一種具有ESD保護功能的LIGBT器件制造技術

一種具有ESD保護功能的LIGBT器件，屬于功率半導體器件技術領域。本發明專利技術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。本發明專利技術與傳統的IGBT器件的不同之處在于本發明專利技術不僅在陽極終結端（溝道寬度方向）設置了結終端N+摻雜的N阱接觸區（14），并且在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型緩沖區的寄生電阻，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。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于功率半導體器件
，涉及集成電路芯片的靜電釋放(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橫向絕緣柵雙極晶體管)器件結構。
技術介紹
靜電放電現象是半導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象，往往會造成半導體器件或集成電路的永久性損壞，并因此造成嚴重的損失。為了解決這個問題，在芯片設計中往往會在內部電路與I/o端口之間，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沖電流未流入內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域，進而減少ESD現象造成的損壞。 IGBT器件由于具有耐壓高、導通電阻低、易驅動和開關速度快的特性而被廣泛應用于高壓集成電路中。常規的IGBT器件是在η-漂移區上形成場氧化層；在近陰極區端采用雙離子注入多晶硅自對準摻雜技術形成寄生nMOSFET以及多晶硅柵場板，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型緩沖區，在該摻雜區進行淺結重摻雜P型注入形成陽極區，并引出陽極金屬引線同時形成陽極金屬場板。
技術實現思路
本專利技術的目的在于在不增加掩膜板和工藝步驟的前提下，通過器件結構和版圖優化，提供一種具有ESD保護功能的IGBT器件結構。本專利技術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，分別位于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，并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 ;多晶硅區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5、N+摻雜的陰極區4和多晶硅區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9和結終端N+摻雜的N阱接觸區14短接，并形成陽極電極引線。上述技術方案中所述N-漂移區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2可采用淺槽隔離、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。本專利技術與傳統的LIGBT器件單元的不同之處在于本專利技術不僅在陽極結終端(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，并且在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。本專利技術提供的具有ESD保護功能的LIGBT器件，多晶硅區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，本專利技術中存在一寄生PNP晶體管，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脈沖作用于陽極端時，器件N-漂移區I和P型阱區3之間的PN結反偏，耗盡區展寬并承受高壓。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，并在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結正向導通電壓時，寄生PNP晶體管導通，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域。在正ESD脈沖作用于陽極端的情況下，本專利技術與傳統LIGBT器件單元(測試的本專利技術器件單元與傳統LIGBT器件單元的器件寬度都為300 μ m)的傳輸線脈沖(TLP)測試結果，本專利技術的失效電流較傳統IGBT器件單元有20%的顯著提高。附圖說明圖I為本專利技術提供的具有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為本專利技術提供的具有ESD保護功能的LIGBT器件的版圖結構示意圖。圖4為本專利技術提供的具有ESD保護功能的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為本專利技術提供的具有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為本專利技術提供的具有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，分別位于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，并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 ;多晶硅區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5、N+摻雜的陰極區4和多晶硅區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9和結終端N+摻雜的N阱接觸區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8位于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型重摻雜緩沖區接觸14，且該部分緩沖區接觸設置接觸孔。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，其區別主要在于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并排相間分布，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。本專利技術與傳統的LIGBT器件的不同之處在于本專利技術不僅在陽極結終端(溝道寬度方向本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種具有ESD保護功能的LIGBT器件，包括N？漂移區（1），分別位于N？漂移區（1）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），并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（1）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（5）與N？漂移區（1）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）；多晶硅區（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（5）、N+摻雜的陰極區（4）和多晶硅區（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（9）和結終端N+摻雜的N阱接觸區（14）短接，并形成陽極電極引線。...

【技術特征摘要】
1.一種具有ESD保護功能的LIGBT器件，包括N-漂移區(I )，分別位于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)，并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(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);多晶硅區(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...

【專利技術屬性】
技術研發人員：蔣苓利，張波，何川，吳道訓，樊航，
申請(專利權)人：電子科技大學，
類型：發明
國別省市：