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溝槽型mosfet的esd結(jié)構(gòu)及工藝方法

文檔序號(hào):9599218閱讀:1125來源:國知局
溝槽型mosfet的esd結(jié)構(gòu)及工藝方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路制造領(lǐng)域,特別是指一種溝槽型MOSFET的ESD結(jié)構(gòu), 本發(fā)明還涉及所述溝槽型MOSFET的ESD結(jié)構(gòu)的工藝方法。
【背景技術(shù)】
[0002] ESD (Electro-Static Discharge)的意思是"靜電放電"。ESD是20世紀(jì)中期以來 形成的以研究靜電的產(chǎn)生、危害及靜電防護(hù)等的學(xué)科。因此,國際上習(xí)慣將用于靜電防護(hù)的 器材統(tǒng)稱為ESD,中文名稱為靜電阻抗器。靜電是一種客觀存在的自然現(xiàn)象,產(chǎn)生的方式多 種,如接觸、摩擦、電器間感應(yīng)等。靜電的特點(diǎn)是長(zhǎng)時(shí)間積聚、高電壓、低電量、小電流和作用 時(shí)間短的特點(diǎn)。
[0003] 人體自身的動(dòng)作或與其他物體的接觸、分離、摩擦或感應(yīng)等因素,可以產(chǎn)生幾千伏 甚至上萬伏的靜電。
[0004] 靜電在多個(gè)領(lǐng)域造成嚴(yán)重危害。摩擦起電和人體靜電是電子工業(yè)中的兩大危害, 常常造成電子電器產(chǎn)品運(yùn)行不穩(wěn)定,甚至損壞。ESD對(duì)電子產(chǎn)品造成的破壞和損傷有突發(fā)性 損傷和潛在性損傷兩種。所謂突發(fā)性損傷,指的是器件被嚴(yán)重?fù)p壞,功能喪失。這種損傷通 常能夠在生產(chǎn)過程中的質(zhì)量檢測(cè)中能夠發(fā)現(xiàn),因此給工廠帶來的主要是返工維修的成本。 而潛在性損傷指的是器件部分被損,功能尚未喪失,且在生產(chǎn)過程的檢測(cè)中不能發(fā)現(xiàn),但在 使用當(dāng)中會(huì)使產(chǎn)品變得不穩(wěn)定,時(shí)好時(shí)壞,因而對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量構(gòu)成更大的危害。
[0005] 針對(duì)集成ESD保護(hù)的溝槽型M0SFET,其源端引出PAD與柵極引出PAD版圖如圖1 所示,通常ESD保護(hù)采用一圈一圈的N、P間隔排列形成如圖3環(huán)形的PN結(jié),形成二極管,原 理圖如圖2所示,在溝槽型MOSFET的柵極與源極之間串接ESD二極管,ESD多晶硅位于如 圖1所示的柵極PAD的下方(圖1右邊為局部放大圖),一般根據(jù)器件耐壓的需求換算成 PN結(jié)的個(gè)數(shù),然后制成如圖3所示的ESD保護(hù)結(jié)構(gòu),目前的主流設(shè)計(jì)使用溝槽來做管芯周邊 的保護(hù)環(huán),以替代體注入形成的PN結(jié)保護(hù)環(huán),保護(hù)環(huán)的溝槽需環(huán)繞管芯區(qū)一周(圖中僅使 用局部區(qū)域進(jìn)行描述,其他區(qū)域圖示溝槽無異)。ESD多晶硅通常位于柵極PAD的下方,制 約了柵極PAD的面積。
[0006] 該ESD保護(hù)結(jié)構(gòu)的工藝方法為:先完成MOSFET的溝槽以及柵極等工藝,如圖4所 示;然后再淀積一層厚約3000A的氧化層,淀積ESD多晶硅,經(jīng)過刻蝕及離子注入形成ESD 保護(hù)結(jié)構(gòu),如圖5所示,圖中7、8即分別為ESD二極管的兩個(gè)引出電極,最后通過金屬互聯(lián), 一端連接?xùn)艠O,一端連接源極,從而形成ESD保護(hù)電路。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種溝槽型MOSFET的ESD結(jié)構(gòu),利用保護(hù)環(huán)溝 槽形成沿溝槽方向的N、P交替的串接的PN結(jié)。
[0008] 本發(fā)明還要解決的技術(shù)問題在于提供所述溝槽型MOSFET的ESD結(jié)構(gòu)的工藝方法。
[0009] 為解決上述問題,本發(fā)明所述的溝槽型MOSFET的ESD結(jié)構(gòu),包含:在溝槽型 MOSFET的周圍具有保護(hù)環(huán)溝槽,所述的ESD結(jié)構(gòu)集成在保護(hù)環(huán)的溝槽中,所述保護(hù)環(huán)溝槽 穿過體區(qū)底部位于外延層中,溝槽內(nèi)填充多晶硅;
[0010] 所述多晶硅分段進(jìn)行N-P或者P-N,或者N-P-......-N-P或者P-N-......_P_N的間 隔摻雜,以形成一個(gè)或多個(gè)等效串接的二極管,串接的二極管首尾兩端電極分別連接溝槽 型MOSFET的柵極及源極。
[0011] 進(jìn)一步地,根據(jù)溝槽型MOSFET的ESD耐壓需求,換算成等效的PN結(jié)的個(gè)數(shù),決定 對(duì)保護(hù)環(huán)的溝槽內(nèi)多晶硅進(jìn)行N、P間隔注入的分段數(shù),即形成的等效的二極管的個(gè)數(shù)。
[0012] 本發(fā)明所述的溝槽型MOSFET的ESD結(jié)構(gòu)的工藝方法,包含如下的步驟:
[0013] 第1步,使用硬掩膜在外延上定義出保護(hù)環(huán)圖形,刻蝕形成保護(hù)環(huán)的溝槽;
[0014] 第2步,移除硬掩膜,在整個(gè)外延表面形成一層氧化層作為柵氧化層;
[0015] 第3步,保護(hù)環(huán)的溝槽內(nèi)淀積多晶硅并回刻至外延表面;
[0016] 第4步,整個(gè)外延表面生長(zhǎng)一層氧化層,然后進(jìn)行體區(qū)注入;
[0017] 第5步,使用源區(qū)注入的掩膜板,或者保護(hù)環(huán)掩膜板進(jìn)行保護(hù)環(huán)溝槽的雜質(zhì)注入, 并按照版圖將部分溝槽注入反型,形成N、P交替排列的串接的PN結(jié);
[0018] 第6步,層間介質(zhì)淀積,刻蝕形成接觸孔,將溝槽中多晶硅引出;
[0019] 第7步,形成阻擋層金屬,進(jìn)行鎢淀積,制作金屬引線,將溝槽內(nèi)多晶硅引出形成 ESD電路,并將該ESD電路的兩端分別與MOSFET的柵極及源極連接。
[0020] 所述第1步中,刻蝕的保護(hù)環(huán)的溝槽深度為1~2 μm。
[0021] 所述第2步中,淀積的氧化層的厚度為150~ΙΟΟΟΑ。
[0022] 所述第3步中,對(duì)于NM0S,保護(hù)環(huán)的溝槽內(nèi)淀積的多晶硅為N型;對(duì)于PM0S,溝槽 內(nèi)淀積的多晶硅為P型;多晶硅摻雜濃度為IO is~10 19atomS/cm3。
[0023] 所述第4步中,體區(qū)注入能量為120~300keV,劑量為IO13~10 15atoms/cm2。
[0024] 所述第7步中,阻擋層金屬為鈦和/或氮化鈦。
[0025] 本發(fā)明溝槽型MOSFET的ESD結(jié)構(gòu),利用保護(hù)環(huán)的溝槽,在溝槽內(nèi)形成N、P交替間 隔排列的多晶硅,構(gòu)成一個(gè)或多個(gè)串接的PN結(jié),等效成ESD二極管,并通過金屬引線將該P(yáng)N 結(jié)形成的等效ESD二極管兩極分別與MOSFET的源極、柵極連接,形成MOSFET的ESD保護(hù)結(jié) 構(gòu)。本發(fā)明所述的溝槽型MOSFET的ESD結(jié)構(gòu)的工藝方法,使用保護(hù)環(huán)的方式,減少了 ESD 多晶硅淀積及刻蝕步驟,簡(jiǎn)化了工藝步驟,降低了成本。
【附圖說明】
[0026] 圖1是溝槽型MOSFET集成ESD的版圖;
[0027] 圖2是MOSFET集成ESD的等效電路圖;
[0028] 圖3是現(xiàn)有溝槽型MOSFET的ESD保護(hù)環(huán)的示意圖;
[0029] 圖4~5是現(xiàn)有溝槽型MOSFET集成ESD的工藝示意圖;
[0030] 圖6是本發(fā)明溝槽型MOSFET的ESD結(jié)構(gòu)的版圖示意圖;
[0031] 圖7是本發(fā)明溝槽型MOSFET的ESD結(jié)構(gòu)的ESD保護(hù)環(huán)溝槽剖面示意圖;
[0032] 圖8~14是本發(fā)明溝槽型MOSFET的ESD結(jié)構(gòu)的工藝步驟圖;
[0033] 圖15是本發(fā)明溝槽型MOSFET的ESD結(jié)構(gòu)的工藝步驟流程圖。
[0034] 附圖標(biāo)記說明
[0035] 1是外延,2是概氧化層,3是多晶娃,4是厚氧化娃層,5是概極
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