(hù)電路。主要由P襯底、高壓N阱、N阱、P阱、第一P+注入?yún)^(qū)、第二P+注入?yún)^(qū)、N+注入?yún)^(qū)、第三P+注入?yún)^(qū)、第四P+注入?yún)^(qū)、金屬陽(yáng)極、金屬陰極、多晶硅柵、薄柵氧化層和若干場(chǎng)氧隔離區(qū)構(gòu)成。該IGBT結(jié)構(gòu)的ESD保護(hù)器件在高壓ESD脈沖作用下，一方面由第三P+注入?yún)^(qū)、N阱、高壓N阱、P阱、N+注入?yún)^(qū)形成具有PNPN結(jié)構(gòu)的電流泄放路徑，提高器件的失效電流、增強(qiáng)器件的ESD魯棒性；另一方面由第三P+注入?yún)^(qū)、N阱、第四P+注入?yún)^(qū)、第一P+注入?yún)^(qū)、P阱以及第二P+注入?yún)^(qū)形成寄生PNP三極管和寄生電阻串聯(lián)的另一條電流泄放路徑，以提高器件的維持電壓，增強(qiáng)器件的抗閂鎖能力。
【專利說(shuō)明】—種具有高維持電壓的IGBT結(jié)構(gòu)的ESD保護(hù)器件

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于集成電路的靜電放電保護(hù)領(lǐng)域，涉及一種高壓ESD保護(hù)器件，具體涉及一種具有高維持電壓的IGBT結(jié)構(gòu)的ESD保護(hù)器件，可用于提高片上IC高壓ESD保護(hù)的可靠性。

【背景技術(shù)】
[0002]靜電放電(ESD)現(xiàn)象普遍存在于自然界中，在芯片生產(chǎn)、封裝、測(cè)試、存放、運(yùn)輸過(guò)程中不可避免受ESD的影響，據(jù)美國(guó)Nat1nal Semiconductor公司統(tǒng)計(jì)，ESD現(xiàn)象已經(jīng)成為引起集成電路產(chǎn)品失效最為重要的原因之一。隨著功率半導(dǎo)體器件以及各種先進(jìn)高壓工藝的快速發(fā)展，功率集成電路已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在人們的生活和生產(chǎn)中，同時(shí)，對(duì)功率器件的性能的要求也不斷提高，但由于這些功率集成電路通常工作在大電壓、大電流、強(qiáng)電磁干擾、頻繁熱插拔、高低溫等高強(qiáng)度的工作環(huán)境下，因此對(duì)高壓功率集成電路產(chǎn)品的片上ESD保護(hù)設(shè)計(jì)需要額外的考量，研究高壓功率集成電路的ESD現(xiàn)象以及設(shè)計(jì)高效的高壓ESD防護(hù)器件對(duì)提高功率集成電路成品率和可靠性具有不可忽視的作用。
[0003]近年來(lái)，LDMOS由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、耐高壓、工藝成本低等特性，常用作高壓ESD保護(hù)器件。然而，實(shí)踐證明，LDMOS器件的ESD保護(hù)性能較差，ESD魯棒性較弱，達(dá)不到國(guó)際電工委員會(huì)規(guī)定的電子產(chǎn)品要求人體模型不低于2000V的靜電防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)(IEC6000-4-2)。與傳統(tǒng)的LDMOS器件相比，IGBT器件在ESD應(yīng)力作用下，會(huì)形成類似SCR結(jié)構(gòu)的PNPN電流泄放路徑，因此具有很高的電流泄放能力，能夠表現(xiàn)出較強(qiáng)的ESD魯棒性，但維持電壓低于正常工作電壓，器件存在進(jìn)入閂鎖狀態(tài)的風(fēng)險(xiǎn)。本發(fā)明提供了一種新的IGBT結(jié)構(gòu)的高壓ESD防護(hù)技術(shù)方案，它一方面可構(gòu)成類似SCR結(jié)構(gòu)的PNPN電流泄放路徑，可提高器件在有限版圖面積下的電流泄放效率，增強(qiáng)器件的ESD魯棒性，另一方面存在由PNP結(jié)構(gòu)和電阻串聯(lián)的另一條電流泄放路徑，能有效提高器件的維持電壓避免器件進(jìn)入閂鎖狀態(tài)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有的高壓ESD防護(hù)器件中普遍存在的維持電壓過(guò)低、抗閂鎖能力不足的問(wèn)題，本發(fā)明實(shí)例設(shè)計(jì)了一種具有高維持電壓的IGBT結(jié)構(gòu)的ESD保護(hù)器件，既充分利用了IGBT器件強(qiáng)電流處理能力的特點(diǎn)，又通過(guò)增加P+注入的版圖層次以及特殊的金屬連接，使器件在高壓ESD脈沖作用下，既能形成PNPN結(jié)構(gòu)的ESD電流泄放路徑，又能夠形成具有PNP三極管和電阻串聯(lián)的另外一條ESD電流泄放路徑，可得到高維持電壓、強(qiáng)魯棒性的可適用于高壓IC電路中的ESD保護(hù)器件。
[0005]本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0006]一種具有高維持電壓的IGBT結(jié)構(gòu)的ESD保護(hù)器件，其包括具有PNPN結(jié)構(gòu)的和寄生PNP結(jié)構(gòu)與電阻串聯(lián)的兩條ESD電流泄放路徑，以增強(qiáng)器件的ESD魯棒性和提高維持電壓。其特征在于:主要由P襯底、高壓N阱、P阱、N阱、第一 P+注入?yún)^(qū)、第二 P+注入?yún)^(qū)、N+注入?yún)^(qū)、第三P+注入?yún)^(qū)、第四P+注入?yún)^(qū)、第一場(chǎng)氧隔離區(qū)、第二場(chǎng)氧隔離區(qū)、第三場(chǎng)氧隔離區(qū)、第四場(chǎng)氧隔離區(qū)、第五場(chǎng)氧隔離區(qū)、第六場(chǎng)氧隔離區(qū)和多晶硅柵及其覆蓋的薄柵氧化層構(gòu)成；
[0007]所述高壓N阱在所述P襯底的表面區(qū)域；
[0008]在所述高壓N阱的表面區(qū)域從左到右依次設(shè)有所述P阱和所述N阱，所述P阱和所述N阱之間設(shè)有所述多晶硅柵及其覆蓋的所述薄柵氧化層、所述第四場(chǎng)氧隔離；
[0009]所述P阱的表面部分區(qū)域從左到右依次設(shè)有所述第一 P+注入?yún)^(qū)、所述第二場(chǎng)氧隔離區(qū)、所述第二 P+注入?yún)^(qū)、所述第三場(chǎng)氧隔離區(qū)和所述N+注入?yún)^(qū)，所述第一 P+注入?yún)^(qū)的右側(cè)與所述第二場(chǎng)氧隔離區(qū)的左側(cè)相連，所述第二場(chǎng)氧隔離區(qū)的右側(cè)與所述第二 P+注入?yún)^(qū)的左側(cè)相連，所述第二場(chǎng)氧隔離區(qū)的橫向長(zhǎng)度控制在一定的范圍內(nèi)，以調(diào)整寄生電阻阻值的大小，所述第二 P+注入?yún)^(qū)的右側(cè)與所述第三場(chǎng)氧隔離區(qū)的左側(cè)相連，所述第三場(chǎng)氧隔離區(qū)的右側(cè)與所述N+注入?yún)^(qū)的左側(cè)相連，在所述高壓N阱的左側(cè)邊緣與所述第一 P+注入?yún)^(qū)之間設(shè)有所述第一場(chǎng)氧隔離區(qū)，所述第一場(chǎng)氧隔離區(qū)的右側(cè)與所述第一 P+注入?yún)^(qū)的左側(cè)相連，所述第一場(chǎng)氧隔離區(qū)的左側(cè)與所述高壓N阱的左側(cè)邊緣相連；
[0010]所述多晶硅柵及其覆蓋的薄柵氧化層橫跨在所述高壓N阱和所述P阱表面部分區(qū)域，所述多晶硅柵及其覆蓋的薄柵氧化層與所述P阱交疊的長(zhǎng)度必須控制在一定的范圍內(nèi)，以滿足不同電壓的開(kāi)啟要求，所述多晶硅柵及其覆蓋的所述薄柵氧化層的左側(cè)與所述N+注入?yún)^(qū)的右側(cè)相連；
[0011]所述第四場(chǎng)氧隔離區(qū)橫跨在所述高壓N阱和所述N阱表面部分區(qū)域，所述第四場(chǎng)氧隔離區(qū)的左側(cè)與所述多晶硅柵覆蓋的所述薄柵氧化層的右側(cè)相連，所述多晶硅柵覆蓋了所述第四場(chǎng)氧隔離區(qū)的表面部分區(qū)域，所述第四場(chǎng)氧隔離區(qū)的右側(cè)與所述第三P+注入?yún)^(qū)的左側(cè)相連；
[0012]所述N阱內(nèi)設(shè)有所述第三P+注入?yún)^(qū)、所述第五場(chǎng)氧隔離區(qū)和所述第四P+注入?yún)^(qū)，所述第三P+注入?yún)^(qū)的右側(cè)與所述第五場(chǎng)氧隔離區(qū)的左側(cè)相連，所述第五場(chǎng)氧隔離區(qū)的右側(cè)與所述第四P+注入?yún)^(qū)的左側(cè)相連，所述第五場(chǎng)氧隔離區(qū)的橫向長(zhǎng)度必須控制在一定的數(shù)值范圍內(nèi)；
[0013]所述第六場(chǎng)氧隔離區(qū)橫跨在所述高壓N阱和所述N阱表面部分區(qū)域，所述第六場(chǎng)氧隔離區(qū)的左側(cè)與所述第四P+注入?yún)^(qū)的右側(cè)相連，所述第六場(chǎng)氧隔離區(qū)的右側(cè)與所述高壓N阱的右側(cè)邊緣相連；
[0014]所述第二 P+注入?yún)^(qū)與第二金屬I相連接，所述N+注入?yún)^(qū)與第三金屬I相連接，所述多晶硅柵與第四金屬I相連接，所述第二金屬1、所述第三金屬I和所述第四金屬I均與金屬2相連，并從所述金屬2引出一電極，用作器件的金屬陰極；
[0015]所述第一 P+注入?yún)^(qū)與所述第五金屬I相連接，所述第四P+注入?yún)^(qū)與所述第六金屬I相連接，所述第五金屬I和所述第六金屬I均與所述第七金屬I相連；
[0016]所述第三P+注入?yún)^(qū)與第一金屬I相連，并從所述第一金屬I引出一電極，用作器件的金屬陽(yáng)極。
[0017]本發(fā)明的有益技術(shù)效果為:
[0018](I)本發(fā)明實(shí)例器件利用所述金屬陽(yáng)極、所述第三P+注入?yún)^(qū)、所述N阱、所述高壓N講、所述P講、所述N+注入?yún)^(qū)和所述金屬陰極構(gòu)成一條類似SCR結(jié)構(gòu)的PNPN結(jié)構(gòu)ESD電流泄放路徑，以提高器件的二次失效電流、增強(qiáng)ESD魯棒性。
[0019](2)本發(fā)明實(shí)例存在一條由PNP結(jié)構(gòu)和寄生電阻構(gòu)成的ESD電流泄放路徑，以鉗制ESD保護(hù)器件的兩端電壓，實(shí)現(xiàn)有限的版圖面積下獲得高維持電壓的設(shè)計(jì)目標(biāo)，同時(shí)，本發(fā)明實(shí)例器件還能通過(guò)調(diào)節(jié)某關(guān)鍵版圖特征參數(shù)調(diào)整維持電壓值，使器件能應(yīng)用于不同需求的功率集成電路產(chǎn)品中的高壓ESD保護(hù)。
[0020](3)本發(fā)明實(shí)例器件兩條ESD電流泄放路徑都存在寄生PNP三極管結(jié)構(gòu)，且所述第三P+注入?yún)^(qū)、所述N阱以及所述高壓N阱分別為兩個(gè)寄生PNP三極管共用的發(fā)射極和基極，以保證兩條ESD電流泄放路徑可以同時(shí)開(kāi)啟。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1是本發(fā)明實(shí)施例的內(nèi)部結(jié)構(gòu)剖面示意圖；
[0022]圖2是本發(fā)明實(shí)例用于高壓ESD保護(hù)的電路連接圖；
[0023]圖3是本發(fā)明實(shí)例器件的ESD脈沖作用下的等效電路。

【具體實(shí)施方式】
[0024]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:
[0025]本發(fā)明實(shí)例設(shè)計(jì)了一種具有高維持電壓的IGBT結(jié)構(gòu)的ESD保護(hù)器件，既充分利用了 IGBT器件強(qiáng)電流處理能力特點(diǎn)，增強(qiáng)器件的ESD魯棒性。又利用P+版圖結(jié)構(gòu)的增加和特殊金屬連接，可以增大器件的維持電壓，通過(guò)調(diào)整關(guān)鍵的版圖尺寸使器件滿足于不同需求的功率集成電路產(chǎn)品中的高壓ESD保護(hù)，不會(huì)產(chǎn)生閂鎖效應(yīng)。
[0026]如圖1所示的本發(fā)明實(shí)例器件內(nèi)部結(jié)構(gòu)的剖面圖，具體為一種具有高維持電壓的IGBT結(jié)構(gòu)的ESD保護(hù)器件，具有PNPN結(jié)構(gòu)和PNP與寄生電阻串聯(lián)的兩條ESD電流泄放路徑，以增強(qiáng)器件的ESD魯棒性和提高維持電壓。其特征在于:包括P襯底101、高壓N阱102、P阱103、N阱104、第一 P+注入?yún)^(qū)105、第二 P+注入?yún)^(qū)106、N+注入?yún)^(qū)107、第三P+注入?yún)^(qū)108、第四P+注入?yún)^(qū)109、第一場(chǎng)氧隔離區(qū)110、第二場(chǎng)氧隔離區(qū)111、第三場(chǎng)氧隔離區(qū)112、第四場(chǎng)氧隔離區(qū)115、第五場(chǎng)氧隔離區(qū)116、第六場(chǎng)氧隔離區(qū)117和多晶硅柵114及其覆蓋的薄柵氧化層113。
[0027]所述高壓N阱102在所述P襯底101的表面區(qū)域，以提高器件的耐壓能力。
[0028]在所述高壓N阱102的表面區(qū)域從左到右依次設(shè)有所述P阱103和所述N阱104，所述P阱103和所述N阱104之間設(shè)有所述多晶硅柵114及其覆蓋的所述薄柵氧化層113、所述第四場(chǎng)氧隔離115。
[0029]所述P阱103的表面部分區(qū)域從左到右依次設(shè)有所述第一 P+注入?yún)^(qū)105、所述第二場(chǎng)氧隔離區(qū)111、所述第二 P+注入?yún)^(qū)106、所述第三場(chǎng)氧隔離區(qū)112和所述N+注入?yún)^(qū)107，所述第一 P+注入?yún)^(qū)105的右側(cè)與所述第二場(chǎng)氧隔離區(qū)111的左側(cè)相連，所述第二場(chǎng)氧隔離區(qū)111的右側(cè)與所述第二 P+注入?yún)^(qū)106的左側(cè)相連，所述第二場(chǎng)氧隔離區(qū)111的橫向長(zhǎng)度控制在一定的數(shù)值范圍內(nèi)，以調(diào)整所述P阱103寄生電阻阻值的大小，所述第二 P+注入?yún)^(qū)106的右側(cè)與所述第三場(chǎng)氧隔離區(qū)112的左側(cè)相連，所述第三場(chǎng)氧隔離區(qū)112的右側(cè)與所述N+注入?yún)^(qū)107的左側(cè)相連，在所述高壓N阱102的左側(cè)邊緣與所述第一 P+注入?yún)^(qū)105之間設(shè)有所述第一場(chǎng)氧隔離區(qū)110，所述第一場(chǎng)氧隔離區(qū)110的右側(cè)與所述第一 P+注入?yún)^(qū)105的左側(cè)相連，所述第一場(chǎng)氧隔離區(qū)I1的左側(cè)與所述高壓N阱102的左側(cè)邊緣相連。
[0030]所述多晶硅柵114及其覆蓋的薄柵氧化層113橫跨在所述高壓N阱102和所述P阱103表面部分區(qū)域，所述多晶硅柵114及其覆蓋的薄柵氧化層113與所述P阱103交疊的長(zhǎng)度必須控制在一定的范圍內(nèi)，以滿足不同電壓的開(kāi)啟要求，所述多晶硅柵114及其覆蓋的所述薄柵氧化層113的左側(cè)與所述N+注入?yún)^(qū)107的右側(cè)相連。
[0031 ] 所述第四場(chǎng)氧隔離區(qū)115橫跨在所述高壓N阱102和所述N阱104表面部分區(qū)域，所述第四場(chǎng)氧隔離區(qū)115的左側(cè)與所述多晶硅柵114覆蓋的所述薄柵氧化層113的右側(cè)相連，所述多晶硅柵114覆蓋了所述第四場(chǎng)氧隔離區(qū)115的表面部分區(qū)域，所述第四場(chǎng)氧隔離區(qū)115的右側(cè)與所述第三P+注入?yún)^(qū)108的左側(cè)相連。
[0032]所述N阱104內(nèi)設(shè)有所述第三P+注入?yún)^(qū)108、所述第五場(chǎng)氧隔離區(qū)116和所述第四P+注入?yún)^(qū)109，所述第三P+注入?yún)^(qū)108的右側(cè)與所述第五場(chǎng)氧隔離區(qū)116的左側(cè)相連，所述第五場(chǎng)氧隔離區(qū)116的右側(cè)與所述第四P+注入?yún)^(qū)109的左側(cè)相連，所述第五場(chǎng)氧隔離區(qū)116的橫向長(zhǎng)度必須控制在一定的數(shù)值范圍內(nèi)，以控制由所述第三P+注入?yún)^(qū)108、所述N阱104以及所述第四P+注入?yún)^(qū)109構(gòu)成的寄生PNP三極管的基區(qū)長(zhǎng)度，從而調(diào)整器件兩端的維持電壓值。
[0033]所述第六場(chǎng)氧隔離區(qū)117橫跨在所述高壓N阱102和所述N阱104表面部分區(qū)域，所述第六場(chǎng)氧隔離區(qū)117的左側(cè)與所述第四P+注入?yún)^(qū)109的右側(cè)相連，所述第六場(chǎng)氧隔離區(qū)117的右側(cè)與所述高壓N阱102的右側(cè)邊緣相連。
[0034]如圖2所示，所述第二 P+注入?yún)^(qū)106與第二金屬I 119相連接，所述N+注入?yún)^(qū)120與第三金屬I 120相連接，所述多晶硅柵114與第四金屬I 121相連接，所述第二金屬
I119、所述第三金屬I 120和所述第四金屬I 121均與金屬2 125相連，并從所述金屬2125引出一電極126，用作器件的金屬陰極，接ESD脈沖的低電位。
[0035]所述第三P+注入?yún)^(qū)108與第一金屬I 122相連,并從所述第一金屬I 122引出一電極127，用作器件的金屬陽(yáng)極，接ESD脈沖的高電位。
[0036]所述第一 P+注入?yún)^(qū)105與所述第五金屬I 118相連接，所述第四P+注入?yún)^(qū)109與所述第六金屬I 123相連接，所述第五金屬I 118和所述第六金屬I 123均與所述第七金屬I 124相連，以在器件中實(shí)現(xiàn)由寄生PNP三極管結(jié)構(gòu)和寄生電阻串聯(lián)的ESD電流泄放路徑。
[0037]如圖3所示，當(dāng)ESD脈沖作用于本發(fā)明實(shí)例器件時(shí)，所述金屬陽(yáng)極接ESD脈沖高電位，所述金屬陰極接ESD脈沖低電位，當(dāng)所述第二 P+注入?yún)^(qū)106、所述P阱103上的電阻R2上的電位上升至0.7V時(shí)，寄生NPN管T2的發(fā)射極正偏，隨著ESD脈沖進(jìn)一步增大，所述高壓N阱102與所述P阱103形成的反偏PN結(jié)內(nèi)的雪崩倍增效應(yīng)不斷增強(qiáng)，并導(dǎo)致空間電荷區(qū)內(nèi)的少數(shù)載流子的濃度遠(yuǎn)超過(guò)多數(shù)載流子，當(dāng)所述高壓N阱、所述N阱上的電阻Rl上的電位上升至0.7V時(shí)，寄生PNP管Tl、T3同時(shí)觸發(fā)開(kāi)啟，分別形成由所述第三P+注入?yún)^(qū)108、所述N阱104、所述高壓N阱102、所述P阱103、所述N+注入?yún)^(qū)107構(gòu)成的PNPN結(jié)構(gòu)的ESD電流泄放路徑和由所述第三P+注入?yún)^(qū)108、所述N阱104、所述第四P+注入?yún)^(qū)109、所述第一 P+注入?yún)^(qū)105、所述P阱103、所述第二 P+注入?yún)^(qū)106構(gòu)成的寄生PNP三極管和P阱寄生電阻R3串聯(lián)的另一條ESD電流泄放路徑。所述第三P+注入?yún)^(qū)108、所述N阱104、所述高壓N阱102、所述P阱103、所述N+注入?yún)^(qū)107構(gòu)成的PNPN結(jié)構(gòu)的ESD電流泄放路徑可以提高器件的電流處理能力、增強(qiáng)器件的ESD魯棒性；所述第三P+注入?yún)^(qū)108、所述N阱104、所述第四P+注入?yún)^(qū)109、所述第一 P+注入?yún)^(qū)105、所述P阱103、所述第二 P+注入?yún)^(qū)106構(gòu)成的寄生PNP三極管和P阱寄生電阻串聯(lián)的ESD電流泄放路徑，用于鉗制器件兩端的電壓值，有效提高維持電壓，防止器件進(jìn)入閂鎖狀態(tài)。
[0038]最后說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【權(quán)利要求】
1.一種具有高維持電壓的IGBT結(jié)構(gòu)的ESD保護(hù)器件，其包括具有PNPN結(jié)構(gòu)的ESD電流泄放路徑和PNP與電阻串聯(lián)結(jié)構(gòu)的另一條電流泄放路徑，以增強(qiáng)器件的ESD魯棒性同時(shí)提高維持電壓，其特征在于:主要由P襯底(101)、高壓N阱(102)、P阱(103)、N阱(104)、第一 P+注入?yún)^(qū)(105)、第二 P+注入?yún)^(qū)(106)、N+注入?yún)^(qū)(107)、第三P+注入?yún)^(qū)(108)、第四P+注入?yún)^(qū)(109)、第一場(chǎng)氧隔離區(qū)(110)、第二場(chǎng)氧隔離區(qū)(111)、第三場(chǎng)氧隔離區(qū)(112)、第四場(chǎng)氧隔離區(qū)(115)、第五場(chǎng)氧隔離區(qū)(116)、第六場(chǎng)氧隔離區(qū)(117)和多晶硅柵(114)及其覆蓋的薄柵氧化層(113)構(gòu)成； 所述高壓N阱(102)在所述P襯底(101)的表面區(qū)域； 在所述高壓N阱(102)的表面區(qū)域從左到右依次設(shè)有所述P阱(103)和所述N阱(104)，所述P阱(103)和所述N阱(104)之間設(shè)有所述多晶硅柵(114)及其覆蓋的所述薄柵氧化層(113)、所述第四場(chǎng)氧隔離(115)； 所述P阱(103)的表面部分區(qū)域從左到右依次設(shè)有所述第一 P+注入?yún)^(qū)(105)、所述第二場(chǎng)氧隔離區(qū)(111)、所述第二 P+注入?yún)^(qū)(106)、所述第三場(chǎng)氧隔離區(qū)(112)和所述N+注入?yún)^(qū)(107)，所述第一 P+注入?yún)^(qū)(105)的右側(cè)與所述第二場(chǎng)氧隔離區(qū)(111)的左側(cè)相連，所述第二場(chǎng)氧隔離區(qū)(111)的右側(cè)與所述第二 P+注入?yún)^(qū)(106)的左側(cè)相連，所述第二場(chǎng)氧隔離區(qū)(111)的橫向長(zhǎng)度必須控制在一定的范圍內(nèi)，所述第二 P+注入?yún)^(qū)(106)的右側(cè)與所述第三場(chǎng)氧隔離區(qū)(112)的左側(cè)相連，所述第三場(chǎng)氧隔離區(qū)(112)的右側(cè)與所述N+注入?yún)^(qū)(107)的左側(cè)相連，在所述高壓N阱(102)的左側(cè)邊緣與所述第一 P+注入?yún)^(qū)(105)之間設(shè)有所述第一場(chǎng)氧隔離區(qū)(110)，所述第一場(chǎng)氧隔離區(qū)(110)的右側(cè)與所述第一 P+注入?yún)^(qū)(105)的左側(cè)相連，所述第一場(chǎng)氧隔離區(qū)(110)的左側(cè)與所述高壓N阱(102)的左側(cè)邊緣相連； 所述多晶硅柵(114)及其覆蓋的薄柵氧化層(113)橫跨在所述高壓N阱(102)和所述P阱(103)表面部分區(qū)域，所述多晶硅柵(114)及其覆蓋的薄柵氧化層(113)與所述P阱(103)交疊的長(zhǎng)度必須控制在一定的范圍內(nèi)，以滿足不同電壓的開(kāi)啟要求，所述多晶硅柵(114)及其覆蓋的所述薄柵氧化層(113)的左側(cè)與所述N+注入?yún)^(qū)(107)的右側(cè)相連；所述第四場(chǎng)氧隔離區(qū)(115)橫跨在所述高壓N阱(102)和所述N阱(104)表面部分區(qū)域，所述第四場(chǎng)氧隔離區(qū)(115)的左側(cè)與所述多晶硅柵(114)覆蓋的所述薄柵氧化層(113)的右側(cè)相連，所述多晶硅柵(114)覆蓋了所述第四場(chǎng)氧隔離區(qū)(115)的表面部分區(qū)域，所述第四場(chǎng)氧隔離區(qū)(115)的右側(cè)與所述第三P+注入?yún)^(qū)(108)的左側(cè)相連； 所述N阱(104)內(nèi)設(shè)有所述第三P+注入?yún)^(qū)(108)、所述第五場(chǎng)氧隔離區(qū)(116)和所述第四P+注入?yún)^(qū)(109)，所述第三P+注入?yún)^(qū)(108)的右側(cè)與所述第五場(chǎng)氧隔離區(qū)(116)的左側(cè)相連，所述第五場(chǎng)氧隔離區(qū)(116)的右側(cè)與所述第四P+注入?yún)^(qū)(109)的左側(cè)相連，所述第五場(chǎng)氧隔離區(qū)(116)的橫向長(zhǎng)度必須控制在一定的數(shù)值范圍內(nèi)； 所述第六場(chǎng)氧隔離區(qū)(117)橫跨在所述高壓N阱(102)和所述N阱(104)表面部分區(qū)域，所述第六場(chǎng)氧隔離區(qū)(117)的左側(cè)與所述第四P+注入?yún)^(qū)(109)的右側(cè)相連，所述第六場(chǎng)氧隔離區(qū)(117)的右側(cè)與所述高壓N阱(102)的右側(cè)邊緣相連； 所述第二 P+注入?yún)^(qū)(106)與第二金屬1(119)相連接，所述N+注入?yún)^(qū)(107)與第三金屬1(120)相連接，所述多晶硅柵(114)與第四金屬1(121)相連接，所述第二金屬I (119)、所述第三金屬I (120)和所述第四金屬I (121)均與金屬2 (125)相連，并從所述金屬2 (125)引出一電極(126)，用作器件的金屬陰極； 所述第一 P+注入?yún)^(qū)(105)與所述第五金屬1(118)相連接，所述第四P+注入?yún)^(qū)(109)與所述第六金屬1(123)相連接，所述第五金屬1(118)和所述第六金屬1(123)均與第七金屬I (124)相連； 所述第三P+注入?yún)^(qū)(108)與第一金屬1(122)相連,并從所述第一金屬1(122)引出一電極(127)，用作器件的金屬陽(yáng)極。
2.如權(quán)利要求1所述的一種具有高維持電壓的IGBT結(jié)構(gòu)的ESD保護(hù)器件，其特征在于:所述金屬陽(yáng)極、所述第三P+注入?yún)^(qū)(108)、所述N阱(104)、所述高壓N阱(102)、所述P阱(103)、所述N+注入?yún)^(qū)(107)和所述金屬陰極構(gòu)成一條PNPN結(jié)構(gòu)的ESD電流泄放路徑，以提高器件的二次失效電流、增強(qiáng)器件的ESD魯棒性。
3.如權(quán)利要求1所述的一種具有高維持電壓的IGBT結(jié)構(gòu)的ESD保護(hù)器件，其特征在于:由所述第三P+注入?yún)^(qū)(108)、所述N阱(104)、所述高壓N阱(102)、所述第四P+注入?yún)^(qū)(109)、所述第一 P+注入?yún)^(qū)(105)、所述P阱(103)以及所述第二 P+注入?yún)^(qū)(106)形成的寄生PNP三極管和寄生電阻串聯(lián)的電流泄放路徑，以有效提高器件的維持電壓，通過(guò)調(diào)節(jié)所述第五場(chǎng)氧隔離區(qū)(116)和所述第二場(chǎng)氧隔離區(qū)(111)的橫向長(zhǎng)度，可以滿足不同維持電壓的ESD保護(hù)需求。
4.如權(quán)利要求1所述的一種具有高維持電壓的IGBT結(jié)構(gòu)的ESD保護(hù)器件，其特征在于:由所述第三P+注入?yún)^(qū)(108)、所述N阱(104)、所述高壓N阱(102)以及所述P阱(103)形成的PNPN電流泄放路徑中的寄生PNP三極管和由所述第三P+注入?yún)^(qū)(108)、所述N阱(104)、所述高壓N阱(102)以及所述第四P+注入?yún)^(qū)(109)形成的寄生PNP三極管和寄生電阻串聯(lián)的電流泄放路徑中的寄生PNP三極管共用發(fā)射極和基極，以使得兩個(gè)寄生PNP三極管相互促進(jìn)作用，保證兩條ESD電流泄放路徑同時(shí)開(kāi)啟。
【文檔編號(hào)】H01L29/06GK104485329SQ201410521877
【公開(kāi)日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2014年9月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月28日
【發(fā)明者】顧曉峰, 畢秀文, 梁海蓮, 黃龍 申請(qǐng)人:江南大學(xué)