專(zhuān)利名稱(chēng)：一種高維持電壓p型靜電防護(hù)半導(dǎo)體器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及功率半導(dǎo)體器件的可靠性領(lǐng)域，更具體的說(shuō)，是關(guān)于一種適用于靜電防護(hù)的高維持電壓半導(dǎo)體晶體管的新結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
隨著節(jié)能需求日益增強(qiáng)，功率集成電路產(chǎn)品的性能越來(lái)越受到關(guān)注，其中電路的可靠性問(wèn)題也越來(lái)越受到電路設(shè)計(jì)工程師的重視。靜電釋放就是一個(gè)非常重要的可靠性問(wèn)題，也是造成諸多電子產(chǎn)品失效的主要原因之一。而隨著工藝特征尺寸的不斷縮小，電子產(chǎn)品更加容易遭到靜電釋放的損傷，于是靜電防護(hù)問(wèn)題也日益變得嚴(yán)峻。目前，在靜電防護(hù)問(wèn)題中，一般是在電路的輸入與輸出端口上，利用靜電防護(hù)器件組成靜電防護(hù)電路。當(dāng)有靜電放電時(shí)，防護(hù)電路能夠率先開(kāi)啟，釋放靜電放電電流，鉗制靜電放電電壓，使靜電放電不會(huì)對(duì)內(nèi)部電路造成損傷。而當(dāng)內(nèi)部電路正常工作時(shí)，靜電防護(hù)電路應(yīng)當(dāng)不作為，不對(duì)內(nèi)部電路產(chǎn)生影響。其中，為了起到有效的靜電防護(hù)作用，防護(hù)器件的觸發(fā)電壓應(yīng)該低于被保護(hù)電路的擊穿電壓，而為了降低閂鎖發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)，防護(hù)器件的維持電壓應(yīng)當(dāng)高于電路的電源電壓。針對(duì)低壓工藝的靜電保護(hù)，人們已經(jīng)研究出了許多能夠滿(mǎn)足不同的需求的防護(hù)器件，其中P型橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管在靜電保護(hù)中也得到了廣泛的應(yīng)用。P型橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管以及其結(jié)構(gòu)在低壓工藝中的靜電保護(hù)開(kāi)發(fā)已經(jīng)趨于成熟，但是在高壓工藝中的靜電保護(hù)的設(shè)計(jì)中卻存在很大的問(wèn)題。其主要問(wèn)題是P型橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的維持電壓過(guò)低，存在很大的閂鎖風(fēng)險(xiǎn)，這樣就使得P型橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管在高壓工藝中的靜電保護(hù)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用中受到很大的限制。于是，要想在高壓工藝中利用P型橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管做靜電防護(hù)器件，就必須改進(jìn)器件結(jié)構(gòu)，以解決在更小的面積上設(shè)計(jì)既能夠?qū)崿F(xiàn)靜電放電防護(hù)功能又沒(méi)有閂鎖風(fēng)險(xiǎn)的問(wèn)題。圍繞著高壓工藝的靜電保護(hù)對(duì)高維持電壓、低閂鎖風(fēng)險(xiǎn)以及較低的成本的要求， 本文介紹了一種新型的高維持電壓P型靜電防護(hù)半導(dǎo)體器件，在同樣的尺寸下與傳統(tǒng)的P 型橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管相比，其維持電壓有了明顯的提升，降低了發(fā)生閂鎖的風(fēng)險(xiǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明在不改變器件的面積的基礎(chǔ)上，提供一種能夠有效提高維持電壓，降低發(fā)生閂鎖風(fēng)險(xiǎn)的高維持電壓P型靜電防護(hù)半導(dǎo)體器件。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
一種高維持電壓P型靜電防護(hù)半導(dǎo)體器件，包括半導(dǎo)體襯底，在半導(dǎo)體襯底上面設(shè)置有埋氧化層，在埋氧化層上設(shè)有P型摻雜半導(dǎo)體區(qū)，在P型摻雜半導(dǎo)體區(qū)上設(shè)有N阱和P型漏區(qū)，在N阱上設(shè)有P型源區(qū)和N型接觸區(qū)，在N阱的表面設(shè)有柵氧化層且柵氧化層自N阱延伸至P型摻雜半導(dǎo)體區(qū)，在N阱表面的P型源區(qū)、P型接觸區(qū)和柵氧化層的以外區(qū)域及P 型摻雜半導(dǎo)體區(qū)表面的P型漏區(qū)以外區(qū)域設(shè)有場(chǎng)氧化層，在柵氧化層的表面設(shè)有多晶硅柵且多晶硅柵延伸至場(chǎng)氧化層的表面，在場(chǎng)氧化層、N型接觸區(qū)、P型源區(qū)、多晶硅柵及P型漏區(qū)的表面設(shè)有氧化層，在P型源區(qū)、N型接觸區(qū)、多晶硅柵和P型漏區(qū)上分別連接有金屬層， 其特征在于在N阱內(nèi)還設(shè)有N型摻雜半導(dǎo)體區(qū)，并且N型摻雜半導(dǎo)體區(qū)位于P型源區(qū)和柵氧化層的下方。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)
(1)本發(fā)明結(jié)構(gòu)與常規(guī)的P型絕緣體上硅的橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管相比，N阱6內(nèi)設(shè)有N型摻雜半導(dǎo)體區(qū)121。一般來(lái)說(shuō)，在大注入情況下，該器件寄生的PNP管會(huì)發(fā)生Kirk效應(yīng)，即基區(qū)展寬效應(yīng)，使得器件的雪崩峰值位置由原來(lái)的N阱6和P型摻雜半導(dǎo)體區(qū)7組成的PN結(jié)的交界面轉(zhuǎn)移到了 P型漏區(qū)10附近，因?yàn)镻型漏區(qū)10是重?fù)诫s，因而同樣的電壓下電場(chǎng)峰值會(huì)更高，在同樣的電流密度下因?yàn)榫植慨a(chǎn)生的熱量跟電場(chǎng)和電流的乘積成正比例關(guān)系因而會(huì)使P型漏區(qū)10附近產(chǎn)生更高的熱量，從而使器件在較低的電流密度下就發(fā)生二次擊穿致使器件燒毀，而設(shè)置的這個(gè)N型摻雜半導(dǎo)體區(qū)121能夠抑制Kirk 效應(yīng)的發(fā)生。(2) N型摻雜半導(dǎo)體區(qū)121的第二個(gè)作用是通過(guò)抑制器件的Kirk效應(yīng)，降低P型漏區(qū)10的峰值電場(chǎng)進(jìn)而降低了雪崩倍增因子，使得器件的維持電壓升高，因而降低了閂鎖
的風(fēng)險(xiǎn)。參照?qǐng)D3，Vlil為常規(guī)結(jié)構(gòu)的維持電壓，Vh2為本發(fā)明結(jié)構(gòu)的維持電壓，可以看到，
同常規(guī)結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明結(jié)構(gòu)的維持電壓有了明顯的提高。(3)本發(fā)明器件在提高了維持電壓，降低了閂鎖的風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí)并不改變器件原來(lái)的版圖面積，且不需要額外過(guò)多的工藝流程。(4)N型摻雜半導(dǎo)體區(qū)121的注入過(guò)程，可以利用同一工藝下P型橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管中P-field注入時(shí)使用的掩模板，所以本發(fā)明結(jié)構(gòu)與常規(guī)的P型橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管相比，不需要增加新的掩模板，節(jié)約了成本。


圖1是沒(méi)有加N型摻雜半導(dǎo)體區(qū)的常規(guī)結(jié)構(gòu)的P型橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明中加了加N型摻雜半導(dǎo)體區(qū)121的高維持電壓P型靜電防護(hù)半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是沒(méi)有加N型摻雜半導(dǎo)體區(qū)的常規(guī)結(jié)構(gòu)的P型橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管與本發(fā)明結(jié)構(gòu)的傳輸線(xiàn)脈沖(TLP)測(cè)試結(jié)果的比較圖。
具體實(shí)施例方式參照?qǐng)D2，一種高維持電壓P型靜電防護(hù)半導(dǎo)體器件，包括半導(dǎo)體襯底9，在半導(dǎo)體襯底9上面設(shè)置有埋氧化層8，在埋氧化層8上設(shè)有P型摻雜半導(dǎo)體區(qū)7，在P型摻雜半導(dǎo)體區(qū)7上設(shè)有N阱6和P型漏區(qū)10，在N阱6上設(shè)有P型源區(qū)11和N型接觸區(qū)13，在N 阱6的表面設(shè)有柵氧化層3且柵氧化層3自N阱6延伸至P型摻雜半導(dǎo)體區(qū)7，在N阱6表面的P型源區(qū)11、N型接觸區(qū)13和柵氧化層3的以外區(qū)域及P型摻雜半導(dǎo)體區(qū)7表面的P 型漏區(qū)10以外區(qū)域設(shè)有場(chǎng)氧化層1，在柵氧化層3的表面設(shè)有多晶硅柵4且多晶硅柵4延伸至場(chǎng)氧化層1的表面，在場(chǎng)氧化層1、N型接觸區(qū)13、P型源區(qū)11、多晶硅柵4及P型漏區(qū) 10的表面設(shè)有氧化層5，在P型源區(qū)11、N型接觸區(qū)13、多晶硅柵4和P型漏區(qū)10上分別連接有金屬層2，在N阱6內(nèi)還設(shè)有N型摻雜半導(dǎo)體區(qū)121，且N型摻雜半導(dǎo)體區(qū)121位于 P型源區(qū)11和柵氧化層3的下方。本實(shí)施例還采用如下技術(shù)措施來(lái)進(jìn)一步提高本發(fā)明的性能
N型摻雜半導(dǎo)體區(qū)121下表面距離柵氧化層3下表面在0. 5微米到1微米之間。N型摻雜半導(dǎo)體區(qū)121下表面距離P型源區(qū)11下表面在0. 2微米到0. 5微米之間。N型摻雜半導(dǎo)體區(qū)121的左表面與P型源區(qū)11右表面之間的水平距離在0. 5微米到1微米之間。N型摻雜半導(dǎo)體區(qū)121的右表面與N阱6右表面之間的水平距離在1微米到2微米之間。N型摻雜半導(dǎo)體區(qū)121的注入劑量在2E12/ cm:到8E12/ ση2之間。參照?qǐng)D3，在使用了本發(fā)明中的N型摻雜半導(dǎo)體區(qū)121的結(jié)構(gòu)以后，器件的維持電壓比在常規(guī)結(jié)構(gòu)下的維持電壓高出了約30V。本發(fā)明采用如下方法來(lái)制備
第一步，取具有P型外延層的絕緣體上硅圓片，通過(guò)高能量硼離子注入，并高溫退火形成N型阱6。第二步，以高能量的磷離子注入，高溫退火后在N阱6上形成N型摻雜半導(dǎo)體區(qū) 121。第三步，淀積并刻蝕氮化硅，在高溫下生長(zhǎng)柵氧化層，并淀積多晶硅，刻蝕出多晶娃場(chǎng)板。第四步，通過(guò)高劑量的硼離子和磷離子注入，制作各個(gè)電極接觸區(qū)。第五步，淀積二氧化硅，刻蝕電極接觸孔后淀積金屬引線(xiàn)層并刻蝕掉多余金屬。第六步，進(jìn)行鈍化層的制作。
權(quán)利要求
1.一種高維持電壓P型靜電防護(hù)半導(dǎo)體器件，包括半導(dǎo)體襯底(9)，在半導(dǎo)體襯底 (9 )上面設(shè)置有埋氧化層(8 )，在埋氧化層(8 )上設(shè)有P型摻雜半導(dǎo)體區(qū)(7 )，在P型摻雜半導(dǎo)體區(qū)(7)上設(shè)有N阱(6)和P型漏區(qū)(10)，在N阱(6)上設(shè)有P型源區(qū)(11)和N型接觸區(qū)(13)，在N阱(6)的表面設(shè)有柵氧化層(3)且柵氧化層(3)自N阱(6)延伸至P型摻雜半導(dǎo)體區(qū)(7)，在N阱(6)表面的P型源區(qū)(11)、N型接觸區(qū)(13)和柵氧化層(3)的以外區(qū)域及P型摻雜半導(dǎo)體區(qū)(7)表面的P型漏區(qū)(10)以外區(qū)域設(shè)有場(chǎng)氧化層(1)，在柵氧化層(3) 的表面設(shè)有多晶硅柵(4)且多晶硅柵(4)延伸至場(chǎng)氧化層(1)的表面，在場(chǎng)氧化層(1 )、N型接觸區(qū)(13)、P型源區(qū)(11)、多晶硅柵(4)及P型漏區(qū)(10)的表面設(shè)有氧化層(5)，在P型源區(qū)(11)、N型接觸區(qū)(13)、多晶硅柵(4)和P型漏區(qū)(10)上分別連接有金屬層(2)，其特征在于在N阱(6)還內(nèi)設(shè)有N型摻雜半導(dǎo)體區(qū)(121)且N型摻雜半導(dǎo)體區(qū)(121)位于P型源區(qū)(11)和柵氧化層(3)的下方。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高維持電壓P型靜電防護(hù)半導(dǎo)體器件，其特征在于N型摻雜半導(dǎo)體區(qū)(121)下表面距離柵氧化層(3)下表面在0. 5微米到1微米之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高維持電壓P型靜電防護(hù)半導(dǎo)體器件，其特征在于N型摻雜半導(dǎo)體區(qū)(121)下表面距離P型源區(qū)(11)下表面在0.2微米到0.5微米之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高維持電壓P型靜電防護(hù)半導(dǎo)體器件，其特征在于N型摻雜半導(dǎo)體區(qū)(121)的左表面與P型源區(qū)(11)右表面之間的水平距離在0.5微米到1微米之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高維持電壓P型靜電防護(hù)半導(dǎo)體器件，其特征在于N型摻雜半導(dǎo)體區(qū)(121)的右表面與N阱(6)右表面之間的水平距離在1微米到2微米之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高維持電壓P型靜電防護(hù)半導(dǎo)體器件，其特征在于N型摻雜半導(dǎo)體區(qū)(121)的注入劑量在2E12/
全文摘要
一種高維持電壓P型靜電防護(hù)半導(dǎo)體器件，包括半導(dǎo)體襯底，在半導(dǎo)體襯底上面設(shè)置有埋置氧化層，埋置氧化層上面是P型的摻雜半導(dǎo)體漂移區(qū)，N阱區(qū)設(shè)置在P型的摻雜半導(dǎo)體漂移區(qū)上方，而場(chǎng)氧化層，金屬層，柵氧化層,多晶硅柵以及氧化層設(shè)置在所述器件的上表面，P型源區(qū)和N型接觸區(qū)設(shè)置在N阱中，其特征是在于在N阱內(nèi)還設(shè)有N型摻雜半導(dǎo)體區(qū)，且N型摻雜半導(dǎo)體區(qū)位于P型源區(qū)和柵氧化層的下方。該器件可以有效地提高靜電防護(hù)過(guò)程中的維持電壓，因此該器件具有更好的抗閂鎖能力。
文檔編號(hào)H01L29/06GK102280471SQ20111022419
公開(kāi)日2011年12月14日 申請(qǐng)日期2011年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月7日
發(fā)明者劉斯揚(yáng), 孫偉鋒, 時(shí)龍興, 潘宏偉, 錢(qián)欽松, 陸生禮 申請(qǐng)人:東南大學(xué)