Esd保護(hù)結(jié)構(gòu)、包括該結(jié)構(gòu)的柵控功率器件及制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，尤其涉及一種ESD保護(hù)結(jié)構(gòu)、包括該結(jié)構(gòu)的柵控功率器件及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]柵控功率器件是功率半導(dǎo)體器件的重要分支，包括金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(簡稱MOSFET)、絕緣柵雙極型晶體管(簡稱IGBT)、橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(簡稱LDMOS)等。由于這類器件具有輸入阻抗高，驅(qū)動簡單等特點(diǎn)，受到了廣泛的應(yīng)用。但是，隨著器件設(shè)計理論的發(fā)展以及半導(dǎo)體制造工藝水平的提高，單個器件的尺寸越來越小，由于靜電放電導(dǎo)致的器件失效越來越顯著。通常失效是由于靜電作用，在柵極產(chǎn)生了一個高電場，使柵氧化層在高電場下發(fā)生擊穿。因此，為了提高器件抗靜電放電(簡稱ESD)能力，需要在柵極上增加一個ESD保護(hù)結(jié)構(gòu)。當(dāng)有靜電電荷存在時，這種結(jié)構(gòu)能夠提供一個電流泄放通路，以降低柵氧化層上產(chǎn)生的電場，避免柵氧化層擊穿。在整個半導(dǎo)體領(lǐng)域內(nèi)，應(yīng)用較多的ESD防護(hù)結(jié)構(gòu)包括，柵接地N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(簡稱GGNMOS)，可控硅整流器(簡稱SCR)等。
[0003]然而，由于功率器件的特殊性，一般要求其ESD保護(hù)結(jié)構(gòu)具有雙向阻斷能力，即無論柵極施加正電壓還是負(fù)電壓，柵電流都應(yīng)較低。因此，只具有單向阻斷能力的GGNMOS，SCR等結(jié)構(gòu)并不適用。為了實(shí)現(xiàn)與相應(yīng)柵控功率器件工藝兼容，目前市場應(yīng)用較多的柵控功率器件的ESD保護(hù)結(jié)構(gòu)為串聯(lián)多晶硅齊納二極管。即，在柵極和源極之間接入串聯(lián)多晶硅齊納二極管。這種結(jié)構(gòu)通過在多晶淀積之后分別進(jìn)行N型和P型注入形成。但是，由于這種結(jié)構(gòu)的PN結(jié)在多晶硅中形成，柵極漏電流為反偏多晶二極管的漏電流，因此該結(jié)構(gòu)比常規(guī)結(jié)構(gòu)的柵極漏電流大兩個數(shù)量級以上。
[0004]因此，需要一種能夠克服上述問題的適用于柵控功率器件的ESD保護(hù)結(jié)構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明旨在解決上面描述的問題。本發(fā)明的目的是提供一種ESD保護(hù)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有雙向ESD防護(hù)能力，同時與大部分柵控功率器件制造工藝兼容，并具有較小的漏電流。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種ESD保護(hù)結(jié)構(gòu)，所述ESD保護(hù)結(jié)構(gòu)包括:
[0007]第一導(dǎo)電類型外延層；
[0008]位于所述第一導(dǎo)電類型外延層內(nèi)第一具有第二導(dǎo)電類型的阱區(qū)和第二具有第二導(dǎo)電類型的阱區(qū)；
[0009]位于所述外延層內(nèi)，在所述第一具有第二導(dǎo)電類型的阱區(qū)和所述第二具有第二導(dǎo)電類型的阱區(qū)之間的第一導(dǎo)電類型阱區(qū)；
[0010]位于所述第一導(dǎo)電類型阱區(qū)內(nèi)的第一導(dǎo)電類型調(diào)閾值注入?yún)^(qū)；
[0011]位于所述第一具有第二導(dǎo)電類型的阱區(qū)內(nèi)的第一導(dǎo)電類型漏極注入?yún)^(qū)；
[0012]位于第二具有第二導(dǎo)電類型的阱區(qū)中的第一導(dǎo)電類型源極注入?yún)^(qū)；以及
[0013]位于所述第一導(dǎo)電類型外延層頂部的柵氧化層。
[0014]其中，所述第一導(dǎo)電類型漏極注入?yún)^(qū)的注入劑量和所述第一導(dǎo)電類型源極注入?yún)^(qū)的注入劑量為I X 114?5 X 10 16/cm2。
[0015]其中，所述第一導(dǎo)電類型調(diào)閾值注入?yún)^(qū)的注入劑量為5X 111?lX1013/cm2。
[0016]其中，所述第二具有第二導(dǎo)電類型的阱區(qū)還包括第一導(dǎo)電類型源極，所述第一導(dǎo)電類型漏極注入?yún)^(qū)與所述第一具有第二導(dǎo)電類型的阱區(qū)的邊界的距離LI以及所述第一導(dǎo)電類型源極注入?yún)^(qū)與其相鄰的第二具有第二導(dǎo)電類型的阱區(qū)的邊界的距離L2均大于所述第一導(dǎo)電類型源極與其相鄰的第二具有第二導(dǎo)電類型的阱區(qū)的邊界的距離L3。
[0017]其中，所述第一導(dǎo)電類型漏極注入?yún)^(qū)與所述第一具有第二導(dǎo)電類型的阱區(qū)的邊界的距離LI和所述第一導(dǎo)電類型源極注入?yún)^(qū)與其相鄰的第二具有第二導(dǎo)電類型的阱區(qū)的邊界的距離L2相等。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種柵控功率器件，所述柵控功率器件包括上述ESD保護(hù)結(jié)構(gòu)。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，提供了一種具有ESD保護(hù)結(jié)構(gòu)的柵控功率器件的制造方法，所述制造方法包括以下步驟:
[0020](I)在第一導(dǎo)電類型外延層中生成第一導(dǎo)電類型阱區(qū)與第一導(dǎo)電類型JFET區(qū)；
[0021](2)在所述第一導(dǎo)電類型外延層中生成具有第二導(dǎo)電類型的阱區(qū)，所述具有第二導(dǎo)電類型的阱區(qū)至少包括相鄰的第一具有第二導(dǎo)電類型的阱區(qū)和第二具有第二導(dǎo)電類型的阱區(qū)；
[0022](3)在所述第一具有第二導(dǎo)電類型的阱區(qū)中生成第一導(dǎo)電類型漏極注入?yún)^(qū)，在所述第二具有第二導(dǎo)電類型的阱區(qū)中生成第一導(dǎo)電類型源極注入?yún)^(qū)、第一導(dǎo)電類型源極；
[0023](4)在所述第一導(dǎo)電類型阱區(qū)中生成第一導(dǎo)電類型調(diào)閾值注入?yún)^(qū)；
[0024](5)在所述第一導(dǎo)電類型外延層頂部生成柵氧化層，并在所述柵氧化層頂部生成多晶柵極；
[0025](6)在所述多晶柵極頂部生成隔離介質(zhì)層。
[0026]其中，在所述步驟(3)中，所述第一導(dǎo)電類型漏極注入?yún)^(qū)的注入劑量和所述第一導(dǎo)電類型源極注入?yún)^(qū)的注入劑量為IX114?5X10 16/cm2。
[0027]其中，在所述步驟(4)中，所述第一導(dǎo)電類型調(diào)閾值注入?yún)^(qū)的注入劑量為5 X 111 ?1X10 13/cm2。
[0028]其中，在所述步驟(3)中，生成所述第一導(dǎo)電類型漏極注入?yún)^(qū)、所述第一導(dǎo)電類型源極注入?yún)^(qū)、所述第一導(dǎo)電類型源極時，使得所述第一導(dǎo)電類型漏極注入?yún)^(qū)與所述第一具有第二導(dǎo)電類型的阱區(qū)的邊界的距離LI以及所述第一導(dǎo)電類型源極注入?yún)^(qū)與其相鄰的第二具有第二導(dǎo)電類型的阱區(qū)的邊界的距離L2均大于所述第一導(dǎo)電類型源極與其相鄰的第二具有第二導(dǎo)電類型的阱區(qū)的邊界的距離L3。
[0029]本發(fā)明的ESD保護(hù)結(jié)構(gòu)包括串聯(lián)在源極和漏極之間的3個背靠背的金屬氧化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(簡稱M0S)M1、M2、M3。該結(jié)構(gòu)具有雙向的ESD保護(hù)能力，且具有較小的漏電性能。并且，本發(fā)明的ESD保護(hù)結(jié)構(gòu)的制造工藝與柵控功率器件的元胞區(qū)制造工藝兼容。
[0030]參照附圖來閱讀對于示例性實(shí)施例的以下描述，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將變得清晰。
【附圖說明】
[0031]并入到說明書中并且構(gòu)成說明書的一部分的附圖示出了本發(fā)明的實(shí)施例，并且與描述一起用于解釋本發(fā)明的原理。在這些附圖中，類似的附圖標(biāo)記用于表示類似的要素。下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施例，而不是全部實(shí)施例。對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0032]圖1示例性地示出了根據(jù)本發(fā)明的ESD保護(hù)結(jié)構(gòu)的原理圖；
[0033]圖2示例性地示出了根據(jù)本發(fā)明的柵控功率器件的結(jié)構(gòu)圖；
[0034]圖3A-3F示例性地示出了根據(jù)本發(fā)明的柵控功率器件制造方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035]為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互任意組合。
[0036]在附圖中示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的層結(jié)構(gòu)示意圖。這些圖并非是按比例繪制的，其中為了清楚的目的，放大了某些細(xì)節(jié)，并且可能省略了某些細(xì)節(jié)。圖中所示出的各種區(qū)域、層的形狀以及它們之間的相對大小、位置關(guān)系僅是示例性的，實(shí)際中可能由于制造公差或技術(shù)限制而有所偏差，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)實(shí)際所需可以另外設(shè)計具有不同形狀、大小、相對位置的區(qū)域/層。
[0037]本發(fā)明提出的ESD保護(hù)結(jié)構(gòu)包括第一導(dǎo)電類型外延層100 ;位于第一導(dǎo)電類型外延層100內(nèi)第一具有第二導(dǎo)電類型的阱區(qū)101-1和第二具有第二導(dǎo)電類型的阱區(qū)101-2 ;位于外延層100內(nèi)，在第一具有第二導(dǎo)電類型的阱區(qū)101-1和第二具有第二導(dǎo)電類型的阱區(qū)101-2之間的第一導(dǎo)電類型阱區(qū)102 ;位于第一導(dǎo)電類型阱區(qū)102內(nèi)的第一導(dǎo)電類型調(diào)閾值注入?yún)^(qū)104 ;位于第一具有第二導(dǎo)電類型的阱區(qū)101-1內(nèi)的第一導(dǎo)電類型漏極注入?yún)^(qū)105 ;位于第二具有第二導(dǎo)電類型的阱區(qū)101-2中的第一導(dǎo)電類型源極注入?yún)^(qū)1