一種具有esd保護功能的ligbt器件的製作方法

2023-09-12 08:51:25 2

專利名稱：一種具有esd保護功能的ligbt器件的製作方法
技術領域：
本發明屬於功率半導體器件技術領域，涉及集成電路晶片的靜電釋放(Electro-static Discharge,簡稱為ESD)保護電路,尤指一種具有ESD保護功能的LIGBT(Lateral Insulated Gate Bipolar Transistor橫向絕緣柵雙極電晶體)器件結構。
背景技術：
靜電放電現象是半導體器件或集成電路在製造、封裝、測試、存放、使用等過程中的一種常見現象，往往會造成半導體器件或集成電路的永久性損壞，並因此造成嚴重的損失。為了解決這個問題，在晶片設計中往往會在內部電路與I/o埠之間，正負電源軌之間設計一個保護電路，此保護電路的功能是在靜電放電的脈衝電流未流入內部電路前洩放這部分脈衝電流，並將脈衝電壓鉗制在一個安全區域，進而減少ESD現象造成的損壞。
IGBT器件由於具有耐壓高、導通電阻低、易驅動和開關速度快的特性而被廣泛應用於高壓集成電路中。常規的IGBT器件是在η-漂移區上形成場氧化層；在近陰極區端採用雙離子注入多晶矽自對準摻雜技術形成寄生nMOSFET以及多晶矽柵場板，N+P+區引出陰極金屬引線；在近陽極端通過磷離子注入摻雜形成N型緩衝區，在該摻雜區進行淺結重摻雜P型注入形成陽極區，並引出陽極金屬引線同時形成陽極金屬場板。

發明內容
本發明的目的在於在不增加掩膜板和工藝步驟的前提下，通過器件結構和版圖優化，提供一種具有ESD保護功能的IGBT器件結構。本發明技術方案如下一種具有ESD保護功能的LIGBT器件，如圖1、3所示，包括N-漂移區1，分別位於N-漂移區I頂部兩側的P型阱區3和N型阱區7 ;所述P型阱區3中設置得有一個N+摻雜的陰極區4和一個P+摻雜的P阱接觸區5，所述N+摻雜源區4與P+摻雜的P阱接觸區5彼此接觸或相互隔離；所述N型阱區7中設置得有P+摻雜的陽極區9和與P+摻雜的陽極區9接觸的N+摻雜的N阱接觸區8，並在整個器件結終端的N型阱區7中設置得有結終端N+摻雜的N阱接觸區14 ；N-漂移區I中靠近P型阱區3且遠離N型阱區7的地方設置有隔離區2，用於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5與N-漂移區I相交區域的表面；器件表層除P型阱區3、N型阱區7中的P+摻雜的陽極區9和N+摻雜的N阱接觸區8以及結終端N+摻雜的N阱接觸區14以外的區域覆蓋場氧化層11 ;多晶矽區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，用作多晶矽柵電極和柵極場板；陰極金屬連線12將P+摻雜的P阱接觸區5、N+摻雜的陰極區4和多晶矽區10短接並形成陰極電極引線；陽極金屬連線13將P+摻雜的陽極區9和結終端N+摻雜的N阱接觸區14短接，並形成陽極電極引線。上述技術方案中所述N-漂移區I可採用低摻雜濃度的N型襯底直接形成，也可以採用N型外延或N型低摻雜阱形成；所述隔離區2可採用淺槽隔離、深槽隔離、STI隔離或LOCOS隔離等方式實現；所述結終端N+摻雜的N阱接觸區14的形狀可以是半圓形、橢圓形或方形。本發明與傳統的LIGBT器件單元的不同之處在於本發明不僅在陽極結終端(溝道寬度方向)的N型阱區7中設置了 N+摻雜的N阱接觸區14，並且在N型阱區7中設置了與P+摻雜的陽極區9接觸的 N+摻雜的N阱接觸區8(N+摻雜的N阱接觸區8不設置接觸孔，不與陽極金屬相連)，如圖2、3所示。本發明提供的具有ESD保護功能的LIGBT器件，多晶矽區10、P+摻雜的P阱接觸區5與N+摻雜的陰極區4短接，形成GGMOS結構；在正ESD脈衝作用於陽極端的情況下(即陽極處於正電位，陰極處於零電位的情形)，電流洩放路徑如圖4所示，本發明中存在一寄生PNP電晶體，其結構如下發射極由P+摻雜的陽極區9構成，基極由N-漂移區1、N型阱區7及N+摻雜的N阱接觸區8所構成，集電極則由P型阱區3和P+摻雜的P阱接觸區5所構成。正ESD脈衝作用於陽極端時，器件N-漂移區I和P型阱區3之間的PN結反偏，耗盡區展寬並承受高壓。當陽極端電壓過高達到器件雪崩擊穿電壓時，器件發生擊穿，電流從陽極流向陰極，並在N型阱區7構成的阱電阻上形成壓降，當該壓降達到N型阱區7與P+摻雜的陽極區9形成的PN結正嚮導通電壓時，寄生PNP電晶體導通，形成低阻通路，洩放ESD電流，並將電壓鉗制在一個相對安全的區域。在正ESD脈衝作用於陽極端的情況下，本發明與傳統LIGBT器件單元(測試的本發明器件單元與傳統LIGBT器件單元的器件寬度都為300 μ m)的傳輸線脈衝(TLP)測試結果，本發明的失效電流較傳統IGBT器件單元有20%的顯著提高。


圖I為本發明提供的具有ESD保護功能的LIGBT器件縱向截面結構示意圖。圖2為傳統IGBT器件陽極部分的版圖結構示意圖。圖3為本發明提供的具有ESD保護功能的LIGBT器件的版圖結構示意圖。圖4為本發明提供的具有ESD保護功能的LIGBT器件在正ESD脈衝作用於陽極端下的ESD電流洩放路徑示意圖。圖5為本發明提供的具有ESD保護功能的LIGBT器件陽極部分的版圖結構示意圖之二。圖6為本發明提供的具有ESD保護功能的LIGBT器件與傳統IGBT器件的TLP測
試結果示意圖。
具體實施例方式第一實施方式一種具有ESD保護功能的LIGBT器件，如圖1、3所示，包括N-漂移區1，分別位於N-漂移區I頂部兩側的P型阱區3和N型阱區7 ;所述P型阱區3中設置得有一個N+摻雜的陰極區4和一個P+摻雜的P阱接觸區5，所述N+摻雜源區4與P+摻雜的P阱接觸區5彼此接觸或相互隔離；所述N型阱區7中設置得有P+摻雜的陽極區9和與P+摻雜的陽極區9接觸的N+摻雜的N阱接觸區8，並在整個器件結終端的N型阱區7中設置得有結終端N+摻雜的N阱接觸區14 ；N-漂移區I中靠近P型阱區3且遠離N型阱區7的地方設置有隔離區2，用於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5與N-漂移區I相交區域的表面；器件表層除P型阱區3、N型阱區7中的P+摻雜的陽極區9和N+摻雜的N阱接觸區8以及結終端N+摻雜的N阱接觸區14以外的區域覆蓋場氧化層11 ;多晶矽區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，用作多晶矽柵電極和柵極場板；陰極金屬連線12將P+摻雜的P阱接觸區5、N+摻雜的陰極區4和多晶矽區10短接並形成陰極電極引線；陽極金屬連線13將P+摻雜的陽極區9和結終端N+摻雜的N阱接觸區14短接，並形成陽極電極引線。如圖3所示，所述N+摻雜的N阱接觸區8位於P+摻雜的陽極區9兩側，所述N+摻雜的N阱接觸區8不設置接觸孔；而在P+摻雜的陽極區9沿溝道寬度方向上的兩端(結終端處)設置半圓形的N型重摻雜緩衝區接觸14，且該部分緩衝區接觸設置接觸孔。第二實施方式第二實施方案是在第一實施方案的基礎上進行的一個變形，其區別主要在於P+摻雜的陽極區9與其周圍的N+摻雜的N阱接觸區8接觸的布局方式。如圖5所示，在第一 實施方案的基礎上，減少P+摻雜的陽極區9面積，將P+摻雜的陽極區9與N+摻雜的N阱接觸區8並排相間分布，P+摻雜的陽極區9設置接觸孔而N+摻雜的N阱接觸區8不設置接觸孔。本發明與傳統的LIGBT器件的不同之處在於本發明不僅在陽極結終端(溝道寬度方向)的N型阱區7中設置了結終端N+摻雜的N阱接觸區14，並且在P+摻雜的陽極區9周圍還設置了 N+摻雜的N阱接觸區8 (N+摻雜的N阱接觸區8中不設置接觸孔)。這種器件結構及版圖優化減小了 N型緩衝區的寄生電阻，器件寄生PNP管的開啟電壓有所增加，並提高了 LIGBT的ESD電流洩放能力。相同尺寸(器件寬度為300 μ m)的器件測試結果顯示，本發明LIGBT器件的失效電流較傳統LIGBT器件單元有20%的顯著提高。本發明實施方式，除提及的體矽工藝外，還可應用於SOI工藝，外延工藝等。以上所述僅為本發明的部分具體實施方式
而已，並不用以限制本發明，凡是本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種具有ESD保護功能的LIGBT器件，包括N-漂移區(I )，分別位於N-漂移區(I)頂部兩側的P型阱區(3)和N型阱區(7);所述P型阱區(3)中設置得有一個N+摻雜的陰極區(4)和一個P+摻雜的P阱接觸區(5)，所述N+摻雜源區(4)與P+摻雜的P阱接觸區(5)彼此接觸或相互隔離；所述N型阱區(7)中設置得有P+摻雜的陽極區(9)和與P+摻雜的陽極區(9)接觸的N+摻雜的N阱接觸區(8)，並在整個器件結終端的N型阱區(7)中設置得有結終端N+摻雜的N阱接觸區(14)；N-漂移區(I)中靠近P型阱區(3)且遠離N型阱區(7)的地方設置有隔離區(2)，用於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(5)與N-漂移區(I)相交區域的表面；器件表層除P型阱區(3)、N型阱區(7)中的P+摻雜的陽極區(9)和N+摻雜的N阱接觸區(8)以及結終端N+摻雜的N阱接觸區(14)以外的區域覆蓋場氧化層(11);多晶矽區(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，用作多晶矽柵電極和柵極場板；陰極金屬連線(12)將P+摻雜的P阱接觸區(5)、N+摻雜的陰極區(4)和多晶矽區(10)短接並形成陰極電極引線；陽極金屬連線(13)將P+摻雜的陽極區(9)和結終端N+摻雜的N阱接觸區(14)短接，並形成陽極電極引線。
2.根據權利要求I所述的具有ESD保護功能的LIGBT器件，其特徵在於，所述N-漂移區(I)採用低摻雜濃度的N型襯底直接形成，或採用N型外延或N型低摻雜阱形成。
3.根據權利要求I所述的具有ESD保護功能的LIGBT器件，其特徵在於，所述隔離區(2)採用淺槽隔離、深槽隔離、STI隔離或LOCOS隔離等方式實現。
4.根據權利要求I所述的具有ESD保護功能的LIGBT器件，其特徵在於，所述結終端N+摻雜的N講接觸區(14)的形狀為半圓形、橢圓形或方形。
5.根據權利要求I所述的具有ESD保護功能的LIGBT器件，其特徵在於，所述N+摻雜的N阱接觸區(8)位於P+摻雜的陽極區(9)兩側，所述N+摻雜的N阱接觸區(8)不設置接觸孔。
6.根據權利要求I所述的具有ESD保護功能的LIGBT器件，其特徵在於，所述P+摻雜的陽極區(9)與所述N+摻雜的N阱接觸區(8)並排相間分布，所述N+摻雜的N阱接觸區(8)不設置接觸孔。
全文摘要
一種具有ESD保護功能的LIGBT器件，屬於功率半導體器件技術領域。本發明在不增加掩膜板和工藝步驟的前提下，通過器件結構和版圖優化，提供一種具有ESD保護功能的LIGBT器件。本發明與傳統的IGBT器件的不同之處在於本發明不僅在陽極終結端(溝道寬度方向)設置了結終端N+摻雜的N阱接觸區(14)，並且在P+摻雜的陽極區(9)周圍設置了N+摻雜的N阱接觸區(8)這種器件結構及版圖優化減小了N型緩衝區的寄生電阻，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 優先權日2012年8月31日
發明者蔣苓利, 張波, 何川, 吳道訓, 樊航 申請人:電子科技大學